JPH0426764A - 堆積膜形成装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、基体上に堆積膜、とりわけ機能性膜、特に半
導体デバイス、電子写真用感光体９画像入力用ラインセ
ンサー、撮像デバイス、光起電カブバイスなどに用いら
れるアモルファス膜をマイクロ波プラズマＣＶＤ法によ
り形成する堆積膜形成装置に関する。

［従来の技術］ 半導体デバイス、電子写真用感光体９画像入力用ライン
センサー、撮像デバイス、光起電力デバイス、その他の
各種エレクトロニクス素子、光学素子に用いられる素子
部材として、例えば水素やハロゲン（フッ素、塩素など
）で補償されたアモルファスシリコン膜などのアモルフ
ァス堆積膜が提案され、そのうちのいくつかは実用化さ
れている。こうした堆積膜の形成方法として、従来、ス
パッタリング法、熱により原料ガスを分解する熱ＣＶＤ
法、光により原料ガスを分解する光ＣＶＤ法、プラズマ
により原料ガスを分解するプラズマＣＶＤ法などの多数
の方法が知られている。中でもプラズマＣＶＤ法、すな
わち原料ガスを直流または高周波、マイクロ波グロー放
電で分解し、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基体上に薄膜状の堆積
膜を形成する方法は、電子写真用感光体に用いられるア
モルファスシリコン堆積膜への応用など、現在実用化が
非常に進んでおり、そのための装置も各種提案されてい
る。特に、マイクロ波グロー放電を利用したプラズマＣ
ＶＤ法であるマイクロ波プラズマＣＶＤ法が、近年、工
業的にも注目されている。

マイクロ波プラズマＣＶＤ法は、他の方法に比へ、堆積
速度と原料ガス利用効率がともに高いという利点を有し
ている。こうした利点を生かした例が、米国特許節４．
５０４．５１８号明細書に開示されている。この技術は
、０．１　Ｔｏｒｒ以下の低圧でマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法により高い堆積速度で良質の堆積膜を得ようとす
るものである。

マイクロ波プラズマＣＶＤ法の原料ガス利用効率をさら
に改善するための技術が特開昭６０１８６８４９号公報
に記載されており、この技術はマイクロ波エネルギー導
入部を取り囲むようにして内部チャンバー（すなわち放
電空間）を形成するというものである。

また、特開昭６１−２８３１１６号公報には、半導体部
材製造用の改良形マイクロ波技術が開示されている。こ
れは、放電空間中にプラズマの電位制御用としてバイア
ス電極を設け、このバイアス電極に所望の電圧（バイア
ス電圧）を印加して堆積膜へのイオン衝撃を制御し、こ
のことにより堆積膜の特性を向上させようとするもので
ある。

こうしたマイクロ波プラズマＣＶＤ装置において、原料
ガス導入部の改良が、特開昭６３−５７７７９号公報、
特開昭６３−２３０８８０号公報に記載されている。こ
れらは、円筒状基体の間から放電空間へ原料ガスを導入
する方法であり、原料ガス導入部の形状をくし形または
三角柱状にすることにより、原料ガスをプラズマ発生領
域に効率的に導入し堆積膜の堆積速度を向上させること
を可能としたものである。

これら従来の技術により、比較的厚い光導電性材料をあ
る程度高い堆積速度と原料ガス利用効率で製造すること
が可能となった。このようにして改良された従来の堆積
膜形成装置の例が第１０図と第１１図に示されている。

第１０図はこの従来の装置の概略縦断面図、第１１図は
第１０図の１３−Ｂ　′線における概略横断面図である
。

円筒形状の反応容器１の側面には排気管４が一体的に形
成され、排気管４の他端は図示しない排気装置に接続さ
れている。反応容器１の上面と下面にはそれぞれ導波管
３が取り付けられ、各導波管３の他端は図示しないマイ
クロ波電源に接続されている。各導波管３の反応容器１
側の端部にはそれぞれ誘電体窓２が気密封止されている
。反応容器ｌの中心部を取り囲むように、堆積膜の形成
される６個の円筒状基体５が互いに平行になるように配
置されている。各円筒状基体５は回転軸８によって保持
され、発熱体７によって加熱されるようになっている。

モーター９を駆動すると減速ギア１０を介して回転軸８
が回転し、円筒状基体５がその母線方向中心軸のまわり
を自転するようになっている。

反応容器１内の各円筒状基体５と各誘電体窓２で囲まれ
た空間が放電空間６であり、放電空間６のほぼ中央部に
円筒状基体５と平行になるようバイアス電極５２が設け
られている。バイアス電極５２はケーブル１３によって
バイアス電源１２に接続されている。また、隣接する２
個の円筒状基体５の間のすき間には、それぞれ原料ガス
導入管５１が設けられている。原料ガス導入管５１はく
し形の形状であり、原料ガスを放電空間６に導入するよ
うになっている。

