JPH02197575A - マイクロ波プラズマｃｖｄ法及びその装置 - 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
体デイバイス、電子写真用感光体デイバイス、画像入力
用ラインセンサー、描像デイバイス、光起電力デイバイ
ス等に用いるアモルファス半導体膜を形成するマイクロ
波プラズマＣＶＤ法及びそれに用いる装置に関する。

〔従来技術の説明〕

従来、半導体デイバイス、電子写真用感光体デイバイス
、画像入力用ラインセンサー、描像デイバイス、光起電
力デイバイス、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
、例えば水素又は／及びハロゲン（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、’Ａ−
３ｔ（Ｈ。

Ｘ）°という、）等のアモルファス材料で構成された半
導体等用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材質の基体上に薄膜
状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、そのだめの装置も各種提案されている。

ところで近年、マイクロ波グロー放電分解を用いたプラ
ズマＣＶＤ法が注目され、工業的利用への研究がなされ
て来ている。

そしてそうした公知のマイクロ波プラズマＣＶＤ法によ
る堆積膜形成装置は代表的には、第４図の透視略図で示
される装置構成のものである。

第４図において、４０１は反応容器であり、真空気密化
構造を成している。４０２はマイクロ波電力を反応容器
内に効率良く透過し、かつ真空気密を保持し得るような
材料、例えば、石英ガラス、アルミナセラミックス等で
形成された誘電体窓である。４０３はマイクロ波の伝送
部で主として金属性の導波管からなっており、整合器ア
イソレーターを介してマイクロ波電源（図示せず）に接
続されている。４０４は一端が真空容器４０１内に開口
し、他端が排気装置（図示せず）に連通している排気管
である。４０５は堆積膜形成用の基体であり、４０６は
放電空間を示す。

こうした従来の堆積膜形成装置による堆積膜形成は以下
のようにして行われる。即ち、真空ポンプ（図示せず）
により、真空容器４０１内を脱気し、反応容器内圧力を
Ｉ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以下に調整する０次いで基体
ホルダー４０７に内蔵されたヒーターに通電して基体４
０５の温度を膜堆積に好適な温度に加熱保持する。原料
ガス供給管４０８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（Ｓ　ｉ
　Ｈ、）等の原料ガスが反応容器内に導入される。それ
と同時併行的にマイクロ波電源（図示せず）に通電して
周波数５００ＭＨｚ以上の、好ましくは２．４５ＧＨｚ
のマイクロ波を発生させ、導波管４０３を通じ、誘電体
窓４０２を介して反応容器４０１内に導入される。かく
して反応容器４０１内のガスは、マイクロ波のエネルギ
ーにより励起されて解離し、基体表面に堆積膜が形成さ
れるところとなる。

さらに１９８６年５月１５日出願の特開昭６１−２８３
１１６号公報には、半導体部材製造用の改良形マイクロ
波システムが述べられている。該分軸においては、放電
空間中にプラズマ電位制御用として電橋４１０を設け、
電源４０９により所望の電圧を印加し、堆積種のイオン
衝撃を制御しながら半導体材料を形成し、堆積膜の特性
を実質的に向上させる方法が開示されている。

これらの従来の装置により、比較的厚い光導電性材料を
高速の堆積速度で製造することが可能になった。

しかし、以上の従来の装置で作製された堆積膜にも以下
のような問題点があった。

１つには成膜のたびにその電気的特性が変化することで
ある。特に電子写真感光体の場合、このような電気的特
性の変化は感光体間の帯！能、光に対する感度（以下、
略して“感度”という）、残留電位等の電子写真の基本
性能の変化となって現れるため製品の画像品質に直接の
影響を及ぼすことになる。

もう１つには、特に電子写真感光体のように膜厚が２０
μ以上と厚い場合、前記反応容器内の構成物からの細か
いｍ＠がれのために堆積膜上に欠陥が発生して画像欠陥
となることである。これはこれまで製品化されている通
常の膜厚では実用上影響は少ないが、帯電能、感度など
の特性向上のために膜厚を上げてい（と顕著な影響とな
って表れてくるものであり、これらは特に電子写真感光
体のような大面積の機能性堆積膜の形成にとっては非常
に大きな問題点であった。

（発明の目的） 本発明は、上述のごとき従来の装置における諸問題を克
服して、半導体デイバイス、電子写真用感光体デイバイ
ス、画像入力用ラインセンサー撮像デイバイス、光起電
力素子、その他の各種工レクトロニクス素子、光学素子
等に用いる素子部材をマイクロ波プラズマＣＶＤ法によ
り基体上に体禎を得る方法及び装置において、原料ガス
の利用効率が良く、均質で良質な欠陥の少ない１漠を高
速度でかつロフト間のバラツキを少なく安定に形成し得
る方法及び装置を提供することを目的とするものである
。

