JPH02243766A - 薄膜形成装置 - 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】 〔概要〕 微粉末を発生せずに高速に良質の感光層を形成する装置
に関し、 膜の均一性を保つための基体の回転速度に制限のない薄
膜形成装置を提供することを目的とし、放電電極に対向
してセットされた基体の表面に、グロー放電化学気相成
長法により薄膜を形成する薄膜形成装置であって、前記
放電電極を第一及び第二の放電電極で構成し、該第一の
放電電極と接地電極よりなる二重構造電極内に、第一の
グロー放電空間を形成するとともに、該第一の放電電極
に前記基体方向へのガス噴き出し口を、さらに該噴き出
し目部分にホロカソード放電部とをそれぞれ設け、また
、前記第二の放電電極を、前記基体に対向させ、該基体
との間に第二のグロー放電空間を形成して構成する。

〔産業上の利用分野］ 本発明は、微粉末を発生せずに高速に良質の感光層を形
成する装置に関する。

現在の複写機あるいは高速、高印字品質のプリンタは、
電子写真方式を用いたものが一般的である。この方式は
、−様帯電・画像露光・現像・転写・定着・除電・クリ
ーニングの工程で記録が行われる。いわゆるカールソン
プロセスであり、このカールソンプロセスによる電子写
真は周知である。この感光体について、近年セレン系よ
りも無公害な水素化アモルファスシリコン（ａ−３ｉ：
Ｈ）を主成分とするものの開発が進められている。

〔従来の技術〕

第２図は感光体製造に使用される従来のグロー放電ＣＶ
Ｄ装置の構造の説明図で、図中、１０ｏは感光体の円筒
状基体である。この基体１０００表面へのａ−３ｉ：Ｈ
膜の形成は、次のように行われる。

まず、図示のように真空容器１内に基体１００をセット
し、真空容器１内をロータリーポンプ２と油拡散ポンプ
３とで１０−６〜１Ｏ−７ｔｏｒｒの真空度に排気した
後、メカニカルブースタポンプ４とロータリーポンプ５
に切り替える。排気開始と同時に、回転機構６により駆
動されて基体１００は回転する。

真空度が所定値に達すると、基体１００はその内側に位
置する円筒７の外周に巻装されたヒータ７ａにより１５
０〜３５０°Ｃに加熱される。８は各ポンプ系に設けら
れた真空バルブである。

一方、真空容器１内には、５ｉｌ１４ボンへ９等により
シリコン原子を含有する反応性ガスがガス流量調整器１
０を経て導入される。そして、所定の流量、圧力下で放
電電極１１と基体１００の間に１３．５６　ＭＨｚの高
周波電源Ｉ２によってグロー放電を生じさせる。

このグロー放電により、反応性ガスは放電電極１１と基
体１００との間を動く電子（電子は高周波の周波数に従
って放電電極１１と基体１００との間を往復する）によ
り分解されて活性種となる。その結果基体１００上には
、この活性種の到来によって、水素化アモルファスシリ
コンを主体とした薄膜（感光層）が堆積、形成される。

１３は反応性ガス供給系に設けられたバルブである。

上述のようなグロー放電ＣＶＤ装置により成膜を行う場
合、数トル程度の高いガス圧の下で成膜が行われるため
、成膜中にシリコンを含む微粉末が発生し、成膜後の除
去作業を必要としていた。

また、この場合の成膜速度は３〜５μｍ／ｈｒ程度であ
り、電子写真用感光体としては必要な膜厚１０〜５０μ
ｍを得るのに、２〜十数時間を必要としていた。

微粉末の発生を抑えるには、低いガス圧が必要であり、
成膜速度を高めるには、高いガス圧が必要とされており
、現状では両者を満足させることは困難である。なお、
ガス圧を下げると成膜速度が低下するのは、活性種が基
体１００に到来する率が下がるためである。

この微粉末を発生させずに高速で良質の感光層を形成す
るため、以下の装置が提案されている。

この装置は、従来基体１００と放電電極１１の間で起こ
していたグロー放電を、（後述の第３図参照）二重構造
電極内の閉じた空間であるグロー放電空間２２内で起こ
させてプラズマを発生させる。そして、この空間で生じ
た活性種を、基体側電極２１のガス噴き出し口２８から
基体１００に輸送して成膜が行われる。そのままだと、
活性種の寿命が短く成膜速度が低下するが、上記提案で
は、この低下した速度が次の２つの手段で逆に加速され
る。

第１に、ガス噴き出し口２８の部分に設けたホロカソー
ド放電部２７によって、ガスの分解効率を高める。

第２に、プラズマ発生部（グロー放電空間２２）と基体
１００を分離できたので、プラズマダメージによる膜質
の低下を恐れることなく大きな高周波パワーでプラズマ
を作成でき、これによりガスの分解効率が高まる。

