JPH0352537B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアモルフアス・シリコン（以下、ａ−
Siと略す）膜製作用のプラズマCVD装置に係り、
とくにａ−Si膜を電子写真用感光体に形成させる
場合におけるプラズマCVD装置の排気系の改良
に関するものである。

ａ−Siは近時、その物性的特徴を利用して太陽
電池、TFT（Thin Film Transistor）等に活用
されつつあり、とくに最近になつてこのａ−Si膜
が電子写真用感光体として要求される光感度特
性、温度特性、機械的強度、寿命などの諸特性を
充分満足させる優れた性質を有していることが見
出されたため、その応用も注目を浴びつつある。
そして、これら太陽電池、TFT、感光体などの
製作においては、通常プラズマCVD（Chemical
Vapor Deposition）法により行なわれる。かか
るプラズマCVD装置を用いてなるａ−Si感光体
の製造について概説する。

第１図に示すようにプラズマCVD装置は、本
体部Ａと排気部Ｂとから構成され、本体部Ａにお
いては真空反応槽１内に感光体を付着生成させる
基板電極としての感光体ドラム２と対向電極３と
が設置されている。この感光体ドラム２はモータ
６によつて回転可能になされ、対向電極３および
RF電源４とともに高周波グロー放電回路を形成
する。上記対向電極３には感光体ドラム２に対向
する側に複数個のガス噴出孔が穿設されて、これ
らの孔から材料ガス５が反応槽１内へ供給される
とグロー放電分解されて感光体ドラム２上にａ−
Si膜が付着生成させられるのである。

一方、グロー放電分解によるａ−Si膜形成反応
中において、反応槽内の真空度を維持する必要が
あるために、この槽の一端７に排気部Ｂが接続さ
れている。この排気部Ｂにはメカニカルブースタ
ポンプ９および回転真空ポンプ８が用いられる
が、メカニカルブースタポンプとしては、排気系
のコンダクタンスが大きくとるためにルーツ型ポ
ンプや分子ターボポンプが選ばれ、これらと油回
転ポンプとの組合わせによつて真空排気がなされ
る。真空ポンプの性能は、ポンプの前後における
圧力の相対関係によつて影響されるのであるが、
かかるポンプはその影響が比較的小さく抑えられ
るからである。すなわち、一般には容器内を真空
にする場合、一旦容器内を真空にしてしまえば排
気後は容器内には外部から気体の流入はないので
ポンプ性能は比較的安定するのであるが、プラズ
マCVD装置における反応槽の場合、槽内には常
に外部よりシランガスが流入され、さらにこれら
のガスはグロー放電分解されるので槽内圧力は不
安定となる。そこでこのような状態の下で排気と
の平衡を図りつつ0.1〜数Torrの範囲で真空度を
維持するためには前記ルーツ型ポンプや分子ター
ボポンプが適合するからである。

ところで、プラズマCVD装置によつてシラン
をグロー放電した場合、一部は基板上にａ−Si膜
として固着するが、残りの大部分は気中固化して
粉末となりまた一部は未分解シランのままで、排
気系を通つて上記真空装置に流入してしまう。太
陽電池やTFT等の素子を製造する場合には、そ
の成膜厚さも1μ以下と薄膜であり、成膜時間も
比較的遅い速度で短時間で済むので、かかる生成
粉末や未分解シランの流出量は比較的少量であ
る。従つて従来では、第１図における排気孔７と
ブースタポンプ９との間に符号１０で示す簡単な
水冷バツフルまたは液体窒素トラツプなどを設け
たり、排気孔７の位置に焼結金属メツシユフイル
タやメタルウール等の小容量の目ざら状フイルタ
１１を設ける程度であつた。このように従来装置
の真空ポンプに対する防塵にはさほど注意が払わ
れなくともよかつたのである。のみならず反応室
の高真空度の維持のためには排気系コンダクタン
スの大きいことに重きが置かれ、上記の如き防塵
機構の装着による負荷の増大を回避する傾向にさ
えあつたのが実情である。