〔発明の構成・効果〕

発明者らは前記従来技術の問題点について、鋭意検討を
重ねた結果、下述する知見を得た。

その１；特性が変化することについては、前記電極４１
０の初期温度の変化により、電極の表面の抵抗値が変化
して特性に影響を与えることが判明した。即ち、放電に
より基板上に堆積膜が堆積されるとき、当然、電極表面
にも堆積膜が堆積される。このとき、初期は、基板温度
は室温に近いため、電極表面の電気抵抗は堆積膜の膜厚
に伴って時間と共に大きくなっていく、ところが、ある
時間放電が続くと、プラズマからの熱とマイクロ波の吸
収により、電極はしだいに昇温しでいき、放電時間にも
よるが、場合によっては３００℃以上の温度にも達する
。この温度の上昇は堆積膜の電気抵抗の低下に大きく寄
与し、ある時点から堆積膜の膜厚の増加による電気抵抗
の増加よりも大きくなり、結果的に電極上の堆積膜の電
気抵抗は再び減少していく。

ところが、上記のような電極表面の堆積膜の電気抵抗の
変化というのは、このときの電極の初期温度、成膜炉壁
の温度、基板の温度、加熱時間、放電までの内圧、電極
の表面性、熱の吸収率等の放電までの履歴及び部品の個
別のわずかな違い等、管理することの困難な項目に大き
く影響される。

又、放電開始後の昇温カーブも放電のパワーガス種、内
圧、マイクロ波のプラズマを生成する能率等によって変
わるため、堆積膜形成のたびに微妙に異なっていく、こ
のように、これらの電極表面の電気抵抗の変化は、Ｍ’
Ｊｔ向上のために印加している電圧と電流とに大きく影
響するため、形成した堆積膜間に特性のバラツキが発生
する。

その２：堆積膜の細かい剥がれに関しても、電極上に室
温近くから膜を堆積させた場合、特に膜厚が厚い場合は
、初期の温度と後期の温度の差が大きい、電極の材質と
堆積膜の膨張率が違うため、下部での膜のストレスの影
響が大きく、ついには膜が剥がれてしまうことが判明し
た。この時膜は内部のストレスのため、四方に弾けるよ
うに飛び散り、基板を電極の上方に置く等の成膜炉内の
配置方法だけでは完全には解決することができなかった
。又、この現象は原料ガスの利用効率向上のためプラズ
マを囲むように基板を配置した場合は、さらに影響が大
きいことも＆１１認された。

本発明者らは、従来の装置におけるこのような問題点の
解明に基づき鋭意研究を続けた結果、マイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置で安定かつ欠陥の少ない良質の堆積膜を高
速に得るためには、放電空間に電極を設け、この電極の
表面温度制４ＴＪを行い、かつこの電極と基体間に電界
がかかるように、電極に電圧をかけることが必要である
との知見を得た。

この電界には次の３つの効果があると推定される。即ち
、（ｉ）発生した電界が放電空間内にあるため、堆積膜
形成時の放電状態がより安定になる。そして（ｉｉ　）
発生した電界により、放電空間でのプラズマの広がりが
変化し、基体表面にふりそそぐ堆積膜の前駆体としての
中性ラジカル及び／又はイオン種の分布が基体表面に均
一にふりそそぎ、堆積膜の特性が一敗してくる。さらに
、（ｉｉ　）電界によりプラズマで発生したイオン種が
加速され、基体上にボンバードを起こすことにより、堆
積膜に局部的にアニールを行い、膜中のストレスを緩和
し欠陥を減少させる。

本発明は、これらの知見に基づいて完成したものであり
、下述する骨子の方法及び装置を包含するものである。

方法：真空気密可能な反応容器内に形成される放電空間
と接するように基体を設置し、前記放電空間内に堆積膜
形成用原料ガス及びマイクロ波エネルギーを導入し、導
入したマイクロ波エネルギーにより励起されるグロー放
電により前記基体上に堆積膜を形成するマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法であって、前記放電空間内にプラズマ電位
制御のための電極を設けるとともに、該電極の表面温度
を制御することを特徴とするマイクロ波プラズマＣＶＤ
法。

装置：真空気密可能な反応容器と、前記反応容器内に放
電空間に接するように配置された基体と、前記放電空間
内に堆積膜形成用原料ガス及びマイクロ波を導入する手
段と、プラズマ電位制御のための電極と、該電極の表面
温度を制御する手段とから構成されることを特徴とする
、マイクロ波エネルギーにより励起されるグロー放電に
より基体上に堆積膜を形成するためのマイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置。

