JP2920637B2

JP2920637B2 - グロー放電分解装置

Info

Publication number: JP2920637B2
Application number: JP7132889A
Authority: JP
Inventors: 永樋口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1989-03-23
Filing date: 1989-03-23
Publication date: 1999-07-19
Anticipated expiration: 2014-07-19
Also published as: JPH02250975A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は例えばアモルファスシリコン又はアモルファ
スシリコン合金系感光体ドラムを同時に複数個製作する
ことができるグロー放電分解装置に関するものである。

〔従来技術及びその問題点〕

第３図及び第４図は第１の従来例を示し、第５図及び
第６図は第２の従来例を示し、また、第９図及び第10図
は第３の従来例を示す。

第１の従来例の第３図は平面概略図であり、第４図は
その部分断面概略図である。

１は円筒形状の反応室であり、この反応室１の内部に
は16個の被成膜用円筒基体２が実質上円周線上に且つ等
間隔になるように配置され、個々の被成膜用円筒基体２
は基体支持部３の上に載置され、そして、その被成膜用
円筒基体２の上にはダミーリング４が載置され、モータ
５により軸６を介してダミーリング４を回転駆動し、被
成膜用円筒基体２が成膜中回転する。また、個々の被成
膜用円筒基体２の内部には成膜中基板が所要な温度に加
熱されるようにヒータ７が設けられる。

反応室１の上面には絶縁性の蓋体８があり、この蓋体
８には円筒形状のガス噴出管９が接続され、このガス噴
出管９には多数個のガス噴出口10が形成される。11及び
12はそれぞれガス導入口及びガス排出口である。

13は高周波電源であり、14はマッチングボックスであ
り、このマッチングボックス14の一方の出力端子はガス
噴出管９に電気的に接続され、他方の出力端子は反応室
１に接続され、しかも、反応室１は軸６を介して基板２
と電気的に導通である。

かくして上記構成のグロー放電分解装置によれば、ア
モルファスシリコン又はアモルファスシリコン合金系
（以下、ａ−Si系と略す）の成膜用ガスをガス導入口11
より導入し、ガス噴出口10を介して被成膜用円筒基体２
に向けて噴出し、そして、被成膜用円筒基体２を所要の
温度に加熱するとともに回転させ、更にガス噴出管９を
個々の基板の共通電極とし、ガス噴出管９と被成膜用円
筒基体２の間で高周波電力を印加するとグロー放電が発
生し、ガスの分解生成物が被成膜用円筒基体２の周面に
蒸着する。その分解生成物の残余ガスはガス排出口12よ
り出る。なお、同図の矢印はガスの流路を示す。

しかしながら、上記グロー放電分解装置によれば、被
成膜用円筒基体２の周方向に亘って成膜速度が均等にな
るように設定するのが難しく、また、ａ−Si系膜の光導
電特性についても被成膜用円筒基体２の周方向に亘って
均等になるように設定するのが難しい。かかる問題点を
解決せんがために被成膜用円筒基体２を回転させても膜
質及び特性上改善されるが、未だ満足し得ない。例えば
各種ガスを用いて複合系の合金を形成したり、あるいは
積層型の膜を形成する場合には更に改善を要する。

上記問題点は第２の従来例についても同様である。第
５図は平面概略図であり、第６図はその部分断面概略図
である。

第２の従来例は第１の従来例に比べて基板の配列が異
なっており、反応室15の内部に複数個の被成膜用円筒基
体16を２列に対称的に並べ、両列の被成膜用円筒基体16
を基体支持体17の上に載置する。そして、その他の各種
構成部は第１の従来例と同じ機能があり、個々の構成部
として、18は基体支持部、19はダミーリング、20は絶縁
性の蓋体、21は電極部、22はガス噴出口、23はガス導入
口、24はガス排出口、25は高周波電源、26はマッチング
ボックスである。反応室15には基体支持体17を搬入又は
搬出するための搬入口27及び搬出口28が形成される。

かくして上記構成のグロー放電分解装置によれば、被
成膜用円筒基体16を載置した基体支持体17を搬入口27よ
り反応室15の内部へ入れ、そして、ａ−Si系成膜用ガス
をガス導入口23より導入し、ガス噴出口22を介して被成
膜用円筒基体16に向けて噴出し、また、電極部21と被成
膜用円筒基体16の間で高周波電力を印し、被成膜用円筒
基体16を回転駆動手段（図示せず）により回転させ、グ
ロー放電の発生とともに成膜形成する。成膜が終了する
と被成膜用円筒基体16を載置したまま基体支持体17を搬
出口28より出す。