しかしながら、上記従来の排気系を有する
CVD装置を用いて電子写真用感光体を製造する
場合には、以下の問題点を解決する必要があるこ
とが判つた。

ドラム状基板を電子写真用感光体として製造す
るためには、ａ−Siを20μないし数10μの成膜厚
みとすることが必要であり、また実用性を考慮す
れば高速度での成膜作業が要求される。従つて、
太陽電池やTFT製造に要するシラン供給量とは
比較にならない量のシランを要することになる。
それに伴つて前述した未分解シランや生成粉末も
多量に生じ、これらが極めて増大した量で排気系
へ流出する結果になる。加えて、成膜時間の長大
化のために多量の生成粉末は凝集して巨大粒塊化
する傾向を有し、これら巨大粒塊の形でそのまま
ルーツ型ポンプや分子ターボポンプおよび油回転
ポンプに流れ込むことにもなる。これらのポンプ
はクリアランスの極めて少ない高精度に維持され
た空隙を介して高速回転する摺動ポンプを有し、
これにより排気するのであるが、上記生成粉粒物
が流入すると、ルーツ型ポンプにおいてはその回
転ロータに、また分子ターボポンプにおいてはそ
のブレードに、これら粉粒物が付着し、その結果
たちまちにして性能の低下を招いたり、機械的精
度に狂いを生じたり、さらには部品の摩耗や破損
に至る。また油回転ポンプではオイル中に分散し
た粉粒物がポンプ性能や寿命の低下を招くことに
なる。特にこれらの現象が運転中に生じたときは
成膜そのものが不可能となつてしまうのである。

かかる問題は、前述のバツフル／トラツプ１０
やフイルタ１１では小容量のためもはやその機能
を果し得ないということに起因するのである。と
はいえ、これらバツフルやフイルタは、排気系コ
ンダクタンスの向上および防塵装置の設定による
負荷の増大回避の観点から採用されたものであ
り、排気系にとつて重要である。仮りに排気管内
に任意のフイルタをセツトすると、その通過面積
が小さいと粉粒物は目詰りし排気コンダクタンス
が低下し、ガス流入量と排気量の平衡がとれなく
なり、反応槽内の真空度保持も不可能となつてし
まうこともありうるのである。

多量の粉粒物を吸引しても性能に何らの影響が
ない真空ポンプが現存せずまた従来の排管系内に
装着されるような小容量のフイルタの如きものの
使用では、電子写真感光体製造がスムーズに行な
えない以上、何らかの別途排気手段が講じられな
ければならないのである。

ここにおいて、本発明者等は鋭意検討を重ねた
結果、感光体へのａ−Si成膜反応を有効に維持し
つつ、同時に排気処理を効果的に達成する手段を
見出すに至つたのであり、具体的には本発明によ
れば、従来使用されていた小容量フイルタを使用
することなく、真空容器を有する大容量集塵能力
をもつた集塵手段を真空反応槽の外部の排気系内
に装着することによつて、高速かつ大量にａ−Si
感光体を作成しうるプラズマCVD装置が提供さ
れるものである。

以下、本発明の好ましい実施例を第２図および
第３図を参照しつつ説明する。

第２図は本発明に係るプラズマCVD装置の全
体図であり、装置本体部Ａの一端から排気部Ｂが
連接されている。本実施例では本体部Ａは前述の
第１図に示すものと基本的には同様の構成である
ので説明は省略する。排気部Ｂは除塵装置１２
と、真空ポンプ系としての回転真空ポンプ８およ
びメカニカルブースタポンプ９によつて構成され
る。除塵装置１２は真空反応槽１とポンプ系との
間に導管１３，１４を介して装着されている。反
応槽１は真空ポンプ８，９によつて真空引きさ
れ、シラン等の材料ガスを反応槽へ導入してグロ
ー放電分解を行なうことによつてａ−Siのドラム
状基板への成膜が行なわれるのは前述のとおりで
ある。この反応中に生じた材料ガスの相当部分が
気中固化して粉粒状物化し、これが導管１３を通
つて反応槽１から排出されるが、その際ポンプ
８，９の手前に装着された除塵装置１２へ導入さ
れて捕集されるのである。