本発明において電極の表面温度を制御する効果としては
、以下のことが挙げられる。

即ち、（ｉ）電極の表面温度を制御することで堆積膜工
程中の電極の温度変化を小さくし、電極と電極に堆積し
た膜の熱膨張率の違いによる電極からの膜剥離を防止で
きる。また、（ｉｆ　）電極を所定の温度とすることで
、電極に堆積した膜中のキャリア密度を一定化させるこ
とができ、プラズマ中の電子及びイオン種が一定の状態
で電極に達することが可能となる。

よって、堆積膜形成時の放電状態がより安定し、また基
体表面にふりそそぐ堆積膜の前駆体としての中性ラジカ
ル及び／又はイオン種の分布が基体表面に均一に安定し
てふりそそぎ、堆積膜の特性の再現性が安定する。また
剥離膜等のダストが、堆積膜形成時に基体に付着するの
が防止でき、画像特性が向上する。

このような効果を有する本発明の堆積膜形成装置は、代
表的には第１図−＋ａｌの透視略図で示される装置構成
のものである。

図において、１０１は反応容器であり、真空気密化構造
を成している。１０２はマイクロ波電力を反応容器内に
効率良く透過し、かつ真空気密を保持し得るような材料
、例えば、石英ガラス、アルミナセラミックス等で形成
された誘電体窓である。１０３はマイクロ波の伝送部で
主として金属性の導波管からなっており、整合器アイソ
レーターを介してマイクロ波ｔａ　＜図示せず）に接続
されている。１０４は一端が真空容器１０１内に開口し
、他端が排気装置（図示せず）に連通している排気管で
ある。１０５は堆積膜形成用の基体であり、１０６は放
電空間を示す、１０７は基体１０５を加熱するｍ構を有
する基体ホルダーであり、ｌＯ８は原料ガス供給部であ
る。１０９は本発明の堆積膜形成装置に用いる電極１１
０に電圧を印加するための電源、１１０は温度制御機構
を備えた電極である。

第１図−山）は、本発明の温度制御機構を備えた電極１
１０の模式的拡大図である０図において、１１０は電極
本体、１１０１は熱電対、１１０２は加熱又は冷却のた
めの媒体を流すためのパイプ、１１０３は熱電対１１０
１からの温度信号を受けて温度制御媒体供給装置１１０
４に制御信号を送るための温度コントローラー、１０９
は電極に電圧を与えるための電源である。

こうした本発明の堆積膜形成装置による堆積膜形成は以
下のようにして行われる。即ち、真空ポンプ（図示せず
）により、真空容器１０１内を脱気し、反応容器内圧力
をＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以下に調整する０次いで基
体ホルダー１０７に内蔵されたヒーターに通電して基体
１０５の温度を膜堆積に好適な温度に加熱保持する。

同時に、前記電極１１０の方は、温度コントローラー１
１０３で設定された温度となるように媒体供給装置１１
０４から設定温度と略等温度に加熱又は冷却された媒体
が、媒体供給パイプ１１０２を通じて電極１１０内に導
入される。このようにして電極１１０の表面は一定温度
に制御される。このような状態のもとで原料ガス供給管
１０８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（ＳｉＨｎ　）等の
原料ガスが反応容器内に導入される。それと同時併行的
にマイクロ波電源（図示せず）に通電して周波数５００
ＭＨ２以上の、好ましくは２．４５ＧＨｚのマイクロ波
を発生させ、導波管１０３を通じ、誘電体窓１０２を介
して反応容器１０１内に導入される。

又、同時に電ａ１０９に通電を行い、電極１１０に所定
のバイアス電圧を印加する。かくして反応容器１０１内
のガスは、マイクロ波のエネルギーにより励起されて解
離し、又、電極１１０によって、そのプラズマ電位が制
御されて、基体表面に堆積膜が形成されるところとなる
。

本発明に用いられる電極の温度制御機構としては第１図
−（ｂｌに示した形態の他にも、例えば電熱線又は赤外
ヒーターなどを内蔵した形態のものなども使用可能だが
、温度検知手段、温度コントローラー、及びフィードバ
ック機構はいずれの場合でも必須の構成要件となる。第
１図−〜）に例示したような方法の場合、温度制御媒体
としては、加熱から冷却まで幅広く利用が可能である点
からシリコンオイル、エチレングリコール、プロピレン
グリコールなどを使用するのが好ましい。

又、媒体供給装置１１０４は市販の流体式循環恒温槽な
どが使用できる。又、温度コントローラー１１０３とし
ては、０Ｎ１０ＦＦ式温度コントローラー、ＰＩＤ式温
度コントローラーなどが使用できるが、滑らかな制御が
可能である点からＰＩＤ式のものが適している。