この装置を用いて、例えば電子写真用感光体のために堆
積膜を形成するときは、まず反応容器１内をＩ　Ｘ　］
　Ｏ”’Ｔｏｒｒ以下まで排気し、ついで発熱体７によ
り円筒状基体５を所望の温度に加熱保持する。そして原
料ガス導入管５１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、シランガスなどの原
料ガスを反応容器１内に導入する。これと同時並行的に
周波数５００ＭＨｚ以上の好ましくは２．４５０）ｌｚ
のマイクロ波を導波管３、誘電体窓２を経て反応容器１
内に入射させる。その結果、放電空間６においてグロー
放電が開始し、原料ガスは励起解離して円筒状基体５上
に堆積膜が形成される。このときモーター９を駆動して
円筒状基体５を自転させることにより、円筒状基体５の
全周にわたって堆積膜を形成することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の堆積膜形成装置により、ある程度の堆積
速度において、実用的な特性と均一性を有する堆積膜を
形成することは可能である。また、反応容器内の清掃を
厳格に行なえば、ある程度欠陥の少ない堆積膜を形成す
ることも可能である。しかし、これらの堆積膜形成装置
では、特に堆積速度を大きくしたときに、大面積で比較
的厚い堆積膜を形成しようとすると、均一膜質で要求さ
れる特性を満たす堆積膜を高収率で得ることができない
という問題点が生じることがある。例えば電子写真用感
光体の場合、必要とされる光学的および電気的特性を満
足してかつ電子写真プロセスで画像を形成したときに画
像欠陥が少ない電子写真用感光体を定常的に安定して高
歩留まりで製造するのが難しい。すなわち、上述の従来
の方法によって製造した電子写真用感光体では、高湿度
のような帯電条件の悪い場合、低湿度のような現像条件
の悪い場合、ロット間のばらつきゃ長期間使用のために
現像剤の性能が低下した場合、あるいはこれら条件が重
なったときなどに、得られる画像について濃度が薄くな
ったり白地かぶりが発生したりコントラストが低下した
りするなどの問題が発生することが多い。

さらに上述した従来の堆積膜形成装置では、原料ガス導
入管が基体に近接しているため、原料ガス導入管の周辺
に付着した塵埃が原料ガス導入時に反応容器内に舞い上
がって基体に付着し、例えば電子写真用感光体の場合に
は画像欠陥の原因になるという問題点がある。

本発明の目的は、上述のようなマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法による従来の堆積膜形成装置の諸問題点を克服し、
半導体デバイス、電子写真用感光体１画像人力用ライン
センサー、撮像デバイス光起電力デバイス、その他各種
エレクトロニクス素子、光学素子の素子部材として用い
る特性のよい堆積膜をマイクロ波プラズマＣＶＤ法によ
り高速で形成し得る堆積膜形成装置を提供することにあ
る。特に、１０μｍ以上の比較的厚くかつ高品質のアモ
ルファスシリコン堆積膜を高い堆積速度で形成しつる堆
積膜形成装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、堆積速度と原料ガス利用効率が高いという利
点を有するマイクロ波プラズマＣＶＤ法による装置にお
いて、原料ガス導入手段を多重管構造にし原料ガス導入
手段と基体の間に電界を印加することにより低コストで
特性のすぐれた堆積膜を作製できるという新たな知見を
得、この知見に基づいて完成したものであり、 減圧にし得る反応容器と 堆積膜が形成される基体を前記反応容器内に配置する手
段と、 前記反応容器内にガス状の原料物質を導入するためのガ
ス導入手段と、 前記反応容器内にマイクロ波エネルギーを導入する手段
と、 を有する堆積膜形成装置であって、 前記基体に取り囲まれた空間の内部に前記ガス導入手段
を配し、 前記ガス導入手段は多重管構造であり、前記原料物質の
供給源に接続され、前記多重管を構成する容管にはそれ
ぞれガス放出孔が当該管の内側と外側を連通ずるように
設けられ、 前記ガス導入手段と前記基体との間にバイアス電圧を印
加する手段を有することを特徴とする堆積膜形成装置で
ある。

［作用］ 原料ガス導入手段を多重管構造とし、この多重管を構成
する容管にそれぞれガス放出孔を設け、さらに原料ガス
導入手段と基体の間にバイアス電圧を印加する手段を有
する本発明の作用は以下のようなものである。なお、説
明のため多重管は二重管であるとする。

原料ガスは原料ガス供給源より供給されて、まず二重管
の内管に導入される。内管に設けられたガス放出孔は、
内管の外側に外管があるため、プラズマに直接曝される
ことはない。したがって、このガス放出孔のまわりで原
料ガスが分解することもなく、ここには堆積膜は形成さ
れずガス放出孔が塞がることもない。内管によって軸方
向にある程度均一に分布するようになった原料ガスは、
内管と外管との間の空間を通って、外管に設けられたガ
ス放出孔から放電空間に放出される。このとき、マイク
ロ波プラズマおよびバイアス電流のために外管は昇温し
でいるが、原料ガス導入手段に単管構造のものを利用し
た場合の管内の圧力に比べ、内管と外管の間の空間の圧
力はかなり低くなっている。その結果、外管の内壁や外
管に設けられたガス放出孔への膜の堆積が、前記の単管
構造のものに比べ、非常に少なくなる。また、外管のガ
ス放出孔の大きさを比較的大きくできるので、膜の堆積
によるガス放出孔の径の変化があっても基体上の軸方向
の膜厚むらが生じることはない。

さらに本発明においては、原料ガス導入手段と基体との
間にバイアス電圧を印加することができる。バイアス電
圧を調節することにより、基体上の堆積膜へのイオンの
供給を制御でき、堆積膜の特性向上を図ることができる
。また、バイアス電圧を印加することにより、原料ガス
導入手段の外壁への膜の堆積が抑制される。