上述のホロカソード放電、グロー放電に関しては、基体
１００上の膜へのダメージの恐れがないため、条件設定
は自由に行えるものである。

第３図は従来のホローカソードを利用した薄膜形成装置
の要部構造説明図である。図中、２１は放電電極、２２
はグロー放電空間、２３は材料ガス導入部、２４は接地
電極、２５はシールド板、２６．及び２６２は絶縁体の
箱である。材料ガス導入部２３は接地電極２４に接続し
ている。放電電極２１は、基体１００側に突出すにボロ
カソード放電部２７を備え、基体１００との間ではプラ
ズマが発生しないようにシールド板２５が配置されてい
る。ホロカソード放電部２７は、幅１０ｍｍ、深さ２０
印の凹状空間であり、円周を４等分する位置で放電電極
２１のほぼ全長にわたり形成（第１図では便宜上１箇所
のみを示している）されている。このホロカソード放電
部２７の底面には、ガス噴き出し口２８が形成され、該
ガス噴き出し口２８と基体１００の間隔は２０飾である
。基体１００は、第２図の従来と同様に、成膜時に加熱
され且つ回転する。

第３図の場合、第２図の基体１００と放電電極１１との
間で起こしていたグロー放電を、放電電極２１と接地電
極２４とよりなる二重構造電極内のグロー放電空間２２
で起こす。そして、このグロー放電空間２２で生じた活
性種をガス噴き出し口２８から基体１００に輸送して成
膜が行われるが、そのままだと活性種の寿命が短く成膜
速度が低下する。その低下した速度は次の３つの手段で
逆に加速される。

即ち、第１に、ホロカソード放電部２７の中でのホロカ
ソード放電によりガスの分解効率を高める。

第２に、プラズマ発生部（グロー放電空間２２）と基体
１００とを分離できたので、プラズマダメージによる膜
質の低下を恐れずに大きな高周波パワーでプラズマを作
成でき、ガスの分解効率が高まる。

第３に、グロー放電空間２２を絶縁体の箱２６．．２６
□で狭く限定して不要な部分への膜堆積を少なくする。

〔発明が解決しようとする課題〕

この装置により成膜を行ったところ、グロー放電のみの
とき４μｍ／ｈだった成膜速度が、８〜１２μｍ／ｈと
高速成膜が実現できた。また、明暗抵抗比も４〜５桁（
実際に装置では３〜４桁以上必要である）で膜質も良好
であった。

しかし、生産性向上の点から、成膜速度の更なる向上が
望まれる。また、ガスの噴き出し口２８が４か所ゆえ、
膜の均一性を保つために、基体１００の回転速度に制限
があった。

そこで、本発明は膜の均一性を保つための基体の回転速
度に制限のない薄膜形成装置を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

前記問題点は第１図に示されるように、放電電極に対向
してセットされた基体１００の表面に、グロー放電化学
気相成長法により薄膜を形成する薄膜形成装置であって
、 前記放電電極を第一及び第二の放電電極２１．３１で構
成し、 該第一の放電電極２１と接地電極２４よりなる二重構造
電極内に、第一のグロー放電空間２２を形成するととも
に、該第一の放電電極２１に前記基体１００方向へのガ
ス噴き出し口２８を、さらに該噴き出し口２８部分にホ
ロカソード放電部２７とをそれぞれ設け、 また、前記第二の放電電極３１を、前記基体１００に対
向させ、該基体１００との間に第二のグロー放電空間３
２を形成している本発明の薄膜形成装置によって解決さ
れる。

〔作用〕

即ち、第１のグロー放電空間２２内でプラズマダメージ
を考慮せずに高い高周波バラと、ガス噴き出し口２８の
ホロカソード放電部２７とにより、高いプラズマ密度を
実現してガスの分解効率を高めている。さらに、第１の
放電電極２１と基体１００の間にプラズマが発生しない
ようにして、シールド板２５を配置し、そのシールド板
２５のところに第２の放電電極３１を設けて、基体１０
０と第２の放電電極３１の間に通常の高周波プラズマ（
ＲＦプラズマ）を生成し、ガスの分解効率を更に高めて
いる。そして、基体１００に当たるプラズマ範囲を拡げ
ることにより、ガスの噴き出し口が４カ所と限定される
ために生じる従来の膜の不均一性が解消され、基体１０
０の回転速度に自由度が高まった。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の薄膜形成装置の要部構造説
明図である。なお、全図を通じて同一符号は同一対象物
を示す。

