JP2003160868A - プラズマ成膜装置及びインライン式プラズマ成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 円筒状外周面を有する回転電極を備えてプラ
ズマＣＶＤ法により基材上に成膜を行う装置において、
円筒状基材上に高速でかつ効率良く成膜を行うことがで
きるプラズマ成膜装置及びインライン式プラズマ成膜装
置を得ること。 【解決手段】 円筒状外周面を有する回転電極１０３を
備え、前記回転電極１０３と基材１０１との間にプラズ
マを発生させ、該プラズマ中に反応ガスを供給して化学
反応により基材１０１上に成膜を行うプラズマ成膜装置
において、基材１０１が円筒状外周面を有する円筒状基
材であり、該円筒状基材１０１を、回転電極１０３に対
してこれと互いに軸心線が平行をなし、かつ、所定の間
隙を隔てて互いに円筒状外周面を対向させて保持すると
ともに、その基材軸心線を中心として回転電極１０３と
は反対方向に回転させる円筒状基材回転機構を備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒状外周面を有
する回転電極を備え、プラズマＣＶＤ法により円筒状基
材上に成膜を行うプラズマ成膜装置及びインライン式プ
ラズマ成膜装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、プラズマＣＶＤ法により
基材上に成膜を行うプラズマ成膜装置では、成膜速度の
高速化や、成膜面積の大面積化などを図ることが重要で
ある。そこで、従来では困難とされていた１気圧（０．
１０ＭＰａ）以上の高い圧力下でプラズマ（グロー放電
プラズマ）を発生させることができ、均一な薄膜を高速
で、かつ大面積で形成できるようにしたプラズマ成膜装
置が提案されている（特開平９−１０４９８５号公
報）。この従来のプラズマ成膜装置は、特徴的構成とし
て円筒状外周面を有する回転電極を備え、この回転電極
と基材としての平板状をなす基板との間にプラズマを発
生させ、該プラズマ中に反応ガスを供給して化学反応に
より前記基板上に成膜を行うものである。図６は回転電
極を備えたこの従来のプラズマ成膜装置の構成を模式的
に示す側面図である。

【０００３】図６において、反応容器（チャンバ）６０
２内には、図における左右方向及び上下方向に移動可能
な基板搬送台６０４が設けられ、その上に成膜すべき基
板６０１が載置されている。基板６０１が載置される基
板搬送台６０４は、アースに電気的に接続されている。
そして、この基板６０１と１ｍｍ程度のわずかな間隙を
持って対向するように、円筒状外周面を有する円柱状の
ドラム状回転電極６０３が設けられている。ドラム状回
転電極６０３の回転軸６０３ａは、その両側に設けられ
た軸受けにより電気的に絶縁された状態で軸支されると
ともに、該回転軸６０３ａの一方側が反応容器６０２の
外側面に取り付けられた回転電極用モータ（図示せず）
の駆動軸に電気的に絶縁された状態で連結されている。
また、反応容器６０２の外側には高周波電源６０５が設
けられており、ドラム状回転電極６０３の回転軸６０３
ａは、整合器（インピーダンス・マッチングボックス）
６０６を介して高周波電源６０５に電気的に接続されて
いる。また、６０７は反応容器６０２内に反応ガスなど
を導入するためのガス導入管、６０８は排気管である。

【０００４】このように構成されるプラズマ成膜装置に
おいて、ガス導入管６０７より反応容器６０２内に反応
ガス（例えばＳｉＨ₄ とＨ₂ との混合ガス）及び希釈ガ
ス（例えばＨｅ）を供給するとともに、排気管６０８を
介して排気し、反応容器６０２内を所定の雰囲気圧力
（例えば１気圧）に維持しながら、高速回転させている
ドラム状回転電極６０３に高周波電力を供給してドラム
状回転電極６０３と基板６０１との間にプラズマＰを発
生させる。そうすると、前記のガスはドラム状回転電極
６０３の回転によって該ドラム状回転電極６０３と基板
６０１間の間隙（ギャップ）に引き込まれてプラズマ領
域Ｐに導かれ、ここで反応ガスが化学反応を起こすこと
により、基板６０１上に成膜（例えばアモルファスシリ
コン膜）がなされる。このように雰囲気圧力を高くして
反応種（原子種）の数の多い高密度プラズマとすること
で高速成膜を行うべくドラム状回転電極６０３と基板６
０１間の間隙を狭めても、該ドラム状回転電極６０３の
回転により生じる流れによってプラズマ領域Ｐに反応ガ
スを速い速度で十分に供給できるので、高速度の成膜を
行うことができる。また、前記プラズマはドラム状回転
電極６０３の軸方向に沿って発生するいわゆる筋状のラ
イン状プラズマとなる。その結果、このようなライン状
のプラズマＰにより化学反応を起こさせながら、基板６
０１が載置された基板搬送台６０４を図６における左右
方向に移動させることで、基板６０１における回転電極
対向面全体に高速度の成膜を行うことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
円筒状外周面を有する回転電極を備えたプラズマ成膜装
置では高速でかつ大きな面積で成膜を行うことが可能で
あるが、成膜対象の基材の形状についてみると、成膜が
なされて種々の工業製品に用いられる円筒状基材を対象
とし、この円筒状外周面を有する円筒状基材に高速でか
つ効率良く成膜を行う装置は未だ見当たらない。

【０００６】そこで、本発明の目的は、円筒状外周面を
有する回転電極を備えてプラズマＣＶＤ法により基材上
に成膜を行う装置において、円筒状基材上に高速でかつ
効率良く成膜を行うことができるようにした、プラズマ
成膜装置及びインライン式プラズマ成膜装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、円筒
状外周面を有する回転電極を備え、前記回転電極と基材
との間にプラズマを発生させ、該プラズマ中に反応ガス
を供給して化学反応により前記基材上に成膜を行うプラ
ズマ成膜装置において、前記基材が円筒状外周面を有す
る円筒状基材であり、該円筒状基材を、前記回転電極に
対してこれと互いに軸心線が平行をなし、かつ、所定の
間隙を隔てて互いに円筒状外周面を対向させて保持する
とともに、その基材軸心線を中心として前記回転電極と
は反対方向に回転させる円筒状基材回転機構を備えてい
ることを特徴とするプラズマ成膜装置である。