これらの作用が相俟って、基体上に特性のすぐれた堆積
膜を高い堆積速度で形成することができるようになる。

以上の説明は二重管構造の場合を例に挙げて行なったが
、二重管以上の多重管を原料ガス導入手段に用いた場合
も、その作用は上述と同様である。

ここで、多重管を構成する容管に設けられるガス放出孔
の数について、内側の管よりも外側の管の方に数多くガ
ス放出孔が設けられるようにすると、放電空間に流出す
る原料ガスの分布がより均一となって、さらに特性のす
ぐれた堆積膜を形成することができる。

原料ガス導入手段の形状としては特に制限はないが、鋭
いエツジ部があると外側に付着した堆積膜の膜剥れしや
すいため、前記膜剥れを防止するためには円筒状かまた
はそれに近似したものが適している。原料ガス導入手段
が二重管構造のものの場合、内管の形状としては円筒状
のものが好ましく、断面の直径は外管に対して３０％以
上７０％以下が好ましい。また原料ガス導入手段の長さ
については特に制限はないが、堆積膜の膜厚むらの防止
のためには基体の９０％以上１　］、　Ｏ％以下の長さ
とするのが好ましい。

原料ガス導入手段の材質としては、表面が導電性であり
高温に耐える材質であり、ある程度熱伝導の悪いものが
望ましいが、実用上次のものが望ましい。例えばステン
レス、Ｎｉ　、　Ｃｒ　、　Ｍｏ　、　ＩｎＮｂ　　Ｔ
ｅ、　Ｖ、　Ｔｉ、　Ｐｔ、　Ｐｄ、　Ｆｅ等の金属、
これらの合金または表面を導電処理したガラス、セラミ
ックス等が通常使用される。

原料ガス導入手段の平面における位置は、放電空間の中
心から原料ガス導入部の中心までの距離が、放電空間の
中心から基体までの最短距離の２０％以内の範囲ならば
いずれの所に設定されても良いが、好ましくは放電空間
の中心位置に設置されるのが膜厚、膜質の均一性のため
には望ましい。

また、原料ガス導入手段の形状が円筒状の場合、後述す
るように、その直径は放電空間の直径の４〜２５％程度
にすることが好ましく、放電空間の直径の４〜１４％程
度にすることがさらに好ましい。

原料ガス導入手段の外管のガス放出孔の直径は、後述す
るように、０．４〜２．５ｍｍ程度が好ましく、０６〜
１．５ｍｍ程度がさらに好ましい。

原料ガス導入手段の外管のガス放出孔の個数は、後述す
るように、外管の単位外表面積当りの個数で表わすと、
００９〜０３１個／ｃｍ２程度が好ましく、０１４〜０
．２７個／ｃｍ２程度がさらに好ましい。

堆積膜が形成される基体には、導電性材料か表面を導電
処理した材料が用いられる。例えば、ステンレス、ＡＩ
　、　Ｃｒ　、　Ｍｏ　、　Ａｕ　、　Ｉｎ　、　Ｎｂ
　、　ＴｅＶ　、　Ｔｉ　、　ＰＬ　、　Ｐｄ　、　Ｆ
ｅ等の金属、これらの合金また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１
紙等が通常使用される。

基体の形状としては、板状、長尺シート状、円筒状等の
放電空間を取り囲むことができる形状のものが使用され
る。

基体の形状が円筒状の場合、基体の直径には特に制限は
ないが、実用的には２０〜５００ｍｍ程度であり、長さ
は１０１以上１０００ｍｍ以下程度が好ましい。

また、円筒状の基体の場合、基体相互の間隔はＪ〜５０
ｍｍ程度が放電空間を安定して維持する上で好ましく、
基体の数は放電空間を形成できるならばいずれでもよい
が３本以上が好ましく、４本以上がより好ましい。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の一実施例の堆積膜形成装置の構成を示
す概略縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ　′線におけ
る概略横断面図、第３図は二重管構造の場合の原料ガス
導入手段の詳細を示す概略縦断面図、第４図は三重管構
造の場合の原料ガス導入手段の詳細を示す概略縦断面図
である６円筒形状であり真空気密化構造である反応容器
１の側面には排気管４が一体的に形成され、排気管４の
他端は真空ポンプなどの図示しない排気装置に接続され
ている。反応容器１の上面と下面の中央部にはそれぞれ
導波管３が取り付けられている。導波管３は、マイクロ
波電源（図示せず）から反応容器１の近傍までの矩形断
面の部分（図示せず）と、反応容器１内に挿入された円
形断面部分とからなり、スタブチューナー（図示せず）
、アイソレーター（図示せず）とともにマイクロ波電源
（図示せず）に取り付けられている。各導波管３の反応
容器１側の端部には、マイクロ波エネルギーを損失少な
く透過しかつ真空気密を保持し得るような材料で形成さ
れた誘電体窓２が設けられている。誘電体窓２は、具体
的には、アルミナ（Ａ１２０３）　、窒化アルミニウム
（ＡＩＮ）　、窒化ホウ素（ＢＮ）　、窒化ケイ素（Ｓ
ｉＮ）　、炭化ケイ素（Ｓｉ（：）　、酸化ケイ素（Ｓ
ｉ０２）　、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）　、ポリテトラ
フルオロエチレン、ポリスチレンなどの材料によって構
成されている。誘電体窓２は、反応容器１内の雰囲気を
保持するため、導波管３の円筒形の部分と密着し気密封
止されている。反応容器Ｊの中心部を取り囲むように、
堆積膜の形成される６個の円筒状基体５が互いに平行に
なるように配置されている。円筒状基体５はそれぞれ回
転軸８によって保持され、かつその内部には同軸状に円
筒状の発熱体７が配設されており、該発熱体７によって
内側から加熱されるようになっている。