ここで、集塵装置としての方式は種々考えられ
るが、前記従来技術の問題点を考慮すると、大容
量の集塵能力があり、少なくとも１運転周期にお
いて排気系コンダクタンスの変動をもたらさず、
しかも集塵された粉塵が容易に除去できること
が、本発明の達成上不可欠的条件となることが判
明した。さらに、集塵装置は真空系中において使
用されるものであるから次のような点にも留意す
ることが必要である。すなわち、外気とのリーク
が生じないこと、構成部材そのものからのガス放
出の少ない機材で構成されていること、さらに容
器壁としては好ましくはステンレスであること等
の点であり、また装置の各部構成は真空ジヨイン
トや真空シールが施されていることが必要とされ
る。したがつて集塵装置はこれらの観点から選ば
れるべきであり、種々の実験に基づいて下記のも
のが本発明の適用上好適であることが確認され
た。

第３図は本発明に用いられる集塵装置を示し、
同図ａはバグフイルタ方式、ｂはコツトレル方
式、ｃはオイルエゼクト方式であり、またｄおよ
びｅはそれぞれこれら集塵装置の吸収口に設けら
れる多孔オリフイス及び多管式ベンチユリを示す
ものである。

第３図ａに示すバグフイルタ方式の集塵装置に
おいては、導管１３より吸入された粉塵はバグフ
イルタ１５によつて捕獲され、除塵された排気が
導管１４を通つて真空ポンプ系へ導入される。こ
こで、バグの面積やメツシユを選定するには、こ
れらが排気系コンダクタンスや集塵能力に大きな
影響を及ぼすのでその設定は極めて重要である。
面積としては通気量1SLMに対して２m²以上必要
であり、また粉末が0.5μ以上になると、とくに真
空ポンプの性能に悪影響を及ぼすためメツシユと
しては0.5μ以上の粉末を捕獲できることが必要と
なる。バグフイルタの面積やメツシユが適正に選
ばれることに加え、さらに導管１３の管径の選定
も本フイルタの性能にとつて重要である。すなわ
ち、この管径は粉末粒子同志が衝突するまでの平
均飛行距離である平均自由行程以下とすることが
最も望ましい。しかし、この管径に対する条件を
維持することは同時に排気系コンダクタンスを低
下させ、これを不充分なものとしてしまう結果を
生じさせることがある。そこで導管１３の管径と
これが排気系コンダクタンスに与える影響とを考
慮し上述の不都合を解消するために、導管１３を
複数設けたり、また導管内部に多孔式オリフイス
を設けたりすること等の措置が講じられる。ａ−
Si成膜過程の進行に伴いフイルタに捕獲された粉
塵の堆積量は増大するが、この量が一定以上に達
するとフイルタの目詰りによつてフイルタの性能
は低下してしまう。これを防止するためにバグフ
イルタを交換可能に配置してもよく、また適宜の
位置に導管１６を設け、除塵装置外部より不活性
ガス、好ましくは窒素ガスを導入してこれを粉塵
の付着したフイルタに吹き付けることによつて粉
塵をフイルタから払い落しホツパ１７で回収すれ
ばフイルタの再利用も可能である。

第３図ｂに示すコツトレル式フイルタにおいて
は、導管１３より流入した粉塵は、DC高圧電源
２０に接続された電極１８によつて帯電させら
れ、他方の集塵電極１９上に堆積する。コツトレ
ル式はその構造上比較的コンダクタンス変動は小
さいが、集塵電極１９上に許容限度以上の粉塵が
堆積すると、この電極表面に堆積した粉塵によつ
て電界が弱められ集塵能力は急速に低下する。従
つて集塵能力を維持するために集塵の都度、粉塵
の堆積した電極を新規なものと交換することが必
要となるが、集塵電極を着脱自在とすることによ
つて電極交換の便を図ることができる。またコツ
トレル内は大気と遮断されており高真空に保持さ
れているので、グロー放電し易い状態となつてい
る。したがつて、このような状態下でコツトレル
内全域に亘つてグロー放電が生ずれば粉塵はさら
に凝集されるので集塵電極板の捕獲を一層効果的
にする。