【０００８】請求項２の発明は、前記請求項１記載のプ
ラズマ成膜装置において、前記回転電極に対して前記円
筒状基材回転機構を複数備えていることを特徴とするも
のである。

【０００９】請求項３の発明は、成膜処理が施される基
材を外部から取り込む仕込み室と、基材搬送方向に沿っ
て連設され、電極と基材との間にプラズマを発生させ、
該プラズマ中に反応ガスを供給して化学反応により該基
材上に成膜を行う複数の成膜室と、成膜処理された基材
を外部へ取り出す取出し室と、前記複数の成膜室間にわ
たって順次基材を搬送する基材搬送機構とを備え、基材
上に順次積層する成膜を行うインライン式プラズマ成膜
装置において、前記基材が円筒状外周面を有する円筒状
基材であり、前記複数の各成膜室内に、前記電極として
円筒状外周面を有する回転電極と、前記円筒状基材を、
前記回転電極に対してこれと互いに軸心線が平行をな
し、かつ、所定の間隙を隔てて互いに円筒状外周面を対
向させて保持するとともに、その基材軸心線を中心とし
て前記回転電極とは反対方向に回転させる円筒状基材回
転機構とを備えていることを特徴とするインライン式プ
ラズマ成膜装置である。

【００１０】請求項４の発明は、前記請求項３記載のイ
ンライン式プラズマ成膜装置において、前記各成膜室毎
に前記回転電極に対して前記円筒状基材回転機構を複数
備える一方、前記基材搬送機構を該複数の円筒状基材回
転機構と同数備えていることを特徴とするものである。

【００１１】請求項５の発明は、前記請求項１又は２記
載のプラズマ成膜装置において、前記円筒状基材を加熱
する円筒状基材加熱手段を備えていることを特徴とする
ものである。請求項６の発明は、前記請求項３又は４記
載のインライン式プラズマ成膜装置において、前記円筒
状基材を加熱する円筒状基材加熱手段を備えていること
を特徴とするものである。

【００１２】請求項１のプラズマ成膜装置によれば、円
筒状基材を、回転電極に対してこれと互いに軸心線が平
行をなし、かつ、所定の狭い間隙を隔てて互いに円筒状
外周面を対向させて保持するとともに、その基材軸心線
を中心として回転電極とは反対方向に回転させる円筒状
基材回転機構を備えたものであるから、回転電極と円筒
状基材との前記間隙に該回転電極の軸方向に沿って延び
るライン状のプラズマが発生し、回転電極と円筒状基材
との回転により生じる流れによってプラズマ領域（回転
電極と円筒状基材との間隙）に反応ガスを速い速度で十
分に供給できるとともに、円筒状基材をも回転させるこ
とでライン状のプラズマに円筒状基材の円筒状外周面全
体をさらすことができ、これにより円筒状基材上に高速
でかつ効率良く成膜を行うことができる。

【００１３】また、請求項２のプラズマ成膜装置によれ
ば、回転電極に対して前記円筒状基材回転機構を複数備
え、回転電極に対してその周りに複数の円筒状基材を同
一寸法の間隙を隔てて配置し、これら各円筒状基材を回
転電極とは互いに反対方向に回転させるように構成した
ので、前記各円筒状基材回転機構に装着された円筒状基
材毎に同時にプラズマが発生し、同時に複数の円筒状基
材について高速でかつ効率良く成膜を行うことができ
る。

【００１４】請求項３のインライン式プラズマ成膜装置
によれば、回転電極及び前記円筒状基材回転機構を有す
る複数の成膜室と、これら連設された複数の成膜室間に
わたって順次円筒状基材を搬送する基材搬送機構とを備
えたものであるから、円筒状基材上に高速でかつ効率良
く、種類が異なる膜を順次積層する成膜を行うことがで
きる。

【００１５】請求項４のインライン式プラズマ成膜装置
によれば、連設された各成膜室毎に回転電極に対して前
記円筒状基材回転機構を複数（例えば２組）備えるとと
もに、同時に積層成膜すべき複数（例えば２個）の円筒
状基材を各成膜室間にわたって搬送すべく基材搬送機構
を前記複数の円筒状基材回転機構の数に合わせてこれと
同数備えたものであるから、同時に複数の円筒状基材に
ついて、高速でかつ効率良く、種類が異なる膜を順次積
層する成膜を行うことができる。例えば、各成膜室内に
２組の円筒状基材回転機構を備えたものでは、前記請求
項３の成膜装置に比べて２倍の生産性を得ることができ
る。

【００１６】本発明に係るプラズマ成膜装置及びインラ
イン式プラズマ成膜装置で用いられる円筒状基材の材質
としては、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、チタン等
の金属材料でもよく、また、ポリイミド等の合成樹脂材
料でもよい。

【００１７】本発明に係るプラズマ成膜装置及びインラ
イン式プラズマ成膜装置においては、円筒状基材を加熱
する円筒状基材加熱手段を備え、この円筒状基材加熱手
段により、円筒状基材がプラズマＣＶＤ法によって成膜
を行うのに適した温度（例えば２００〜３００℃）にな
るようにすることがよい。なお、円筒状基材が中実体で
なく中空体の場合は、円筒状基材の中空部に抵抗加熱式
ヒーターを設けるなどしてもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。

【００１９】図１は請求項１の発明の一実施形態による
プラズマ成膜装置の構成を模式的に示す側面図である。
本実施形態では、電子写真感光体におけるアモルファス
シリコン膜（光導電層）の成膜を対象としている。