電極の堆積膜形成時の温度としては、得ようとする堆積
膜の特性及び膜形成条件によって適宜目的に応じて決定
されるべきだが、−船釣には５０℃以上４００℃以下、
好ましくは７０℃以上３５０℃以下の範囲内で設定温度
を選択するのが好ましく、設定温度に対して±２０℃以
内の範囲で制御するのが望ましい。

本発明では放電空間の内圧がいずれの領域でも効果が現
れたが、特に１００　ｍＴｏｒｒ以下で、好ましくは５
０　ｍＴｏｒｒ以下で顕著な効果が得られた。

これは比較的内圧の高い領域では放電空間内の熱伝導が
良く、所定温度に加熱された基体表面からの熱伝導によ
り電極が間接的に加熱されるが、低圧領域では放電空間
内の熱伝導が悪く、基体表面からの熱伝導では電極が昇
温され難い。

さらに、内圧が１００　ｍＴｏｒｒ以下、特に５０ｍＴ
ｏｒｒ以下では、プラズマによる電極の昇温効果が非常
に低下する。そのため低圧領域では電極の表面温度を一
定化するという本発明の効果が顕著に表れる。さらに、
ワイドギャップ及び高抵抗膜の作製、又は／及び堆積膜
の密着性向上等のためにａ−３ｔを主成分とする、堆積
膜中に少なくとも酸素（０）、チッ素（Ｎ）、炭素（Ｃ
）の元素を添加する場合に電極の表面温度を制御すると
いう本発明の効果がより顕著に表れる。

本発明では、電極と基体間に発生させる電界は、直流電
界が好ましく、また電界の向きは、電極から基体に向け
るのがより好ましい。

電界を発生させるために電極に印加する直流電圧の平均
の大きさは、１５Ｖ以上３００Ｖ以下、好ましくは３０
Ｖ以上、２００Ｖ以下が適する。

直流電圧波形としては、特に制限が無く、本発明は有効
である。つまり、時間によって電圧の向きが変化しなけ
ればいずれの場合でもよく、例えば、時間に対して大き
さの変化しない定電圧はもちろん、パルス状の電圧及び
整流器により整流された時間によって大きさが変化する
脈動電圧でも本発明は有効である。

また交流電圧をかけることも本発明では有効である。

交流の周波数はいずれの周波数でも問題はなく、実用的
には低周波では５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ、高周波ではｆ３
．５６ＭＨｚが適する。交流の波形としてはサイン波で
も矩形波でも、他のいずれの波形でも良いが、実用的に
は、サイン波が適する。

但しこのとき電圧は、いずれの場合も実効値を言う。

電極の大きさ及び形状は、放電を乱さないならばいずれ
のものでも良いが、実用上は直径１ｆｓ以上５０ｍ以下
の円筒状の形状が好ましい。

このとき電極の長さも基体に電界が均一にかかる長さな
らばいずれでも良い。

電極の材質としては、表面が導電性となるものならばい
ずれのものでも良く、例えばステンレス、Ａｊｌ、Ｃｒ
、Ｍｏ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｎｂ、Ｎｉ。

Ｃｕ＋　Ａｇ、Ｔｅ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ。

Ｚｎ等の金属これらの合金、又は表面を導電処理したガ
ラス、セラミックス、プラスチック等が本発明では通常
使用される。

本発明では堆積膜の原料ガスとしては、例えばシラン（
ＳｉＨａ）、ジシラン（ＳｉｔＨｉ）等のアモルファス
シリコン形成原料ガス、ゲルマン（ＧｅＨａ）、メタン
（ＣＨ４）等の他のａ能性堆積膜形成原料ガス又はそれ
らの混合ガスが挙げられる。

希釈ガスとしては水素（Ｈり、アルゴン（Ａ　ｒ）　。

ヘリウム（Ｈｅ）等が挙げられる。

また、堆積膜のバンドギャップ巾を変化させる等の特性
改善ガスとして、窒素（Ｎｓ）、アンモニア（ＮＨ３）
等の窒素原子を含む元素、酸素（０＊）、酸化窒素（Ｎ
Ｏ）、酸化二窒素（Ｎ　！　Ｏ’）等酸素原子を含む元
素、メタン（ＣＨｔ）、エタン（ＣｉＨｈ）、エチレン
（Ｃｚ　Ｈ者）、アセチレン（ＣｘＨｚ　）　　、プロ
パン（ＣｉＨｓ　）等の炭化水素、四フッ化ケイ素（Ｓ
ｉＦ＊）、六フッ化二ケイ素（ＳｉｘＦ＊）、四フッ化
ゲルマニウム（ＧｅＦＪ等のフッ素化物又はこれらの混
合ガスが挙げられる。