第１図において、図中、２１は第一の放電電極、２２は
第一のグロー放電空間、２３は材料ガス導入部、２４は
接地電極、２５はシールド板、２６．及び２６□は絶縁
体の箱である。材料ガス導入部２３は接地電極２４に接
続している。第一の放電電極２１は基体１００側に突出
するホロカソード放電部２７を備え、基体１００との間
ではプラズマが発生しないように、シールド板２５が配
置されている。ホロカソード放電部２７は、幅１０胴、
深さ２０陥の凹状空間であり、円周を４等分する位置で
放電電極２１のほぼ全長にわたり形成（第１図では便宜
上１個所のみ示している）されている。このホロカソー
ド放電部２７の底面にはガス噴き出し口２８が形成され
、該ガス噴き出し口２８と基体１００の間隔は２０Ｉｎ
Ｉｎである。なお、基体１００は、従来と同様に成膜時
に加熱され、かつ回転する。

本例の場合、従来基体と放電電極との間で起こしていた
グロー放電を、第一の放電電極２１と接地電極２４とよ
りなる二重構造電極内の第一のグロー放電空間２２で起
こす。そして、この第一のグロー放電空間２２で生じた
活性種をガス噴き出し口２８から基体１００に輸送して
成膜が行われるが、そのままだと活性種の寿命が短く成
膜速度が低下する。

その低下した速度は次の３つの手段で逆に加速される。

すなわち、第１に、ホロカソード放電部２７の中でのホ
ロカソード放電によりガスの分解効率を高める。

第２に、プラズマ発生部（第一のグロー放電空間２２）
と基体１００とを分離できたので、プラズマダメージに
よる膜質の低下を恐れずに大きな高周波パワーでプラズ
マを作成でき、ガスの分解効率が高まる。

第３に、第一のグロー放電空間２２を絶縁体の箱２６、
．２６□で狭く限定して不要な部分への膜堆積を少なく
する。

１工 以上の他に、本発明では、シールド板２５の内側に第二
の放電電極３１を設け、基体１００との間に第二のグロ
ー放電空間３２を形成し、さらにガスの分解を進める。

この放電は通常のＲＦグロー放電であり、この放電によ
り、ガスの噴き出し口が四列であることから生じる膜の
不均一性が解消される。

以上述べたように、本実施例では、第一の放電電極２１
内に第一のグロー放電空間２２を形成し、かつ基体側放
電電極のガス噴き出し口２８部分に、ホロカソード放電
部２７を設けた第一の放電電極２１と、その内側に基体
１００との間に第二のグロー放電空間を形成する第二の
放電電極３１を設けているので、まず、第一の放電空間
２２内で、プラス・マダメージを考慮せずに、従来より
高周波パワーと、ガス噴き出し口２８のホロカソード放
電により、高いプラズマ密度を実現してガスの分解効率
を高める。

また、第二の放電空間で通常のＲＦグロー放電によりさ
らにガス分解を高めることで、ガスの噴き出し口２８が
４カ所と限定されるために生じる膜の不均一性を解消し
た。従来第２図の装置では、不均一を解消するため毎分
１０〜２０回転以上を必要としていたのが、本発明では
毎分数回転でも均一性が得られるようになった。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、第一の放電空間内
で、プラズマ・ダメージを考慮せずに、高い高周波パワ
ーとガス噴き出し口のホロカソード放電とにより、高い
プラズマ密度を実現し、さらに、第二の放電空間で通常
のＲＦグロー放電によりさらにガス分解を高めたことに
より、ガスの噴き出し口が４カ所と限定されるために生
じる膜の不均一性を解消した。従来膜の不均一性を解消
するために毎分１０〜２０回転以上必要としていたもの
が、本発明により毎分数回転でも均一性が得られるよう
になり、基体の回転速度の自由度が高まった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の薄膜形成装置の要部構造説
明図、 第２図は従来のグロー放電ＣＶＤ装置の構造説明図、 第３図は従来のホロカソードを利用した薄膜形成装置の
要部構造説明図である。 図において、 ２１は第一の放電電極、 ２２は第一のグロー放電空間、 ２３は材料ガス導入部、 ２４は接地電極、 ２５はシールド板、 ２６、．２６□は絶縁体の箱、 ２７はホロカソード放電部、 ２８はガス噴き出し口、 ３１は第二の放電電極、 ３２は第二のグロー放電空間、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 放電電極に対向してセットされた基体（１００）の表面
   に、グロー放電化学気相成長法により薄膜を形成する薄
   膜形成装置であって、 前記放電電極を第一及び第二の放電電極（２１、３１）
   で構成し、 該第一の放電電極（２１）と接地電極（２４）よりなる
   二重構造電極内に、第一のグロー放電空間（２２）を形
   成するとともに、該第一の放電電極（２１）に前記基体
   （１００）方向へのガス噴き出し口（２８）を、さらに
   該噴き出し口（２８）部分にホロカソード放電部（２７
   ）とをそれぞれ設け、 さらに、前記第二の放電電極（３１）を、前記基体（１
   ００）に対向させ、該基体（１００）との間に第二のグ
   ロー放電空間（３２）を形成していることを特徴とする
   薄膜形成装置。