【００２０】図１において、１０２は箱型状をなす反応
容器（チャンバ）である。この反応容器１０２内に、円
筒状外周面を有する１個のドラム状回転電極１０３が配
設されている。ドラム状回転電極１０３の回転軸１０３
ａは、その両側に設けられた軸受けにより電気的に絶縁
された状態で軸支されるとともに、該回転軸１０３ａの
一方側が反応容器１０２の外側面に取り付けられた回転
電極用モータ（図示せず）の駆動軸に電気的に絶縁され
た状態でカップリングを介して連結されている。アルミ
ニウム製のドラム状回転電極１０３は、外径が３００ｍ
ｍ、軸方向の長さが５００ｍｍである。ドラム状回転電
極１０３の表面は、プラズマの安定化を図るために、溶
射処理により厚さ１００μｍのアルミナ膜がコーティン
グされている。ドラム状回転電極１０３の回転数は、最
大３０００ｒｐｍ（５０ｓ^-1）に設定できるようになっ
ている。

【００２１】１０５は反応容器１０２の外側に設けられ
た高周波電源であり、ドラム状回転電極１０３の回転軸
１０３ａは、整合器１０６を介して高周波電源１０５に
電気的に接続されている。

【００２２】１０１は円筒状外周面を有する中空の円筒
状基材である。円筒状基材１０１は、回転軸１０４ａを
有する基材保持具１０４により、ドラム状回転電極１０
３に対してこれと互いに軸心線が平行をなし、かつ、所
定の間隙を隔てて互いに円筒状外周面を対向する状態で
回転可能に保持されている。基材保持具１０４は軸受け
（図示せず）によって回転自在に支持されている。そし
て、円筒状基材１０１を保持した基材保持具１０４をド
ラム状回転電極１０３とは反対方向に回転させるため
に、この基材保持具１０４の回転軸１０４ａの一方側が
反応容器１０２の外側面に取り付けられた円筒状基材回
転用モータ（図示せず）の駆動軸に電気的に絶縁された
状態で連結されている。円筒状基材１０１を保持する前
記基材保持具１０４はアースに電気的に接続されてい
る。

【００２３】前記基材保持具１０４と前記円筒状基材回
転用モータは、円筒状基材１０１を、ドラム状回転電極
１０３に対してこれと互いに軸心線が平行をなし、か
つ、所定の間隙を隔てて互いに円筒状外周面を対向させ
て保持するとともに、その基材軸心線を中心としてドラ
ム状回転電極１０３とは反対方向に回転させる円筒状基
材回転機構を構成している。

【００２４】本実施形態では、円筒状基材１０１とし
て、外径：１００ｍｍ、軸方向の長さ：３５０ｍｍであ
って、鏡面加工が施されたアルミニウム管（中空体）を
使用した。

【００２５】１０７は反応容器１０２内に反応ガスなど
を導入するためのガス導入管、１０８は排気管である。
また、１０９は、円筒状基材１０１を加熱する円筒状基
材加熱手段としての抵抗加熱式ヒーターである。抵抗加
熱式ヒーター１０９は、円筒状基材１０１に対して、ド
ラム状回転電極１０３との間隙で発生するプラズマ領域
Ｐとは反対側の位置に円筒状基材１０１に近接させて配
設されている。なお、本実施形態では抵抗加熱式ヒータ
を用いたが、これに代えて、円筒状基材加熱手段として
棒状の輻射加熱ランプを用いるようにしてもよい。ま
た、円筒状基材が中実体でなく中空体の場合、該円筒状
基材の内部に抵抗加熱式の棒状ヒーターを配置して該円
筒状基材を加熱するように構成してもよい。

【００２６】このように構成されるプラズマ成膜装置に
おいて、電子写真感光体の構成膜のうちで最大の膜厚
（２０〜３０μｍ）を持つ光導電層を構成するアモルフ
ァスシリコン膜の成膜を行った。抵抗加熱式ヒーター１
０９により円筒状基材１０１が所定温度まで加熱された
後、ガス導入管１０７より反応容器１０２内に、ＳｉＨ
₄ 及びＨ₂ からなる反応ガスとＨｅからなる希釈ガスと
を供給するとともに、排気管１０８を介して排気し、反
応容器１０２内を所定の雰囲気圧力に維持しながら、ド
ラム状回転電極１０３と円筒状基材１０１（基材保持具
１０４）間に高周波電圧を印加し、互いに反対方向へ回
転させているドラム状回転電極１０３と円筒状基材１０
１との間にプラズマＰを発生させ、反応ガスの化学反応
により円筒状基材１０１の円筒状外周面全面にわたりア
モルファスシリコン膜の成膜を行った。

【００２７】成膜条件は次の通りである。ＳｉＨ₄ のガ
ス分圧：２０Ｔｏｒｒ（２．６７ｋＰａ）、Ｈ₂ のガス
分圧：４０Ｔｏｒｒ（５．３３ｋＰａ）、Ｈｅのガス分
圧：１４０Ｔｏｒｒ（１８．６６ｋＰａ）とし、反応容
器１０２内の全圧を２００Ｔｏｒｒ（２６．６６ｋＰ
ａ）とした。また、ドラム状回転電極１０３の回転数：
５００ｒｐｍ、円筒状基材１０１の回転数：５０ｒｐｍ
とし、ドラム状回転電極１０３に供給する高周波電力
は、周波数１５０ＭＨｚ、出力１ｋＷとした。ドラム状
回転電極１０３と円筒状基材１０１との間隙寸法は、１
ｍｍに設定した。また、抵抗加熱式ヒーター１０９は、
円筒状基材１０１の外周面温度が２００℃となるように
設定した。

【００２８】その結果、２８μｍ／ｈの成膜速度にて円
筒状基材１０１の円筒状外周面全面にわたりアモルファ
スシリコン膜を形成することができた。このように、円
筒状基材１０１を回転させることにより、ライン状のプ
ラズマに円筒状基材１０１の円筒状外周面全体をさらす
ことができ、円筒状基材１０１の外周面全体にわたり高
速でかつ効率良く成膜を行うことができる。