又、ドーピングを目的としてジボラン（ＢｚＦ（ａ）。

弗化硼素（ＢＦｓ）、ホスフィン（ＰＨ３）等のドーパ
ントガスを同時に放電空間に導入しても本発明は同様に
有効である。

基体材質としては、例えば、ステンレス、Ａ！。

Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｎｂ、Ｔｅ、Ｖ、ＴＬＰｔ、
Ｐｄ、Ｆｅ等の金属、これらの合金又は表面を導電処理
したポリカーボネート等の合成樹脂、ガラス、セラミッ
クス、紙等が本発明では通常使用される。

本発明での堆積膜形成時の基体温度はいずれの温度でも
有効だが、特に２０℃以上５００℃以下、好ましくは５
０℃以上４５０℃以下が良好な効果を示すため望ましい
。

本発明でのマイクロ波の反応炉までの導入方法として導
波管又は同軸ケーブルによる方法が挙げられ、反応炉内
への導入は、１つ又は複数の誘電体窓からの導入、又は
炉内へアンテナを設置する方法が挙げられる。

このとき、炉内へのマイクロ波の導入窓の材質としでは
、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ボロン、窒化ケイ
素、炭化ケイ素、酸化ケイ素、酸化ベリリウム、テフロ
ン、ポリスチレン等マイクロ波の損出の少ない材料が通
常使用される。

さらに本発明は、阻止型アモルファスシリコン感光体、
高抵抗型アモルファスシリコン感光体等複写機又はプリ
ンター用感光体の他、良好な電気的特性の機能性堆積膜
を要求される他のいずれのデイバイスの作製にも応用が
可能である。

〔実施例〕

実験例及び実施例により本発明を更に詳しく説明するが
、本発明はこれらによって限定されるものではない。

１　　び　　　　　　　１ 第１図−（ａｌに示す本発明のマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置、及び第４図に示す従来のマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置を用い、それぞれ前述の膜形成法に従って口５
０ｍのアルミ基板上に第１表の作製条件で堆積膜を形成
した。このとき実施例１では、第１図−（ｂｌに示すよ
うな電極温度制御機構を存する電極を用いて媒体として
はシリコンオイルを用いて電極温度の制御を行った。

実験例１と比較実験例１において、放電開始時の電極の
温度（Ｔｅ　）を変化させたときの、放電開始後の電極
に流れる電流の変化（ΔＩｅ）、電流安定までの時間（
Δｔ）、及び印加電圧（Ｖｍａｘ　／　Ｖｏ　）の測定
結果を第５図、第６図、第７図に示す。

第５図において、横軸は、放電開始時の電極の温度（Ｔ
ｅ　）を示し、縦軸は、放電開始後に電極に流れる電流
（１ｅ）の振れを示す、このとき電流の振れは放電開始
後の電流の振れを測定し、その時の振れの最大値をΔ！
、設定電流をＩｏとした時、ΔＩ／Ｉｏで表す。

また第５図において、０は本発明の装置による実施例を
示し、・は従来の装置による比較例を示す。

第６図において、横軸は、放電開始時の電極の温度（Ｔ
ｅ　）を示し、縦軸は、電流が設定電流（Ｉｏ）になる
までの時間を示す。このとき、縦軸の１００％は従来装
置における電流が設定電流（ｉｏ　）になるまでの時間
を示している。

第７図において、横軸は、放電開始時の電極の温度（Ｔ
ｅ　）を示し、縦軸は放電開始後、電極に流れる電流を
設定電流に達するように電極電圧（Ｖｅ）を調整した時
の電極電圧の最大値（Ｖｍａｘ）を示す、このとき、縦
軸の１００％は、設定電圧（Ｖｏ　）を示す。

また、前記堆積膜形成方法により、任意の温度において
、それぞれ１０サイクルの連続成膜を行い、下記の評価
を行った。なお、各成膜毎に電極は膜の堆積していない
新しい物を使用した。

（表面電位特性のバラツキ及び画像欠陥〉形成された堆
積膜の帯電能、残留電位、画像欠陥を測定し、以下のよ
うな評価を行った。

（１）帯ｉ！能のバラツキΔＶｄ ΔＶｄ−Ｖｄ　ｗａｘ（１０サイクル中最大の帯電能の
値）−Ｖｄ　５ｉｎ（１０サイクル中最小の帯電能の値
） （２）残留電位のバラツキΔＶｌ ΔＶ、　ｘ　Ｖ、　＋ｎａｘ（１０サイクル中最大の明
部表面電位の値）　　　Ｖｅ　５ｉｎ（１０サイクル中
最小の明部表面電位の値） 尚、帯電能、残留電位、画像欠陥の測定方法は、帯電能
ｖｄ　；堆ｆｆｆ膜を帯電露光実験装置に設置し、■６
．３ｋＶで０．２　ｓｅｃ間コロナ帯電を行う、このと
き表面電位 針により、堆積膜の暗部表面電位 を測定する。