第３図ｃにはオイルエゼクト方式の集塵装置が
示されている。オイルエゼクタは従来集塵装置と
しては利用されず真空ポンプとして利用されたも
ので、これらは気体分子の捕獲に用いられてい
た。しかしａ−Si粉末はオイルとの親和性が強い
ため極めて捕獲され易く、またこの親和は真空容
器中で行われるため極めてスムーズに運転でき、
またコンダクタンスの変化もほとんどなく優れた
特性を発揮でき、本発明者等は実験によりかかる
オイルエゼクタが本発明に好適であることを見出
したものである。図において、ヒータ２１によつ
て加熱されたオイル２２は気化されてエゼクタ２
３を通つてここからジエツトとなつて噴出し、導
管１３より流入した粉塵を捕獲するのである。さ
らにこのジエツトは水冷コイル２４によつて冷却
されて液化し、この際、捕獲された紛塵は凝集し
て液化したオイルとともに滴下してオイルパンへ
回収される。オイルだけは再循環を繰返し捕獲さ
れた粉塵はオイルパンの底部に蓄積するが、この
量が増大した場合には捕集効率に悪影響を与える
前にドレン２５から排出することが必要である。

第３図ｄ，ｅにそれぞれ多孔式オリフイスおよ
び多管式ベンチユリの断面図を示す。反応室内で
発生した粉塵の一部は極微少であるが集塵装置の
効率上からは、これら粉塵はある程度粉末粒とな
つていることが望ましい。多孔オリフイス、複数
の多管式ベンチユリを上記各例の集塵装置の吸引
口に設けることによつて図に示すように粉塵を適
当な大きさの粒子にすることができる。この場合
絞りを過度に小さくすると粉末で目詰りを起す可
能性があるので、これを防ぐためにオリフイスお
よびベンチユリの径はφ2mmからφ20mm程度が適当
である。

以上述べたように、本発明によれば、プラズマ
CVD装置の排気系に大容量の集塵装置を設ける
ことによつて排気系コンダクタンスを低下させる
ことなく、ａ−Si成膜反応を能率的に維持するこ
とができ、これによつて高速でかつ多量生産方式
でａ−Si電子写真感光体を製造することができ
る。さらに上述の各型式の除塵装置を用いること
によりａ−Si成膜反応によつて生ずるシラン粉末
やこれの凝集粒子が真空ポンプ系に流入するのを
防止することができ、これによつてポンプの摩耗
や破損を防ぐことができ、機械的寿命は大幅に向
上し、保守が非常に簡便化できる。さらに各集塵
装置を適当に組合わせて使用すれば、かかる効果
は一層増大されうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来型のプラズマCVD装置の全体概
略図である。第２図は本発明に係るプラズマ
CVD装置の全体概略図である。第３図は本発明
のプラズマCVD装置に用いられる集塵装置であ
つて、ａはバグフイルタ、ｂはコツトレル、ｃは
オイルエゼクトをそれぞれ示し、またｄはこれら
集塵装置の吸引口に設けられる多孔オリフイス、
ｅは多管式ベンチユリの各断面図である。 Ａ……本体部；Ｂ……排気部；１……真空反応
槽；２……感光体ドラム；３……対向電極；４…
…RF電源；５……材料ガス；８，９……真空ポ
ンプ；１０……バツフル、トラツプ；１１……目
皿状フイルタ；１２……集塵装置；１３，１４…
…導管；１５……バグフイルタ；１９……集塵電
極；２１……ヒータ；２３……エゼクタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反応ガスを導入し、グロー放電分解によつて
   アモルフアス・シリコンを電子写真用感光体基板
   に成膜するための反応室を有する本体部と、成膜
   反応によつて生ずる粉塵を排出するとともに上記
   本体部における成膜反応を真空状態に維持するた
   めの排気手段を有する排気部とでなるプラズマ
   CVD装置において、上記反応室と上記排気手段
   との間に導管手段により接続された大容量の集塵
   手段が配置され、該集塵手段の吸引口手前に多孔
   オリフイス又は多管ベンチエリが設けられている
   ことを特徴とする上記プラズマCVD装置。 ２ 前記大容量の集塵手段はバグフイルタ方式の
   集塵装置であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載のプラズマCVD装置。 ３ 前記大容量の集塵手段はコツトレル電気集塵
   装置であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載のプラズマCVD装置。 ４ 前記大容量の集塵手段はオイルエゼクタ方式
   の集塵装置であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のプラズマCVD装置。