【００２９】ところで従来、円筒状をなす電子写真感光
体における厚み２０〜３０μｍのアモルファスシリコン
膜の成膜は、一般に、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を
供給する同軸円筒型プラズマＣＶＤ装置が用いられてい
る。しかし、この同軸円筒型プラズマＣＶＤ装置では、
数μｍ程度の成膜速度しか得られず１０時間近くの成膜
時間がかかる。これに対して、本実施形態では、前記ア
モルファスシリコン膜の成膜を約１時間にで行うことが
でき、生産性を大幅に向上させることができた。また、
同軸円筒型プラズマＣＶＤ装置では、プラズマが反応容
器内全体に発生し、円筒状基材上以外での反応ガスの衝
突頻度が高く、そのため気相反応でパーティクルが多発
し、しかも前述のように成膜に長時間を要することから
気相成長した大きな多数のパーティクルが反応容器内全
体にわたって生成しやすい。この大きな多数のパーティ
クルが堆積した状態で成膜がなされると、電子写真感光
体として使用されたときに画像欠陥が発生することにな
る。これに対して、本実施形態では、ドラム状回転電極
１０３と円筒状基材１０１との間隙にのみプラズマがラ
イン状に発生するので、該間隙以外の空間におけるパー
ティクルの発生を抑制することができ、パーティクルに
起因する欠陥のない成膜を行うことができる。

【００３０】図２は、ロール状の基材保持具５０２に、
短尺リング形をなす円筒状基材５０１を多数個装着した
様子を示す斜視図である。このように、図１に示すプラ
ズマ成膜装置において、多数個の短尺リング形円筒状基
材５０１をロール状基材保持具５０２の胴部に挿脱可能
に装着して成膜を行うことにより、１つのライン状のプ
ラズマによって同時に多数個の短尺リング形円筒状基材
５０１に高速でかつ効率良く成膜を行うことができる。
ここで、短尺リング形円筒状基材５０１としては、自動
車エンジンのピストンヘッドに嵌めた状態で装着して用
いられるピストンリングがある。図１に示すプラズマ成
膜装置では、同時に多数個のピストンリング上に、耐摩
耗膜、あるいは潤滑膜として機能するＴｉＮ膜，ＤＬＣ
膜（ダイヤモングライク・カーボン膜）などを高速でか
つ効率良く成膜を行うことができる。

【００３１】図３は請求項２の発明の一実施形態による
プラズマ成膜装置の構成を模式的に示す平面図である。

【００３２】同図に示すように、反応容器２０２内に、
円筒状外周面を有する１個のドラム状回転電極２０３が
配設されている。ドラム状回転電極２０３の回転軸２０
３ａは、その両側に設けられた軸受けにより電気的に絶
縁された状態で軸支されるとともに、該回転軸２０３ａ
の一方側が反応容器２０２の外側面に取り付けられた回
転電極用モータ（図示せず）の駆動軸に電気的に絶縁さ
れた状態でカップリングを介して連結されている。アル
ミニウム製のドラム状回転電極２０３は、外径が３００
ｍｍ、軸方向の長さが５００ｍｍである。ドラム状回転
電極２０３の表面は、溶射処理により厚さ１００μｍの
アルミナ膜がコーティングされている。２０５は反応容
器２０２の外側に設けられた高周波電源である。ドラム
状回転電極２０３の回転軸２０３ａは、整合器２０６を
介して高周波電源２０５に電気的に接続されている。

【００３３】また、ドラム状回転電極２０３の軸心線
（回転軸２０３ａ）を中心とする円周上における４つの
円周四等分位置には、回転軸２０４Ａａを有する基材保
持具２０４Ａによって円筒状基材２０１Ａを保持し、該
円筒状基材２０１Ａをドラム状回転電極２０３とは反対
方向に回転させるための円筒状基材回転機構と、回転軸
２０４Ｂａを有する基材保持具２０４Ｂによって円筒状
基材２０１Ｂを保持し、これをドラム状回転電極２０３
とは反対方向に回転させるための円筒状基材回転機構
と、回転軸２０４Ｃａを有する基材保持具２０４Ｃによ
って円筒状基材２０１Ｃを保持し、これをドラム状回転
電極２０３とは反対方向に回転させるための円筒状基材
回転機構と、回転軸２０４Ｄａを有する基材保持具２０
４Ｄによって円筒状基材２０１Ｄを保持し、これをドラ
ム状回転電極２０３とは反対方向に回転させるための円
筒状基材回転機構とが、それぞれ配設されている。ドラ
ム状回転電極２０３に対してこれらの円筒状基材２０１
Ａ〜２０１Ｄは、同一寸法の間隙を隔てて保持されてい
る。

【００３４】前記の円筒状基材２０１Ａは、基材保持具
２０４Ａにより、ドラム状回転電極２０３に対してこれ
と互いに軸心線が平行をなし、かつ、所定の間隙を隔て
て互いに円筒状外周面を対向する状態で回転可能に保持
されている。基材保持具２０４Ａは軸受け（図示せず）
によって回転自在に支持されている。そして、円筒状基
材２０１Ａを保持した基材保持具２０４Ａをドラム状回
転電極２０３とは反対方向に回転させるために、この基
材保持具２０４Ａの回転軸２０４Ａａの一方側が反応容
器２０２の外側面に取り付けられた円筒状基材回転用モ
ータ（図示せず）の駆動軸に電気的に絶縁された状態で
連結されている。円筒状基材２０１Ａを保持する前記基
材保持具２０４Ａは、アースに電気的に接続されてい
る。

【００３５】前記基材保持具２０４Ａと前記円筒状基材
回転用モータは、円筒状基材２０１Ａを、ドラム状回転
電極２０３に対してこれと互いに軸心線が平行をなし、
かつ、所定の間隙を隔てて互いに円筒状外周面を対向さ
せて保持するとともに、その基材軸心線を中心としてド
ラム状回転電極２０３とは反対方向に回転させる円筒状
基材回転機構を構成している。他の円筒状基材２０１
Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄに関する各円筒状基材回転機構
についても、同一構成である。

【００３６】本実施形態では、円筒状基材２０１Ａ〜２
０１Ｄとして、外径：１００ｍｍ、軸方向の長さ：３５
０ｍｍであって、鏡面加工が施されたアルミニウム管を
使用した。