残留電位ｖｌｌ；　　堆積膜を一定の暗部表面電位に帯
電させ、直ちに光像を照射する。

光像は、ハロゲンランプ光源を 用い、フィルターを用いて７００ ｎｍより長波長域の光を除いた光 を２．０　ｊ！ｕｘ−ｓｅｅ照射した。このとき表面電
位針により、堆積膜の 明部表面電位を測定する。

（３）画像欠陥 帯電露光実験装置に設置し、■６．３ｋｖで０．２ｓｅ
ｅ間のコロナ帯電を行い、直ちに画像露光を行い、その
後直ちに荷電性の現像剤を部材表面にカスケードし、次
に転写紙上に転写、定着した。

このような測定方法により得た結果を表面電位特性とし
て帯電能のバラツキを第８図に、残留電位のバラツキを
第９図に、画像欠陥を第１０図に示す。

尚、帯電能の絶対値に関して、本発明の装置による堆積
膜の帯電能の平均値は、従来装置による堆積膜の帯電能
の最大値にほぼ等しく、また残留電位の絶対値に関して
、本発明の装置による堆積膜の残留電位の平均値は、従
来装置による堆積膜の残留電位の最少値にほぼ等しかっ
た。

第８図において、横軸は、放電開始時の電極の温度（Ｔ
ｅ　）を示し、縦軸は、帯電能のバラツキを示す、縦軸
の１００％は、従来装置による比較例での帯電能のバラ
ツキの値である。

第９図において、横軸は、放電開始時の電極の温度（Ｔ
ｅ　）を示し、縦軸は、残留電位のバラツキを示す、縦
軸の１００％は従来装置による比較例での残留電位のバ
ラツキの値である。

第１０図において横軸は、放電開始時の電極の温度（Ｔ
ｅ　）を示し、縦軸は、画像欠陥の評価を示し、■・・
・特に良好、○・・・良好、Δ・・・実用上支障なし、
×・・・実用不可で表す。

これらの結果より本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置は堆積膜形成中電極に流れる電流の変化分を少なくし
、かつ、設定電流にスムーズに達するために顕著な効果
があることが確認された。

さらに本発明は、成膜された堆積膜のサイクル間のバラ
ツキの減少及び画像欠陥の向上にも顕著な効果があるこ
とが確認された。

特に、成膜開始時の電極温度が５０℃以上さらに７０℃
以上でより顕著な効果が確認された。

一方、電極温度が４１０℃以上においては電極の構造上
エツジとなる部近傍の膜ｉ？ｌＩ離が著しくなった・ 以上の結果より、次の知見が得られた。

放電空間内に基体との間に電界がかかる極に電圧を印加
する電極を設け、かつ、その電極を制御する手段を設け
て電極を所定の温度に昇温し堆積膜を形成する事で、堆
積膜の電気的安定性の向上及び画像特性の向上が認めら
れた。

次に成膜中に電極中に供給する媒体の温度を変えること
により、成膜開始時の電極温度は５０℃以上４００℃以
下であるが、温度の変動の巾を変える実験を引き続き行
った。

温度の変動が１２０℃を越え、±２５℃の条件では帯電
能のバラツキ、残留電位のバラツキには１２０℃以内の
場合と同様の効果があるものの、成膜中の電極温度の変
動のため、電極に付着した堆積膜の剥がれが発生し画像
欠陥は低下していった。

このとき、電極の初期温度が７０℃以上３５０℃以下の
条件で温度の変動が１２０℃以内の場合は画像欠陥は特
に良好であったのに対して、±２１℃以上±３０℃以下
では良好、±３１℃以上±４０℃以下では実用上支障は
ないが、欠陥が目立つようになり、±４１℃以上では実
用不可となった。

第 表 第１図ｉａ＋に示す本発明によるマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置と第４図に示す従来のマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置を用い、内圧を変化させて阻止型構造の電子写真
用感光体を作製した。このとき、内圧以外は第１表に示
す成膜条件で行い、基板の寸法等信の条件はすべて実験
例１及び比較実験例１と同一にした。こうして作製した
電子写真用感光体の帯電能のバラツキ、残留電位のバラ
ツキ及び画像欠陥の評価を行った。

評価は、実験例・１及び比較実験例１と同様の条件で同
じ帯電露光実験装置により行った。

第１１図は、本発明によるマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置と、従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用い、作
製した感光体の帯電能のバラツキを比較したものである
。

図中、横軸は放電空間の圧力を示し、縦軸は、従来のマ
イクロ波プラズマＣＶ　Ｄ　ｖｔ置により、作製した感
光体の帯電能のバラツキを１００％とした時、放電開始
前の電極の温度を１００℃に加熱した以外は同一の条件
で作製した本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置によ
る感光体の帯電能のバラツキを示す。