ところで、第１、第２の従来例に生じる問題点は被成
膜用円筒基体２、16が円筒形状であり、この基体を個別
の電極とし、ガス噴出管９や電極部21を共通電極とし、
両電極間でグロー放電を発生させることに起因してお
り、それを第７図及び第８図により説明する。

ガス圧力ｐ（torr）と電極間距離ｄ（cm）の積が所定
の値、即ちｋ値（torr・cm）になるとグロー放電開始の
電圧が最小値となり、このｋ値の近傍で最も安定した放
電を接続させることができる。この現象はパッシェンの
法則として知られ、ｐ×ｄとVs（放電開始電圧）の関係
を第７図に示す。

本発明者が繰り返し行った実験によれば、モノシラン
ガスを導入し、13MHzの高周波電力を印加してグロー放
電を発生させた場合、ｋ＝0.35±0.2であり、ガス圧力
ｐ＝0.1torrであれば電極間距離ｄが3.5cmになることを
確かめた。

このようにｋ値は最も安定した放電条件を示す指標と
なり得るが、被成膜用基体が円筒形状であり且つ一方の
電極である場合には電極間距離ｄが一定にならず、基板
の周面に亘って不均一な放電条件となる。

即ち、第８図に示すように反応室29の内部に円筒形状
の被成膜用基体30と平板電極31を対向して配置し、両者
間に高周波電力を印加した場合、電極間距離ｄはd1から
d2の間に定まるが、被成膜用基体30の周方向Ａ〜Ｈ点に
おける成膜速度が一様でなく、光導電特性なども均等に
ならない。

そこで、第１、第２の従来例の問題点に鑑みて第３の
従来例が提案された。第９図は平面概略図であり、第10
図はその部分断面概略図である反応室32には一方が開放された８個の円筒状電極板33
が円周線上に且つ等間隔になるように設置され、各々の
電極板33の内部には被成膜用基体34が設置される。この
被成膜用基体34は下部ダミーリング35の上に載置され、
更に被成膜用基体34の上には上部ダミーリング36が載置
され、モータ37が軸38を介して上部ダミーリング36を回
転駆動し、被成膜用基体34が回転する。

また、被成膜用基体34の内部にはヒータ39が配置さ
れ、これにより、成膜中に被成膜用基体34を所要の温度
にまで加熱する。

ａ−Si系成膜用ガスはガス導入口40から反応室32の内
部へ入り、このガスは電極板33に形成されたガス噴出口
41より被成膜用基体34へ噴き出し、そして、成膜の残余
ガスはガス排出口42より排出する。

43は高周波電源、44はマッチングボックスであり、そ
の一方の端子は反応室32の周面を介して電極板33に電気
的に導通し、他方の端子は反応室32の下面を介して被成
膜用基体34に電気時に導通し、これにより、被成膜用基
体34と電極板33の間に高周波電力が印加される。なお、
45は絶縁リングである。

かくして上記構成のグロー放電分解装置によれば、被
成膜用基体34と電極板33の間でグロー放電領域ができ、
これにより、電極間距離ｄを一定にでき、基板の周方向
に亘って、均一な成膜速度並びに光導電特性などが得ら
れる。

しかしながら、第３の従来例の場合、個々の被成膜用
基体34を覆うように電極板33を配置しており、これによ
り、電極板33の径の大きさにより反応室内部の容積が決
められ、基体数が制約を受け、その結果、単一の反応室
に配置する基体数が少なくなるという問題点がある。

また、個々の被成膜用基体34に対して円筒状の電極板
33を備えているため、被成膜用基体34の装着並びに脱着
を困難とし、これにより、製造上の作業牲が低下し、製
造効率が低くなる。

更にまた、モノシランガスなどの成膜用ガスを分解す
るとラジカル種が発生し、これが被成膜用基体34上に付
着するが、同時に電極板33の内面にも付着し、しかも、
電極板33に付着する量が多く、例えば電極の径が基板の
径に比べて２倍であれば面積比で４倍となり、基体周面
の付着効率は約25％になり、このような成膜用ガスの利
用効率の低さも問題点として挙げられる。

〔発明の目的〕

従って本発明は叙上に鑑みて完成されたものであり、
その目的は単一の装置を用いて複数個の被成膜用基体に
同時に成膜形成でき、しかも，その個々の被成膜用基体
間並びに被成膜用基体の成膜面に亘って同じ成膜速度が
得られやすく、また、均一な膜特性が得られたグロー放
電分解装置を提供することにある。