【００３７】また、２０９Ａは、円筒状基材２０１Ａを
加熱する円筒状基材加熱手段としての抵抗加熱式ヒータ
ーである。抵抗加熱式ヒーター２０９Ａは、円筒状基材
２０１Ａに対して、ドラム状回転電極２０３との間隙で
発生するプラズマ領域Ｐとは反対側の位置に円筒状基材
２０１Ａに近接させて配設されている。同様に、２０９
Ｂは円筒状基材２０１Ｂ用の抵抗加熱式ヒーター、２０
９Ｃは円筒状基材２０１Ｃ用の抵抗加熱式ヒーター、２
０９Ｄは円筒状基材２０１Ｄ用の抵抗加熱式ヒーターで
ある。また、２０７はガス導入管、２０８は排気管であ
る。

【００３８】このように構成されるプラズマ成膜装置に
おいて、アモルファスシリコン膜の成膜を行った。抵抗
加熱式ヒーター２０９Ａ〜２０９Ｄにより円筒状基材２
０１Ａ〜２０１Ｄが所定温度まで加熱された後、ガス導
入管２０７より反応容器２０２内に、ＳｉＨ₄ 及びＨ₂
からなる反応ガスとＨｅからなる希釈ガスとを供給する
とともに、排気管２０８を介して排気し、反応容器２０
２内を所定の雰囲気圧力に維持しながら、ドラム状回転
電極２０３と円筒状基材２０１Ａ〜２０１Ｄ（基材保持
具２０４Ａ〜２０４Ｄ）間に高周波電圧を印加し、互い
に反対方向へ回転させているドラム状回転電極２０３と
円筒状基材２０１Ａ〜２０１Ｄとの間にプラズマＰを発
生させ、反応ガスの化学反応により各円筒状基材２０１
Ａ〜２０１Ｄの円筒状外周面全面にわたりアモルファス
シリコン膜の成膜を行った。なお、ドラム状回転電極２
０３と各円筒状基材２０１Ａ〜２０１Ｄとの間隙寸法
は、成膜開始に先立って公知の光学式ギャップ測定器に
よって測定し、所定同一寸法になるように調整した。

【００３９】成膜条件は次の通りである。ＳｉＨ₄ のガ
ス分圧：２０Ｔｏｒｒ、Ｈ₂ のガス分圧：４０Ｔｏｒ
ｒ、Ｈｅのガス分圧：１４０Ｔｏｒｒとし、反応容器２
０２内の全圧を２００Ｔｏｒｒとした。また、ドラム状
回転電極２０３の回転数：５００ｒｐｍ、円筒状基材２
０１Ａ〜２０１Ｄの回転数：５０ｒｐｍとし、ドラム状
回転電極２０３に供給する高周波電力は、周波数１５０
ＭＨｚ、出力４ｋＷとした。ドラム状回転電極２０３と
各円筒状基材２０１Ａ〜２０１Ｄとの間隙寸法は、１ｍ
ｍに設定した。また、抵抗加熱式ヒーター２０９Ａ〜２
０９Ｄは、各円筒状基材２０１Ａ〜２０１Ｄの外周面温
度が２００℃となるように設定した。

【００４０】その結果、２８μｍ／ｈの成膜速度にて各
円筒状基材２０１Ａ〜２０１Ｄの円筒状外周面全面にわ
たりアモルファスシリコン膜を形成することができた。
このように、ドラム状回転電極２０３に対して円筒状基
材回転機構を複数、本実施形態では４組備え、ドラム状
回転電極２０３に対してその周りに４個の円筒状基材２
０１Ａ〜２０１Ｄを同一寸法の間隙を隔てて配置し、こ
れら各円筒状基材２０１Ａ〜２０１Ｄを回転電極２０３
とは互いに反対方向に回転させるように構成したので、
各円筒状基材回転機構に装着された円筒状基材２０１Ａ
〜２０１Ｄ毎に同時にプラズマが発生し、同時に複数
個、本実施形態では４個の円筒状基材２０１Ａ〜２０１
Ｄについて高速でかつ効率良く成膜を行うことができ
る。

【００４１】図４は請求項３の発明の一実施形態による
インライン式プラズマ成膜装置の構成を模式的に示す平
面図である。

【００４２】同図に示すように、本実施形態のインライ
ン式プラズマ成膜装置は、成膜処理が施される円筒状基
材３０１を外部の大気圧側から取り込む仕込み室３０２
と、仕込み室３０２からの円筒状基材３０１上に順次積
層する成膜を行うための第１成膜室３０３、第２成膜室
３０４及び第３成膜室３０５と、積層成膜がなされた円
筒状基材３０１を外部へ取り出す取出し室とを、基材搬
送方向に沿って連設した構成となされている。３１４〜
３１７はこれら各室の各々の境界部分に配設された仕切
弁、３１３は仕込み室３０２の入口側に配設された仕切
弁、３１８は取出し室３０６の出口側に配設された仕切
弁である。また、３１２は各室において真空排気するた
めの排気管、３１１は各成膜室において反応ガスなどを
導入するためのガス導入管である。

【００４３】前記各成膜室３０３〜３０５内それぞれに
は、円筒状外周面を有する１個のドラム状回転電極３０
７と、回転軸３０８ａを有する基材保持具３０８によ
り、成膜すべき円筒状基材３０１をドラム状回転電極３
０７に対してこれと互いに軸心線が平行をなし、かつ、
所定の間隙を隔てて互いに円筒状外周面を対向する状態
で回転可能に保持し、円筒状基材回転用モータ（図示せ
ず）により、該円筒状基材３０１をドラム状回転電極３
０７とは反対方向に回転させるようにした円筒状基材回
転機構とが配設されている。アルミニウム製のドラム状
回転電極３０７の回転軸３０７ａは、整合器３１０を介
して高周波電源３０９に電気的に接続されている。ま
た、円筒状基材３０１を保持する前記基材保持具３０８
は、アースに電気的に接続されている。３２０は、基材
保持具３０８に保持された円筒状基材３０１を所定温度
に加熱するための抵抗加熱式ヒーターである。