第１２図は、本発明によるマイクロ波プラズマＣＶＤｖ
装置と、従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用い、
作製した感光体の残留電位のバラツキを比較したもので
ある。

図中、横軸は放電空間の圧力を示し、縦軸は、従来のマ
イクロ波プラズマＣＶＤ装置により作製した感光体の残
留電位のバラツキを１００％とした時、放電開始前の電
極の温度を１００℃に加熱した以外は、同一の条件で作
製した本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置による感
光体の残留電位のバラツキを示す。

第１３図は、本発明によるマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置を用い作製した画像欠陥の評価結果を示したものであ
る。

図中、横軸は放電空間の圧力を示し、縦軸は、このとき
の画像欠陥の評価結果を、■・・・特に良好、Ｏ・・・
良好、Δ・・・実用上支障なし、×・・・実用上不可で
表している。

以上の実験を放電開始時の電極の温度Ｔｅを３０℃から
５００℃まで変化させて行ってみたが、内圧に関しては
全く同様の傾向が見られた。

又、温度の電極変動と画像欠陥の関係は、実験例１と同
様の結果となり１２０℃以内の時に特に良好であった。

第 表 第１図に示す本発明によるマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置と第４図に示す従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置
を用い、帯電能の向上を目的としてシランガスと同時に
堆積膜の抵抗を上げるガスを放電空間に導入して阻止型
構造の電子写真用感光体を作製した。

本実験例では、抵抗を上げるガスとしてメタンガス（Ｃ
Ｈ，）を第２表に示すように用いた。このとき、メタン
ガスの流量を変化させて堆積膜中の炭素原子の含有量を
変化させた。

基板の寸法等信の成膜条件及び評価方法はすべて実験例
１及び比較実験例１と同様にて行った。

従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置では堆積膜中の炭
素の含有率がケイ素に対して２ａｔｏｍｉｃ％以上で急
激に電極電流の変化が増大した。この増大は炭素含有率
の増加に従い増大したいったが、５５ａｔｏｓｉｃ％以
上では、堆積膜の抵抗が大きいため、成膜中に、電極の
温度上昇と共に電極電流が再び設定電流にもどる現象が
見られず、ついには全く電流が流れなくなってしまった
。

一方、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置では、放
電開始前の電極の温度Ｔｏを１００℃とした時、炭素含
有率が５０ａｔｏ＋ｗＬｃ％まではほぼ同様に電流の変
化は小さいままであった。

また５　５ａｔｏ＋ｗｉｃ％以上では、従来の装置と同
様に電極電流が流れなくなる現象を示した。

それらの結果を第１４図に示す。

横軸は、堆積膜中のケイ素原子に対する炭素原子をａｔ
ｏａ＋ｉｃ％で表している。

縦軸は、設定電流（Ｉｏ）に対する変化分の最大値（Δ
Ｉ）を示している。

図中、（・）は従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置に
よる結果を、（０）は本発明のマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置による結果を示している。

次に、１０サイクル連続成膜を行い、表面電位特性のバ
ラツキを評価した。

その結果を、帯電能については第１５図に、残留電位に
ついては第１６図に示す。

第１５図において、横軸は堆積膜中の炭素原子の含有率
をケイ素原子に対してａＬｏｍｉｃ％で示し、縦軸は本
発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置で作製した感光体
の帯電能のバラツキを示す、尚、縦軸の１００％は従来
の装置で作製した感光体の帯電能のバラツキを示してい
る。

第１６図において、横軸は堆積膜中の炭素原子の含有率
をケイ素原子に対してａｔｏｍｉｃ％で示し、縦軸は本
発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置で作製した感光体
の残留電位のバラツキを示す、尚、縦軸の１００％は従
来の装置で作製した感光体の残留電位のバラツキを示し
ている。

尚、本実験例においては、ケイ素原子に対する炭素原子
の含有率をもって実験を行っているが、堆積膜中に、酸
素、又は窒素又は酸素、窒素、炭素中から任意の２者又
は３者を選んで含有する場合においても本実験例と同様
の結果を得た。つまり膜中のケイ素原子に対して２ａｔ
ｏ＋ｍｉｃ％以上５０ａｔｏｍｉｃ％以下では本発明は
特に効果が大きく、電極電流を安定して流しなから成膜
が可能であり、また表面電位特性のＬｏｔ間のバラツキ
も抑えることが可能であった。

又、電極温度の変動と画像欠陥の関係は実験例１〜２と
同様の結果となり、±２０℃以内の時に特に良好であっ
た。

去止勇土 第２図及び第３図で示すような複数の円筒状基体２０５
．３０５に囲まれた放電空間２０６゜３０６で放電を行
うマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用い、第３表の条件
を用いて電子写真用感光ドラムを作製した。