回転軸８は、反応容器１に対して回転自在に取り付けら
れ、一端が減速ギア１０を介してモーター９に接続して
いる。したがって、モーター９を駆動することにより、
円筒状基体５をその母線方向中心軸のまわりを自転させ
ることができる。

反応容器１内の各円筒状基体５と各誘電体窓２で囲まれ
た部分が放電空間６であり、各導波管３から各誘電体窓
２を経てマイクロ波が反応容器１に入射したとき、マイ
クロ波によるグロー放電は主としてこの放電空間６で発
生ずる。放電空間６がマイクロ波に対して空洞共振構造
となるようにしておくとよい。放電空間６の中央部に、
円筒状基体５と平行に、ガス管１６に接続された後述す
る原料ガス導入手段１１が設けられている。ガス管１６
は電気絶縁性の材料からなり、その他端はガス導入口１
５を経て図示しない原料ガス供給源に接続されている。

バイアス電源１２からのケーブル１３は、導入端子１４
によって反応容器１内のガス管１６の内部に導入されて
原料ガス導入手段１１に接続している。この結果、各円
筒状基体５と原料ガス導入手段１１との間にバイアス電
圧を印加できるようになっている。

次に、原料ガス導入手段１１について説明する。

原料ガス導入手段１１は、少なくとも表面が導電性であ
る材料からなる多重管構造である。その最内側の管は、
ガス管１６に接続されている。多重管を構成する容管に
は、それぞれガス放出孔が設けられ、原料ガスが当該管
の内側から外側へ流れ出せるようになっている。この場
合、内側の管と外側の管を比べたときに外側の管の方に
より多くのガス放出孔が設けられるようにしておくと、
放電空間６内での原料ガスの圧力分布をより均一にする
ことができ、堆積膜の特性の均一化を図ることができる
。また、内側の管のガス放出孔の位置と外側の管のガス
放出孔の位置が重ならないようにしておくことが望まし
い。

ガス放出孔の位置関係は、多重管内に供給されたガスが
反応容器内に放出されるまでのガス導入手段内を通るガ
スの行路長がどの最外管のガス放出孔についても同程度
となるように配するのが、成膜の過程でガス組成を変化
する場合においてもより均一な膜を得るには望ましい。

二重管構造の場合の原料ガス導入手段１１の例が第３図
に示されている。この場合、内管２３と外管２２による
二重管構造であり、口金２１によってガス管１６に接続
されるようになっている。内管２３と外管２２にはそれ
ぞれ複数のガス放出孔２５．２４が設けられているが、
ガス放出孔の数は内管２３より外管２２の方が多いよう
になっている。口金２１から流入した原料ガスは、内管
２３．ガス放出孔２５．外管２２．ガス放出孔２４を経
て、放電空間６に流出することになる。

同様に、三重管構造の場合の原料ガス導入手段１１の例
が第４図に示されている。この場合、内管３４．中管３
３．外管３２による三重管構造であり、口金３１によっ
てガス管１６に接続されるようになっている。内管３４
．中管３３．外管３２にはそれぞれ複数個のガス放出孔
３７゜３６．３５が設けられ、その数は外側の管はど多
くなるようになっている。口金３１から流入した原料ガ
スは、内管３４．ガス放出孔３７．中管３３、ガス放出
孔３６．外管３２．ガス放出孔３５を経て放電空間６に
流出することになる。

本発明におけるガス導入手段の形状は第３図及び第４図
に図示した形状にのみ限定されるものではなく、例えば
口金の位置を前述の多重管の中央部の対称位置ではなく
、上端または下端に設けてもよいし、複数のガス種を単
一の導入系路でガス導入手段の多重管内に供給しても、
複数の導入系路でガス導入手段の多重管内に供給しても
よい。

また、その際多重管の最内側の管にのみガス種を供給す
るばかりではなく、多重管の最内側の管以外にもガス種
を供給して混合したガス種を反応容器内にガス導入手段
最外側の管のガス放出孔より導入してもよい。

ここで、より均一な組成でガス種を反応容器内に均一に
導入するためには、ガス導入手段内にガス種を供給する
位置は近い方がよく、最適には第３図及び第４図で図示
するとおり最内側の管に１箇所から供給するのが望まし
い。

次に、円筒状基体５の加熱方法について説明する。

円筒状基体５は、発熱体７によって加熱されるようにな
っている。この発熱体７は真空仕様のものであればいず
れでもよく、具体的には、シース状の巻き付はヒーター
、板状ヒーター、セラミックスヒーター等の電気抵抗発
熱体、ハロゲンランプ、赤外線ランプ等の熱放射ランプ
発熱体、気体や液体を温媒とした熱交換手段による発熱
体などを適宜選択して用いればよい。発熱体７の表面材
質としでは、ステンレス、　Ｎｉ　、　ＡＩ　、　Ｃｕ
等の金属類、セラミックス、耐熱性高分子樹脂などが挙
げられる。また、発熱体７を設ける代わりに、反応容器
１の外部に加熱専用の容器を設け、ここで円筒状基体５
を加熱した後、反応容器１内に円筒状基体５を真空中で
搬送するなどの方法を用いてもよい。さらに、これらの
方法と併用して、あるいは単独で、グロー放電に使用す
るマイクロ波自身により円筒状基体５の温度を制御する
ことも可能であり、この場合必要に応じてマイクロ波の
強度を変化させてもよい。