【００４４】また、本実施形態の成膜装置は、積層成膜
が施される円筒状基材３０１を、前記仕切弁３１４〜３
１７を通して、仕込み室３０２、成膜室３０３〜３０
５、取出し室３０６の順に搬送する１組の基材搬送機構
３１９（図４において白抜き矢印で示す）を備えてい
る。

【００４５】このように構成されるインライン式プラズ
マ成膜装置において、第１層から第３層までの積層成膜
を行った。まず、仕込み室３０２において円筒状基材３
０１を基材搬送機構３１９に搭載し、仕込み室３０２を
真空排気する。次に、第１成膜室３０３を真空排気した
後に仕切弁３１４を開き、基材搬送機構３１９により円
筒状基材３０１を第１成膜室３０３に搬入し、仕切弁３
１４を閉じる。この第１成膜室３０３内に反応ガスを導
入し、ドラム状回転電極３０７と円筒状基材３０１間に
高周波電圧を印加し、互いに反対方向へ回転させている
ドラム状回転電極３０７と円筒状基材３０１との間にプ
ラズマを発生させ、反応ガスの化学反応により円筒状基
材３０１の円筒状外周面全面にわたり第１層の成膜（例
えば電子写真感光体における電荷注入阻止層）を行う。
なお、この間、次の円筒状基材３０１を仕込み室３０２
に入れ、前記と同様の作業を連続的に行う。

【００４６】さて次に、第１成膜室３０３と第２成膜室
３０４をそれぞれ真空排気する。そして、仕切弁３１５
を開き、基材搬送機構３１９により円筒状基材３０１を
第２成膜室３０４に搬入し、仕切弁３１５を閉じる。こ
の第２成膜室３０４内に反応ガスを導入し、互いに反対
方向へ回転させているドラム状回転電極３０７と円筒状
基材３０１との間にプラズマを発生させ、円筒状基材３
０１の前記第１層上に第２層の成膜（例えば電子写真感
光体における光導電層）を行う。しかる後、第２成膜室
３０４と第３成膜室３０５をそれぞれ真空排気する。次
に、仕切弁３１６を開き、基材搬送機構３１９により円
筒状基材３０１を第３成膜室３０５に搬入し、仕切弁３
１６を閉じる。この第３成膜室３０５内に反応ガスを導
入し、互いに反対方向へ回転させているドラム状回転電
極３０７と円筒状基材３０１との間にプラズマを発生さ
せ、円筒状基材３０１の前記第２層上に第３層の成膜
（例えば電子写真感光体における表面保護層）を行う。
しかる後、第３成膜室３０５と取出し室３０６をそれぞ
れ真空排気する。そして、仕切弁３１７を開き、基材搬
送機構３１９により円筒状基材３０１を取出し室３０６
に搬入し、仕切弁３１７を閉じ、取出し室３０６が大気
圧になった後、第１層から第３層までの積層成膜がなさ
れた円筒状基材３０１を取出し室３０６から取り出す。

【００４７】このように、回転電極３０７及び円筒状基
材回転機構を有し、基材搬送路に沿って連設された複数
の成膜室３０３〜３０５と、これら複数の成膜室３０３
〜３０５間にわたって順次円筒状基材を搬送する基材搬
送機構３１９とを備え、前記の円筒状基材回転機構は、
円筒状基材３０１を、回転電極３０７に対してこれと互
いに軸心線が平行をなし、かつ、所定の間隙を隔てて互
いに円筒状外周面を対向させて保持するとともに、その
基材軸心線を中心として回転電極３０７とは反対方向に
回転させるように構成されているので、円筒状基材３０
１上に高速でかつ効率良く、種類が異なる膜を順次積層
する成膜を行うことができる。

【００４８】図５は請求項４の発明の一実施形態による
インライン式プラズマ成膜装置の構成を模式的に示す平
面図である。

【００４９】同図に示すように、本実施形態のインライ
ン式プラズマ成膜装置は、成膜処理が施される円筒状基
材４０１Ａ，４０１Ｂを外部の大気圧側から取り込む仕
込み室４０２と、同時に２個の円筒状基材４０１Ａ，４
０１Ｂについて積層成膜を行うための第１成膜室４０
３、第２成膜室４０４及び第３成膜室４０５と、積層成
膜がなされた円筒状基材４０１Ａ，４０１Ｂを外部へ取
り出す取出し室とを、基材搬送方向に沿って連設した構
成となされている。４１４〜４１７はこれら各室の各々
の境界部分に配設された仕切弁、４１３は仕込み室４０
２の入口側に配設された仕切弁、４１８は取出し室４０
６の出口側に配設された仕切弁である。また、４１２は
各室において真空排気するための排気管、４１１は各成
膜室において反応ガスなどを導入するためのガス導入管
である。

【００５０】前記各成膜室４０３〜４０５内それぞれに
は、円筒状外周面を有する１個のドラム状回転電極４０
７が配設されており、さらに、このドラム状回転電極４
０７の軸心線（回転軸４０７ａ）を中心とする円周上に
おける２つの各円周二等分位置には、回転軸４０８Ａａ
を有する基材保持具４０８Ａにより、成膜すべき円筒状
基材４０１Ａをドラム状回転電極４０７に対してこれと
互いに軸心線が平行をなし、かつ、所定の間隙を隔てて
互いに円筒状外周面を対向する状態で回転可能に保持
し、円筒状基材回転用モータ（図示せず）により、該円
筒状基材４０１Ａをドラム状回転電極４０７とは反対方
向に回転させるようにした円筒状基材回転機構と、同じ
く、回転軸４０８Ｂａを有する基材保持具４０８Ｂによ
り、成膜すべき円筒状基材４０１Ｂを保持し、該円筒状
基材４０１Ｂをドラム状回転電極４０７とは反対方向に
回転させるための円筒状基材回転機構とが、それぞれ配
設されている。ドラム状回転電極４０７に対してこれら
の円筒状基材４０１Ａ，４０１Ｂは、同一寸法の間隙を
隔てて保持されるようになされている。アルミニウム製
のドラム状回転電極４０７の回転軸４０７ａは、整合器
４１０を介して高周波電源４０９に電気的に接続されて
いる。また、各基材保持具４０８Ａ，４０８Ｂは、アー
スに電気的に接続されている。なお、各円筒状基材４０
１Ａ，４０１Ｂを所定温度に加熱するための抵抗加熱式
ヒーターについては図示省略してある。