また本発明の他の目的は製造上の作業性を高め、しか
も、成膜用ガスの利用効率を高め、これによって製造効
率及び製造コストが改善できたグロー放電分解装置を提
供することにある。

（問題点を解決するための手段〕本発明のグロー放電分解装置は、複数個の被成膜用円
筒基体を直線状に各々立設配列した円筒基体配列群を反
応室内部に２列に平行設置し、双方の円筒基体配列群の
中心に各円筒基体配列群方向にガス噴出口を多数形成し
た電極部と、この電極部と円筒基体配列群との間に平面
形状のメッシュ状電極とを配設し、これら電極部とメッ
シュ状電極との間でグロー放電を発生させるように構成
し、かつ反応室の各円筒基体配列群背後にガス排出口を
形成したことを特徴とする。

〔実施例〕

以下本発明を第１図及び第２図に示す実施例により説
明する。第１図は平面概略図であり、第２図はその部分
断面概略図である。なお、従来例と同一箇所には同一符
号が付してある。

15は反応室であり、反応室15の内部には６個の被成膜
用円筒基体16が各々の中心軸が平行となるように直線状
に並設し、これらを円筒基体配列群と成している。更に
同じ構成の円筒基体配列群を平行設置している。個々の
被成膜用円筒基体16は基体支持部17上にダミーリング18
を介して載置され、また、被成膜用円筒基体16の上にも
ダミーリング19が載置される。そして、従来と同様にモ
ータでもって被成膜用円筒基体16を回転させる。個々の
被成膜用円筒基体16の内部には成膜中基板が所要な温度
に加熱されるようにヒータを設けてもよい。

２列平行に配置した双方の被成膜用円筒基体16のほぼ
中心に両面にガス噴出口22を多数形成した電極部21を設
け、更に電極部21と各被成膜用円筒基体16との間に平面
形状のメッシュ状電極47を配設している。そして、電極
部21と各メッシュ状電極47との間でグロー放電を発生さ
せるように成している。48は反応室15の各円筒基体配列
群付近に形成したガス排出口である。また、マッチング
ボックス26の一方の出力端子は反応室15に接続され、し
かも、反応室15は電気的にメッシュ状電極47に導通して
いる。

上記グロー放電分解装置によれば、ａ−Si系の成膜用
ガスをガス導入口23より導入し、ガス噴出口22を通して
メッシュ状電極47に向けて噴出し、そして、被成膜用円
筒基体16を所要の温度に加熱するとともに回転させ、電
極部21とメッシュ状電極47の間で高周波電力を印加する
とグロー放電が発生し、その分解生成物はメッシュ状電
極47のガス通過口を介して被成膜用円筒基体16へ向か
い、その周面に蒸着する。上記分解生成物の残余ガスは
ガス排出口48より出る。

上記構成のグロー放電分解装置を用いてａ−Si系の膜
を形成する場合、そのグロー放電領域においては電子が
十分に大きな運動エネルギーを得ており、モノシランな
どの原料はその高速な電子の衝突を受け、これにより、
多数のイオン種（SiHx＋）や発光種（SiHx＋）また中性
種（SiHx）が生じ、このような一次反応に対して更に上
記反応種が相互に衝突し、分解及び合成が繰り返される
（二次反応と呼ばれる）。

上記反応種は定常状態下で一般的に下記のような空間
密度である。

イオン種（SiHx＋）……約10⁹／cm³ 発光種（SiHx＋）……約10⁶／cm³ 中性種（SiHx）……約10¹¹〜10¹²／cm³ 従って反応種の主体は中性種であり、電界（ドリフト
移動）に影響を受けないで拡散により基板側へ輸送さ
れ、成膜形成する。この中性種には主としてSi、SiH、S
iH₂、SiH₃などがあり、そのなかでSiH₃ラジカルが最も
寿命が長いために多く存在しており、次に多く存在する
のはSiH₂ラジカルである。

かくして、このような中性種が濃度拡散により輸送さ
れ、基板周面に蒸着する。そして、このグロー放電分解
装置によれば、被成膜用円筒基体16が一方の電極となら
ず、そのために基体周面並びに個々の基体間で成膜速度
が一様になりやすく、しかも、均一な光導電特性の膜が
得られる。また、個々の被成膜用円筒基体16に対応して
それぞれ電極板を配置する必要がなく、これにより、第
３の従来例で述べたような問題点が解決でき、その結
果、製造効率及び製造コストが改善できる。