次に、原料ガスについて説明する。

堆積膜の原料ガスとして例えばシラン（Ｓｉ）Ｉ４）、
ジシラン（Ｓｉ２Ｈａ）などのアモルファスシリコン形
成用原料ガス、ゲルマン（ＧｅＨ４）　、メタン（Ｃ１
，４）などの他の機能性堆積膜形成ガスあるいはこれら
の混合ガスが用いられる。

原料ガスに対する希釈ガスとして、水素（Ｈ２）アルゴ
ン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｉ（ｅ）、ネオン（Ｎｅ）など
が用いられる。

また、堆積膜がアモルファスシリコン膜などの場合、堆
積膜のバンドギャップを変化させ、あるいはより安定な
結合を形成する等の特性改善ガスとして、アンモニア（
Ｎｌ（３）　、窒素（Ｎ２）などの塗素原子を含む化合
物、酸素（０□）、−酸化窒素（ＮＯ）−酸化二窒素（
Ｎ２０）などの酸素原子を含む化合物、メタン（ＣＨ４
）　、エタン（Ｃ２８６）、エチレン（（、、Ｌ）、ア
セチレン（Ｃ２１＋２）、プロパン（Ｃ３ＨＩｌ）など
の炭化水素、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、六フッ化二
ケイ素（Ｓｉ２Ｆ６）、四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ
４）などのフッ素化合物あるいはこれらの混合ガスも用
いることができる。

さらに不純物のドーピングを目的として、ジボラン（Ｂ
２Ｈ６）、フッ化ホウ素（ＢＦ３）　、ホスフィン（Ｐ
Ｈ３）なとのドーパントガスを原料ガスと同時に放電空
間に導入しても本発明は有効である。

放電空間の圧力については特に制限はないが、１００ｍ
　Ｔｏｒｒ以下、とりわけ５０ｍＴｏｒｒ以下の圧力で
特に良好な結果を再現よく得ることができた。

次に、本実施例の動作について説明する。

まず、排気装置（図示せず）により排気管４を介して反
応容器１を排気し、圧力が１×工０Ｔｏｒｒ以下になる
よう調整する。次に発熱体７ににって各円筒状基体５を
最適な温度に加熱保持する。そこで例えばアモルファス
シリコン堆積膜を作製するのであれば、シラン等の原料
ガスをガス導入口１５より導入し、ガス管１６を通過さ
せて原料ガス導入手段１１から放電空間６へ放出させる
。これと同時に、バイアス電源１２により原料ガス導入
手段１１に、例えば直流のバイアス電圧を印加する。さ
らにマイクロ波電源（図示せず）によって周波数５００
Ｍ１（ｚ以上のマイクロ波、例えば周波数２．４５　Ｇ
）ｌｚのマイクロ波を発生させ、導波管３を経て誘電体
窓２より反応容器１の内部へ入射させる。以上により、
円筒状基体５に囲まれた放電空間６においてマイクロ波
グロー放電が開始し、これによって原料ガスが励起され
て解離し、さらに原料ガス導入手段１１と円筒状基体５
との間に印加された電界により円筒状基体５は定常的に
イオンの供給を受け、円筒状基体５の表面に堆積膜が形
成される。このとき、モーター９により回転軸８を回転
させ、円筒状基体５をその母線方向中心軸の回りを自転
させることにより、円筒状基体５の全周にわたって均一
に堆積膜が形成されることになる。

次に、本実施例の堆積膜形成装置について行なった実験
結果について説明する。

（実施例１） 原料ガス導入手段に第３図で示す二重管構造を用いた場
合と第９図で示す単管構造（従来例）のものを用いた場
合のそれぞれについて、放電空間にシランガス（ＳｉＨ
４）　６００　ｓｅｃｍ　（ｓｃｃｍは０℃。

１気圧に換算した１分当たりのｃｍ’で表わした流量）
を導入し、さらに上下の誘電体窓からそれぞれ６００Ｗ
のマイクロ波を入射し、印加するバイアス電圧を変化さ
せながら堆積膜を形成した。第９図に示す単管構造の原
料ガス導入手段は、口金４１から管内に導入された原料
ガスが直接ガス放出孔４２から放電空間に放出されるよ
うになっている。原料ガス導入手段に熱電対を接続し、
原料ガス導入手段の表面の温度変化を測定するとともに
、堆積膜形成後に堆積膜上に発生した球状突起の数を光
学顕微鏡で測定した。その結果を第５図および第６図に
示す。ここで第５図において、横軸は放電を開始してか
らの堆積膜形成時間を示し縦軸は原料ガス導入手段の表
面温度を示している。円筒状基体をあらかじめ３００　
’Ｃに加熱したため、実験開始時の原料ガス導入手段の
表面温度は２５０℃であった。図より分かるように単管
、二重管を問わず、印加するバイアス電圧が高くなるに
従い原料ガス導入手段の表面温度も上昇することが分か
る。さらに印加するバイアス電圧が１００Ｖ以上のとき
原料ガス導入手段の温度は６００℃を超えており非常に
高温になっているこｔ とが分かる。