電極３１０は、放電空間の中心に円筒状基体と平行して
設置した。基板としては、直径１０８Ｎ長さ３５８ｆｉ
のアルミニウムシリンダーを用いた。

本発明により作製した感光ドラムは、キャノン社製ＮＰ
７５５０複写機に入れ暗部及び明部表面電位特性及び画
像特性の評価を行った。

本実施例のような基体により囲まれた放電空間に電極を
設置した装置では、電極３１０からの電界の均一性が特
に重要であるため、放電に先立って電極を加熱しておく
という本発明の効果が特に顕著であった。ロフト間の帯
電能、残留電位等の電気特性のバラツキが小さいだけで
なく、ロフト内での各基体間での特性のバラツキも非常
に小さくおさえることができた。

又、成膜中の温度の変動についても実験例１〜３の場合
と全く同様に重要であり、±２０℃以内の時に画像欠陥
が特に良好な結果となった。

これらの本発明の効果により特性の良好で均一であり、
画像欠陥の少ない感光ドラムを安定して生産することが
可能となった。

第　　　３　　　表

【図面の簡単な説明】

第１図−（ａｌ、第１図−（ｂｌ、第２図、第３図は本
発明によるマイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆積膜形
成装置、第４図は従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ法に
よる堆積膜形成装置の側面断面図及び平面断面図である
。 図において、 １０１．２０１，３０１．４０１・・・反応炉容器、１
０２．２０２，３０２，４０２・・・マイクロ波導入窓
、 １０３．２０３．４０３・・・導波管、１０４．２０４
，３０４，４０４・・・排気管、１０５．４０５・・・
基体、 ２０５．３０５−１〜３０５−６・・・円筒状基体、１
０６．２０６，３０６，４０６・・・放電空間、１０７
．２０１．３０７，４０７・・・ヒーター１０８．２０
８，３０８，４０８・・・ガス導入パイプ、１０９．２
０９．４０９・・・電源、 １１０．２１０，３１０．４１０・・・１を橿、１１１
．２１１，３１１・・・内部ヒーター１１２．２１２・
・・ヒーター電源、 １１０１・・・熱電対、１１ｏｚ・・・パイプ、１１０
３・・・温度制御部、１１０４・・・媒体供給装置、２
１３・・・回転軸、２１４・・・回転機構。 第５図は、電極温度と電極に流れる電流の変化値の関係
を示す。 第６図は、電極温度と電極に流れる電流の安定するまで
の時間の関係を示す。 第７図は、電極温度と設定電流に達するまでに要する電
圧の関係を示す。 第８図は、電極温度と作製した堆積膜の帯電能のバラツ
キの関係を示す。 第９図は、電極温度と作製した堆積膜の残留電位のバラ
ツキの関係を示す。 第１０図は、電極温度と作製した堆積膜の画像欠陥との
関係を示す。 第１１図は、内圧と作製した堆Ｍｉ膜の帯１を能のバラ
ツキの関係を示す。 第１２図は、内圧と作製した堆積膜の残留電位のバラツ
キの関係を示す。 第１３図は、内圧と作製した堆積膜の画像欠陥との関係
を示す。 第１４図は、堆積膜中のケイ素に対する炭素の含有率と
、電極に流れる電流の変化値との関係を示す。 第１５図は、堆積膜中のケイ素に対する炭素の含有率と
、堆積膜の帯電能のバラツキの関係を示す。 第１６図は、堆積膜中のケイ素に対する炭素の含有率と
、堆積膜の残留電位のバラツキの関係を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空気密可能な反応容器内に形成される放電空間
   と接するように基体を設置し、前記放電空間内に堆積膜
   形成用原料ガス及びマイクロ波エネルギーを導入し、導
   入したマイクロ波エネルギーにより励起されるグロー放
   電により前記基体上に堆積膜を形成するマイクロ波プラ
   ズマＣＶＤ法であって、前記放電空間内にプラズマ電位
   制御のための電極を設けるとともに、該電極の表面温度
   を制御することを特徴とするマイクロ波プラズマＣＶＤ
   法。
2. （２）真空気密可能な反応容器と、前記反応容器内に放
   電空間に接するように配置された基体と、前記放電空間
   内に堆積膜形成用原料ガス及びマイクロ波を導入する手
   段と、プラズマ電位制御のための電極と、該電極の表面
   温度を制御する手段とから構成されることを特徴とする
   、マイクロ波エネルギーにより励起されるグロー放電に
   より基体上に堆積膜を形成するためのマイクロ波プラズ
   マＣＶＤ装置。