更にまた、ガス排出口48が反応室の側面に形成されて
おり、これにより、前述した中性種はすべて被成膜用円
筒基体16へ向かい、その有効利用により成膜される比率
が高くなり、成膜速度を高くなる。

本発明者は本例のグロー放電分解装置について種々の
実験を繰り返し行った結果、電極部21とメッシュ状電極
47の間を実質上等距離に配置してその間隔を10〜300m
m、好適には30〜300mmの範囲内に設定した場合、安定な
放電が維持できるという点でよいことを見い出した。ま
た、被成膜用円筒基体16とメッシュ状電極47の間隔は１
〜100mm、好適には５〜20mmの範囲内に設定するのが望
ましく、この範囲内であれば高い成膜速度が得られるこ
とも見い出した。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、単一の装置を用いて複
数個の被成膜用円筒基体に同時に成膜形成でき、しか
も、被成膜用円筒基体の成膜面並びに個々の被成膜用円
筒基体間に亘って一様な成長速度が得られ、また、均一
な膜特性が得られたグロー放電分解装置を提供すること
ができた。

また、本発明のグロー放電分解装置は製造作業性、成
膜用ガスの利用効率が高められ、これによって製造効率
及び製造コストが改善できた。

更にまた本発明のグロー放電分解装置は次のような利
点も有する。

（ｉ）・・・被成膜用円筒基体を電極とせず、これによ
り、被成膜用円筒基体に対する導通手段が不要となり、
被成膜用円筒基体の搬送が容易となり、その結果、イン
ライン型の量産システムが可能となる。

（ii）・・・被成膜用円筒基体が径の比較的小さい円筒
状である場合、第３の従来例にて述べた問題点が最も顕
著に解決でき、そのため、同一反応室内部に多くの被成
膜用円筒基体が配置でき、量産牲に優れる。

（iii）・・・反応室、メッシュ状電極及び被成膜用円
筒基体を電気的に導通でき、その同電位状態に対して接
地でき、これにより、電波放射防止のために反応室を遮
蔽するシールド手段が不要となり、コンパクトな成膜装
置となる。

（iv）・・・被成膜用円筒基体が一方の電極とならず、
そのためグロー放電分解により発生したイオンなどが電
界により加速されながら被成膜用円筒基体に衝突しなく
なり、これに伴う温度上昇が生じなくなり、その結果、
被成膜用円筒基体を所要の温度に設定するための温度コ
ントロールが容易となり、従来必要に応じて用いてきた
冷却手段が不要となった。

（ｖ）・・・被成膜用円筒基体は導電性である必要はな
く、絶縁体から成ってもよい。

（vi）・・・従来、電子写真感光体用にAl製ドラムが被
成膜用円筒基体に用いられ、そして、そのドラムに電極
の機能があったために大きな厚みの基板が用いられ、こ
れによって基板がプラズマに直接曝されることにより生
じる基板変形を小さくしていたが、本発明においては上
記問題点が解決でき、厚みの小さいAl製ドラムを用いる
ことができた。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変
更、改善などは何等差支えない。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明のグロー放電分解装
置の平面概略図及び部分断面概略図、第３図及び第４図
はそれぞれ第１の従来例の平面概略図及び部分断面概略
図、第５図及び第６図はそれぞれ第２の従来例の平面概
略図及び部分断面概略図、第７図はパッシェンの法則を
説明する線図、第８図は円筒基板と基板電極の間に放電
により生じる成膜ムラを述べる説明図、第９図及び第10
図はそれぞれ第３の従来例の平面概略図及び部分断面概
略図である。２、16、34……被成膜用円筒基体９、21……電極部 10、22、41……ガス噴出口 11、23、40……ガス導入口 12、24、42、48……ガス排出口 15……反応室 47……メッシュ状電極

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の被成膜用円筒基体を直線状に各々
立設配列した円筒基体配列群を反応室内部に２列に平行
設置し、双方の円筒基体配列群の中心に各円筒基体配列
群方向にガス噴出口を多数形成した電極部と、該電極部
と円筒基体配列群との間に平面形状のメッシュ状電極と
を配設し、これら電極部とメッシュ状電極との間でグロ
ー放電を発生させるように構成し、かつ反応室の各円筒
基体配列群背後にガス排出口を形成したグロー放電分解
装置。