次にこの条件での堆積膜形成を４時間行ない、反応容器
から取り出した後、堆積膜上に発生している球状突起の
数を測定した結果を第６図に示す。球状突起の数は、円
筒状基体の上中下の円周方向３箇所の合計９箇所の単位
面積（１ｃｍＸ　１　ｃｍ）あたりにある直径２０μｍ
以上の球状突起の数を光学顕微鏡を用いて数えた。図に
おいて横軸は印加するバイアス電圧、縦軸は単位面積当
りの球状突起の数の平均を示している。図から分かる様
に、印加するバイアス電圧が０〜３０Ｖの条件で作製し
た堆積膜上に発生する球状突起の数は、単管、二重管と
も極めて少なく、１個／ｃｍ２程度以下である。しかじ
印加するバイアス電圧が１００ｖ以上になると、単管で
作製した堆積膜上の球状突起の数は大幅に増加している
のに対して二重管で作製した堆積膜上の球状突起数は、
はとんど増加していないことが認められる。球状突起は
電子写真用感光体においては画像欠陥の大きな原因の１
つであり、原料ガス導入手段を二重管にすることによっ
て膜質が向上していることが分かる。

また、印加するバイアス電圧が１２０Ｖの時に使用した
単管と二重管の各原料ガス導入手段を堆積膜形成後に切
断して、内部を目視により観察したところ、単管では管
内に黒褐色の粉状の堆積物が多く観察されたのに対して
二重管では管内に堆積物は観察されなかった。

（実施例２） 原料ガス導入手段に第３図に示す二重管構造のものを用
いて、放電空間にシランガス（ＳｉＨ，）６００　ｓｅ
ｃｍを導入し、印加するバイアス電圧を１２０Ｖとし、
上下の誘電体窓より各８００Ｗのマイクロ波電力を導入
して４時間放電を維持し、円筒状基体表面に堆積膜を形
成した。この時、二重管の外管の長さを３５０ｍｍとし
さらに外管および内管のガス放出孔の孔径は直径１．２
　ｍｍ、孔数は原料ガス導入手段１本につき２４個と一
定とし、外管の直径を種々変化させた。また放電空間の
直径（対向する円筒状基体間の距離）は、１２７ｍｍと
した。この条件で、アモルファスシリコン堆積膜を形成
した時の膜厚と平均膜厚に対する膜厚むらおよび放電の
安定性を測定し第１表に示す。

表中、堆積膜形成速度は、堆積時間がずぺて４時間と同
じであるため形成した堆積膜の膜厚の比で求めた。膜厚
は円筒状基体の上下方向の膜厚を３ｃｍおきで、かつそ
れぞれ円周方向に３箇所について、渦電流による膜厚測
定器ｆＦｉｓｃｈｅｒ社製ＴＹＰＥＥＣ８ｅ２Ｔｙ）を
用いて測定しその平均を求めた。求めた膜厚を原料ガス
導入手段の外径が６ｍｍの時を１００％とし相対値で示
した。また、表中の放電安定性は目視により行ない、０
は４時間の間ずつと放電が安定していたことを示し、○
は数回スパークが観測されたことを示し、△は何度か放
電が消えたことを示し、×は放電切れが頻繁に起こり放
電を維持できず途中でやめたことを示す。また、表中の
膜厚むらは円筒状基体の上下方向の膜厚を３ｃｍ間隔で
測定し、最高膜厚と最低膜厚を求め、その差を平均膜厚
で割ったものとした。さらに以上の評価をすべて総合し
た「総合評価Ｊをあわせて表中に示している。

表より明らかなように、原料ガス導入手段が円筒状の場
合その直径は放電空間の直径に対して４％以上、２５％
以下とすることが好ましく、特に４％以上、１４％以下
とすることがより好ましいことが分かる。

つまり原料ガス導入手段は、外壁にも堆積膜が付着する
ため、外径を大きくすると原料ガスの利用効率が低下す
る。さらに放電空間内に大きな形状の原料ガス導入手段
を設けると、放電空間へ導入するマイクロ波の反射が増
え、放電を乱し、安定なプラズマの形成が困難になる。

また外径が小さいと基体の上下方向の堆積膜の膜厚の均
一性が低下する。またさらには二重管の構造にするため
、細い原料ガス導入手段を精度よく作製するのは困難で
ある。よって以上の理由から上記のような外径の範囲の
多重管が本発明には適するものと考えられる。

（実施例３） 原料ガス導入手段に第３図に示す二重管構造のものを用
いて、放電空間にシランガス（ＳｉＨ４）６００　ｓｅ
ｃｍを導入し、印加するバイアス電圧を１２０Ｖとし、
上下の誘電体窓から各８００Ｗのマイクロ波電力を導入
して４時間放電を維持し、円筒状基体表面に堆積膜を形
成した。第３図に示す二重管の外管のガス放出孔の孔径
を種々変化させて作製した堆積膜について、膜厚測定器
を用いて円筒状基体の上下方向の膜厚のむらを測定した
。結果を第６図に示す。ここで図の横軸は、外管のガス
放出孔の孔径、縦軸は膜厚むらを示す。

なお０．５ｍｍ以下の孔径においては、成膜後、場所に
よっては原料ガス導入手段の表面に堆積した堆積膜によ
りガス放出孔がほとんど塞がっているものが認められた
。

この結果から分かるように、ガス放出孔の大きさが小さ
すぎても大きすぎても堆積膜の膜厚の均一性が低下する
ことがわかる。これは、ガス放出孔の大きさが小さいと
堆積膜形成中に塞がってしまい、大きいと原料ガス導入
手段から放電空間に向かって圧力差が取れないので、円
筒状基体の上下方向での堆積膜の膜厚の均一性が低下す
るためと考えられる。以上より、原料ガス導入手段の外
管の放出孔の大きさは、好ましくは０．５ｍｍ以」二、
２．５ｍｍ以下、より好ましくは０．６ｍｍ以上、１．
５ｍｍ以下であることがわかる。