【００５１】また、本実施形態の成膜装置は、同時に積
層成膜すべき円筒状基材４０１Ａ，４０１Ｂのうちの一
方の円筒状基材４０１Ａを、前記仕切弁４１４〜４１７
を通して、仕込み室４０２、成膜室４０３〜４０５、取
出し室４０６の順に搬送する第１の基材搬送機構４１９
Ａ（図５において白抜き矢印で示す）を備えるととも
に、他方の円筒状基材４０１Ｂを、前記仕切弁４１４〜
４１７を通して、仕込み室４０２、成膜室４０３〜４０
５、取出し室４０６の順に搬送する第２の基材搬送機構
４１９Ｂ（図５において白抜き矢印で示す）を備えてい
る。

【００５２】このように構成されるインライン式プラズ
マ成膜装置において、同時に２個の円筒状基材４０１
Ａ，４０１Ｂについて第１層から第３層までの積層成膜
を行った。まず、仕込み室４０２において一方の円筒状
基材４０１Ａを第１の基材搬送機構４１９Ａに搭載し、
他方の円筒状基材４０１Ｂを第２の基材搬送機構４１９
Ｂに搭載し、仕込み室４０２を真空排気する。次に、第
１成膜室４０３を真空排気した後に仕切弁４１４を開
き、各基材搬送機構４１９Ａ，４１９Ｂにより円筒状基
材４０１Ａ，４０１Ｂを第１成膜室４０３にそれぞれ搬
入し、仕切弁４１４を閉じる。この第１成膜室４０３内
に反応ガスを導入し、ドラム状回転電極４０７と円筒状
基材４０１Ａ，４０１Ｂ間に高周波電圧を印加し、互い
に反対方向へ回転させているドラム状回転電極４０７と
円筒状基材４０１Ａ，４０１Ｂとの間にプラズマをそれ
ぞれ発生させ、反応ガスの化学反応により各円筒状基材
４０１Ａ，４０１Ｂの円筒状外周面全面にわたり第１層
の成膜（例えば電子写真感光体における電荷注入阻止
層）を行う。なお、この間、次の円筒状基材４０１Ａ，
４０１Ｂを仕込み室４０２に入れ、前記と同様の作業を
連続的に行う。

【００５３】次に、第１成膜室４０３と第２成膜室４０
４をそれぞれ真空排気する。そして、仕切弁４１５を開
き、各基材搬送機構４１９Ａ，４１９Ｂにより円筒状基
材４０１Ａ，４０１Ｂを第２成膜室４０４にそれぞれ搬
入し、仕切弁４１５を閉じる。この第２成膜室４０４内
に反応ガスを導入し、互いに反対方向へ回転させている
ドラム状回転電極４０７と円筒状基材４０１Ａ，４０１
Ｂとの間にプラズマをそれぞれ発生させ、各円筒状基材
４０１Ａ，４０１Ｂの前記第１層上に第２層の成膜（例
えば電子写真感光体における光導電層）を行う。しかる
後、第２成膜室４０４と第３成膜室４０５をそれぞれ真
空排気する。次に、仕切弁４１６を開き、基材搬送機構
４１９Ａ，４１９Ｂにより円筒状基材４０１Ａ，４０１
Ｂを第３成膜室４０５にそれぞれ搬入し、仕切弁４１６
を閉じる。この第３成膜室４０５内に反応ガスを導入
し、ドラム状回転電極４０７と円筒状基材４０１Ａ，４
０１Ｂとの間にプラズマをそれぞれ発生させ、各円筒状
基材４０１Ａ，４０１Ｂの前記第２層上に第３層の成膜
（例えば電子写真感光体における表面保護層）を行う。
しかる後、第３成膜室４０５と取出し室４０６をそれぞ
れ真空排気する。そして、仕切弁４１７を開き、各基材
搬送機構４１９Ａ，４１９Ｂにより円筒状基材４０１
Ａ，４０１Ｂを取出し室４０６にそれぞれ搬入し、仕切
弁４１７を閉じ、取出し室４０６が大気圧になった後、
第１層から第３層までの積層成膜がなされた円筒状基材
４０１Ａ，４０１Ｂを取出し室４０６から取り出す。

【００５４】このように、連設された各成膜室４０３〜
４０５毎に回転電極４０７に対して円筒状基材回転機構
を複数、本実施形態では２組備え、基材搬送機構４１９
Ａ，４１９Ｂを該複数の円筒状基材回転機構と同数備え
ているので、同時に複数の円筒状基材４０１Ａ，４０１
Ｂについて積層成膜を行うことができる。よって、前記
図４に示すインライン式プラズマ成膜装置に比べて２倍
の生産性を得ることができる。

【００５５】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１の発明によ
るプラズマ成膜装置によれば、円筒状基材を、回転電極
に対してこれと互いに軸心線が平行をなし、かつ、所定
の狭い間隙を隔てて互いに円筒状外周面を対向させて保
持するとともに、その基材軸心線を中心として回転電極
とは反対方向に回転させる円筒状基材回転機構を備えた
ものであるから、回転電極と円筒状基材との前記間隙に
該回転電極の軸方向に沿って延びるライン状のプラズマ
が発生し、回転電極と円筒状基材との回転により生じる
流れによってプラズマ領域に反応ガスを速い速度で十分
に供給できるとともに、円筒状基材をも回転させること
でライン状のプラズマに円筒状基材の円筒状外周面全体
をさらすことができ、これにより円筒状基材上に高速で
かつ効率良く成膜を行うことができる。

【００５６】請求項２の発明によるプラズマ成膜装置に
よれば、回転電極に対して前記円筒状基材回転機構を複
数備え、回転電極に対してその周りに複数の円筒状基材
を同一寸法の間隙を隔てて配置し、これら各円筒状基材
を回転電極とは互いに反対方向に回転させるように構成
したので、前記各円筒状基材回転機構に装着された円筒
状基材毎に同時にプラズマが発生し、同時に複数の円筒
状基材について高速でかつ効率良く成膜を行うことがで
きる。