（実施例４） 実施例３と同様に原料ガスの流量と印加するバイアス電
圧は一定として、原料ガス導入手段の外壁上にあるガス
放出孔の密度を変化させて堆積膜形成を行なった。原料
ガス導入手段には外管の長さが３２０ｍｍ、外管の直径
が１２ｍｍのものを用い、外管の同一円周上には３個の
ガス放出孔が設けられるようにしながら、外管の長手方
向のガス放出孔の間隔を変化させることにより、外壁上
のガス放出孔の密度を変化させた。このときのガス放出
孔の孔径は直径１．２ｍｍで一定とし、上述の手段によ
りそれぞれの堆積膜の膜厚むらを測定した。その結果を
第８図に示す。図において横軸は、ガス放出孔の数を原
料ガス導入手段の外壁の全面積で割った密度であり、縦
軸は膜厚むらを示す。この結果より、ガス放出孔の密度
は、小さすぎても大きすぎても堆積膜の膜厚の均一性が
低下することが分かり、好ましくは０．０９個／ｃｍ２
以上０．３１個／ｃｍ２以下であり、より好ましくは０
１４個／ｃｍ２以上０．２７個／ａｍ２以下である。

（実施例５） 原料ガス導入手段に第３図に示す二重管構造のものを用
い、第２表に示す条件により、下から電荷注入■止層、
感光層１表面層の３層からなる堆積膜をアルミ製の円筒
状基体の上に形成し、アモルファスシリコン感光トラム
を作製した。このアモルファスシリコン感光ドラムをキ
ャノン社製複写機ＮＰ７５５０を実験用に改造したもの
に装着し、通常の複写プロセスにより転写紙上に画像を
形成した。以下の項目について測定を行ない、作製した
アモルファスシリコン感光ドラムの電子写真特性を評価
した。なお、このとき、帯電器に６ｋＶの電圧を印加し
、感光ドラムを帯電させた。

これらの測定結果と総合的な評価を第３表に示す。

（１）帯電能むら 複写機に堆積膜が形成された感光トラムを搭載し、ドラ
ムを回転させながら一定帯電量のもとでのドラムの表面
電位を現像器位置で測定する。ドラムの上から下にかけ
て３ｃｍおきに表面電位を測定しその平均を帯電能とし
た。そして１本のドラムにおいて平均値から一番離れて
いる値を求めてその値と平均値との差を帯電能むらとし
た。１回の堆積膜形成において得られた６本のドラムに
ついて同じ評価を行ない、帯電能むらの一番大きいもの
について以下の判定をした。

０・・・ＩＯＶ以下であり非常にすぐれた均一性である
。

○・・・２０Ｖ以下でありすぐれた均一性である。

△・・・３０Ｖ以下であり実用上問題なし。

×・・・３０Ｖ以上であり非常に高画質で高速の複写装
置に用いる場合には、不十分である。

（２）感度むら 上記と同様の方法で帯電させ、一定置光量のもとに、１
本のドラムの上から下まで３ｃｍおきに表面電位の測定
を行ない、その平均値を感度とした。また同様にそれら
の値のうち平均値より一番離れている値と平均値との差
を感度むらとした。

そして−回の堆積膜作製で得られる６本のドラムについ
て同じ評価を行ない、一番感度むらの大きいものについ
て以下のように判断した。

０・・・３ｖ以下であり非常にすぐれた均一性である。

Ｏ・・・６■以下でありすぐれた均一性である。

△・・・ＩＯＶ以下であり実用上まったく問題ない。

×・・・１０Ｖ以上であり、高温高湿や低温低湿等のき
びしい条件下で品質が低下するおそれがある。

（３）細線再現性 白地に全面文字よりなる通常の原稿を原稿台に置いてコ
ピーした時に得られた画像サンプルを観察し、画像上の
細線が途切れずにつながっているかを評価した。但しこ
の時画像上でむらがある時は、全画像領域で評価し一番
悪い部分の結果を示した。また１回の堆積膜作製で得ら
れる６本のドラムについて同様の評価を行ない、その中
で１番悪いものについて次の判断をした。

０・・・良好。

○・・・一部途切れあり。

Δ・・・途切れは多いが文字として認識できる。

×・・・文字として認識できないものもある。

（４）白地かぶり 白地に全面文字よりなる通常の画像サンプルを原稿台に
置いて複写した時に得られた画像サンプルを観察し、白
地の部分のかぶりを評価した。また１回の堆積膜作製で
得られる６本のドラムについて同様の評価を行ない、そ
の中で１番悪いものについて次の判断をした。

０・・・良好。

○・・・一部僅かにかぶりあり。

△・・・全面にわたりかぶりあるが文字の認識には支障
なし。

×・・・文字が読みにくい程かぶりがある。

（５）画像むら 全面ハーフトーンの原稿を原稿台に置いてコピーした時
に得られた画像サンプルを観察し、濃淡のむらを評価し
た。また１回の堆積膜作製で得られる６本のドラムにつ
いて同様の評価を行ない、その中で１番悪いものについ
て次の判断をした。

０・・・良好。

○・・・一部僅かな濃淡の差有り。

△・・・全面にわたり濃淡の差があるが文字の認識には
支障なし。

×・・・文字が読みにくい程むらがある。

（６）画像欠陥 黒原稿を原稿台に置いてコピーした時に得られた画像サ
ンプルの同−面積内にある白点の数により評価を行なっ
た。また１回の堆積膜作製で得られる６本のドラムにつ
いて同様の評価を行ない、その中で１番悪いものについ
て次の判断をした。

０・・・良好。

○・・・一部小さな白点有り。

△・・・全面に白点があるが文字の認識には支障なし。

×・・・文字が読みにくい程白点が多い。

（実施例６） 原料ガス導入手段に第４図に示す三重管構造のものを用
い、実施例５と同様にアモルファスシリコン感光ドラム
を作製してその電子写真特性を評価した。その結果を第
３表に示す。

（比較例１） 原料ガス導入手段に第９図に示す単管構造のもの（従来
例）を用い、実施例５と同様にアモルファスシリコン感
光ドラムを作製してその電子写真特性を評価した。その
結果を第３表に示す。

（比較例２） 第１０図、第１１図で示される従来の堆積膜形成装置を
用い、第２表に示す条件によりアルミ製の円筒状基体の
上に堆積膜を形成してアモルファスシリコン感光ドラム
を作製し、実施例５と同様にこの感光ドラムの電子写真
特性を評価した。その結果を第３表に示す。

以上の各実施例の結果より明らかなように、本発明の堆
積膜形成装置によって特性のすぐれた堆積膜を形成する
ことができ、特に電子写真用感光体を製造した場合には
、画像の均一性に優れ画像欠陥の少ない電子写真用感光
体を得ることができることがわかった。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、原料ガス導入手段を多重
管構造とし、この多重管を構成する容管にそれぞれガス
放出孔を設け、さらに原料ガス導入手段と基体との間に
バイアス電圧を印加する手段を設けることにより、とり
わけ堆積速度の大きい領域で、大面積で比較的厚く、均
一膜質であって光学的および電気的緒特性を満足し、か
つ非常に欠陥の少ない堆積膜を定常的に安定して高歩留
まりでしかも低コストで作製することができるという効
果がある。このように本発明の堆積膜形成装置は、大面
積で均一膜質である堆積膜を形成し得るため、素子数の
多いマトリクス駆動回路用トランジスタ、マトリクス表
示用の発光ダイオード、長尺の画像入力用、ラインセン
サー、撮像デバイス等の素子間の特性にばらつきのない
均一特性の半導体デバイスを歩留まりよく低コストで形
成できる。特に、本発明は電子写真用感光体の製造にお
いて、高温高湿のような帯電条件の悪い場合あるいは低
温低湿のような現像条件の悪い場合においてもすぐれた
電子写真特性を有する電子写真用感光体を製造すること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の堆積膜形成装置の構成を示
す概略縦断面図、第２図は第１図のＡＡ′線における概
略横断面図、第３図は二重管構造の場合の原料ガス導入
手段の詳細を示す概略縦断面図、第４図は三重管構造の
場合の原料ガス導入手段の詳細を示す概略縦断面図、第
５図は原料ガス導入手段の表面温度の変化を示すグラフ
、第６図はバイアス電圧と堆積膜中の球状突起の数の関
係を示すグラフ、第７図はガス放出孔の直径と膜厚むら
の関係を示すグラフ、第８図はガス放出孔の密度と膜厚
むらの関係を示すグラフ、第９図は従来の単管構造の原
料ガス導入手段の詳細を示す概略縦断面図、第１０図は
従来の堆積膜形成装置の概略縦断面図、第１１図は第１
０図のＢＢ′における概略横断面図である。 １・・・反応容器、２・・・誘電体窓、３・・・導波管
、４・・・排気管、５・・・円筒状基体、６・・・放電
空間、７・・・発熱体、８・・・回転軸、９・・・モー
ター　１０・・・減速ギア、１１・・・原料ガス導入手
段、１２・・・バイアス電源、１３・・・ケーブル、１
４・・・導入端子、１５・・・ガス導入口、１６・・・
ガス管、２１，３１．４１・・・口金、２２．３２・・
・外管、２３．３４・・・内管、３３・・・中管、２４
，２５，３５，３６，３７．４２・・・ガス放出孔、５
１・・・原料ガス導入管、５２・・・バイアス電極。 特許出願人　　キャノン株式会社

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．減圧にし得る反応容器と、 堆積膜が形成される基体を前記反応容器内に配置する手
   段と、 前記反応容器内にガス状の原料物質を導入するためのガ
   ス導入手段と、 前記反応容器内にマイクロ波エネルギーを導入する手段
   と、 を有する堆積膜形成装置であって、 前記基体に取り囲まれた空間の内部に前記ガス導入手段
   を配し、 前記ガス導入手段は多重管構造であり、前記原料物質の
   供給源に接続され、前記多重管を構成する各管にはそれ
   ぞれガス放出孔が当該管の内側と外側を連通するように
   設けられ、 前記ガス導入手段と前記基体との間にバイアス電圧を印
   加する手段を有することを特徴とする堆積膜形成装置。
2. ２．請求項１記載の堆積膜形成装置において、多重管を
   構成する各管のそれぞれに設けられるガス放出孔の数が
   、前記多重管の内側から外側に向かうにつれて増加する
   ことを特徴とする堆積膜形成装置。
3. ３．前記基体は円筒状であり、該基体の回転手段を有す
   る請求項１記載の堆積膜形成装置。
4. ４．前記基体を前記ガス導入手段と前記基体の各々との
   距離が等しい位置に配した請求項１記載の堆積膜形成装
   置。
5. ５．前記ガス導入手段を前記放電空間の中央部に配した
   請求項１記載の堆積膜形成装置。
6. ６．前記基体は複数である請求項１記載の堆積膜形成装
   置。