【００５７】請求項３の発明によるインライン式プラズ
マ成膜装置によれば、回転電極及び前記円筒状基材回転
機構を有する複数の成膜室と、これら連設された複数の
成膜室間にわたって順次円筒状基材を搬送する基材搬送
機構とを備えたものであるから、円筒状基材上に高速で
かつ効率良く、種類が異なる膜を順次積層する成膜を行
うことができる。

【００５８】請求項４の発明によるインライン式プラズ
マ成膜装置によれば、連設された各成膜室毎に回転電極
に対して前記円筒状基材回転機構を複数備えるととも
に、同時に積層成膜すべき複数の円筒状基材を各成膜室
間にわたって搬送すべく基材搬送機構を前記複数の円筒
状基材回転機構の数に合わせてこれと同数備えたもので
あるから、同時に複数の円筒状基材について、高速でか
つ効率良く、種類が異なる膜を順次積層する成膜を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の一実施形態によるプラズマ成
膜装置の構成を模式的に示す側面図である。

【図２】ロール状の基材保持具に短尺リング形をなす円
筒状基材を多数個装着した様子を示す斜視図である。

【図３】請求項２の発明の一実施形態によるプラズマ成
膜装置の構成を模式的に示す平面図である。

【図４】請求項３の発明の一実施形態によるインライン
式プラズマ成膜装置の構成を模式的に示す平面図であ
る。

【図５】請求項４の発明の一実施形態によるインライン
式プラズマ成膜装置の構成を模式的に示す平面図であ
る。

【図６】回転電極を備えた従来のプラズマ成膜装置の構
成を模式的に示す側面図である。

【符号の説明】

１０１，２０１Ａ〜２０１Ｄ…円筒状基材 １０２，２
０２…反応容器 １０３，２０３…ドラム状回転電極
１０３ａ，２０３ａ…回転軸 １０４，２０４Ａ〜２０
４Ｄ…基材保持具 １０４ａ，２０４Ａａ〜２０４Ｄａ
…回転軸 １０５，２０５…高周波電源 １０６，２０
６…整合器 １０７，２０７…ガス導入管 １０８，２
０８…排気管 １０９，２０９Ａ〜２０９Ｄ…抵抗加熱
式ヒーター ３０１，４０１Ａ，４０１Ｂ…円筒状基材
３０２，４０２…仕込み室 ３０３，４０３…第１成
膜室 ３０４，４０４…第２成膜室 ３０５，４０５…
第３成膜室 ３０６，４０６…取出し室 ３０７，４０
７…ドラム状回転電極 ３０７ａ，４０７ａ…回転軸
３０８，４０８Ａ，４０８Ｂ…基材保持具 ３０８ａ，
４０８Ａａ，４０８Ｂａ…回転軸 ３０９，４０９…高
周波電源 ３１０，４１０…整合器 ３１１，４１１…
ガス導入管 ３１２，４１２…排気管 ３１３〜３１
８，４１３〜４１８…仕切弁 ３１９，４１９Ａ，４１
９Ｂ…基材搬送機構 ３２０…抵抗加熱式ヒーター ５
０１…短尺リング形円筒状基材 ５０２…ロール状基材
保持具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 明 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 林 和志 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 後藤 裕史 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 釘宮 敏洋 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 石橋 清隆 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 森 勇藏 大阪府交野市私市８丁目16番19号 Ｆターム(参考） 4K030 CA02 CA14 FA03 GA06 GA12 JA03 KA16 KA24

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状外周面を有する回転電極を備え、
   前記回転電極と基材との間にプラズマを発生させ、該プ
   ラズマ中に反応ガスを供給して化学反応により前記基材
   上に成膜を行うプラズマ成膜装置において、 前記基材が円筒状外周面を有する円筒状基材であり、該
   円筒状基材を、前記回転電極に対してこれと互いに軸心
   線が平行をなし、かつ、所定の間隙を隔てて互いに円筒
   状外周面を対向させて保持するとともに、その基材軸心
   線を中心として前記回転電極とは反対方向に回転させる
   円筒状基材回転機構を備えていることを特徴とするプラ
   ズマ成膜装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプラズマ成膜装置におい
   て、前記回転電極に対して前記円筒状基材回転機構を複
   数備えていることを特徴とするプラズマ成膜装置。
3. 【請求項３】 成膜処理が施される基材を外部から取り
   込む仕込み室と、基材搬送方向に沿って連設され、電極
   と基材との間にプラズマを発生させ、該プラズマ中に反
   応ガスを供給して化学反応により該基材上に成膜を行う
   複数の成膜室と、成膜処理された基材を外部へ取り出す
   取出し室と、前記複数の成膜室間にわたって順次基材を
   搬送する基材搬送機構とを備え、基材上に順次積層する
   成膜を行うインライン式プラズマ成膜装置において、 前記基材が円筒状外周面を有する円筒状基材であり、前
   記複数の各成膜室内に、前記電極として円筒状外周面を
   有する回転電極と、前記円筒状基材を、前記回転電極に
   対してこれと互いに軸心線が平行をなし、かつ、所定の
   間隙を隔てて互いに円筒状外周面を対向させて保持する
   とともに、その基材軸心線を中心として前記回転電極と
   は反対方向に回転させる円筒状基材回転機構とを備えて
   いることを特徴とするインライン式プラズマ成膜装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のインライン式プラズマ成
   膜装置において、前記各成膜室毎に前記回転電極に対し
   て前記円筒状基材回転機構を複数備える一方、前記基材
   搬送機構を該複数の円筒状基材回転機構と同数備えてい
   ることを特徴とするインライン式プラズマ成膜装置。
5. 【請求項５】 前記円筒状基材を加熱する円筒状基材加
   熱手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２記
   載のプラズマ成膜装置。
6. 【請求項６】 前記円筒状基材を加熱する円筒状基材加
   熱手段を備えていることを特徴とする請求項３又は４記
   載のインライン式プラズマ成膜装置。