JPH062153A - 堆積膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 大面積の単結晶質又は非単結晶質であって良膜質の堆積
膜をマイクロ波プラズマＣＶＤ法により形成する方法。 【目的】 良質のアモルファスシリコン堆積膜、アモル
ファスシリコンカーバイト堆積膜等の機能性堆積膜の効
率的形成を可能にするマイクロ波プラズマＣＶＤ法によ
る改善された成膜方法の提供。 【構成】 複数の円筒形基体のそれぞれの直径が母線方
向の回転運動の中心によって２分される線分をａ，ｂ
（ａ≧ｂ）とした場合、ｂ／ａ＝０．９９〜０．８０の
範囲で該円筒形基体の表面が放電空間と非放電空間とを
交互に通過するように該円筒形基体を偏心させるととも
に回転運動を行いながら該円筒形基体の表面にマイクロ
波プラズマＣＶＤ法により堆積膜の形成を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒形基体上に堆
積膜、とりわけ機能性膜、特に半導体デバイス、電子写
真感光体デバイス、画像入力用ラインセンサー、撮像デ
バイス、光起電力デバイス等に用いる単結晶質又は非単
結晶質の堆積膜をマイクロ波プラズマ波により形成する
堆積膜形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイス、電子写真用感光
体デバイス、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等の非
単結晶堆積膜またはダイヤモンド薄膜のような結晶堆積
膜が提案され、その中の幾つかは実用に付されている。

【０００３】こうした堆積膜の形成方法として従来、熱
により原料ガスを分解する方法（熱ＣＶＤ法）、光によ
り原料ガスを分解する方法（光ＣＶＤ法）、プラズマに
より原料ガスを分解する方法（プラズマＣＶＤ法）等、
多数知られている。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
電等によって分解し、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基体上に薄膜
状の堆積膜を形成する方法は電子写真用アモルファスシ
リコン堆積膜の形成方法等、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、近
年、堆積膜形成方法としてマイクロ波グロー放電分解を
用いたプラズマＣＶＤ法すなわちマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法が工業的にも注目されている。

【０００４】マイクロ波プラズマＣＶＤ法は、他の方法
に比べ高いデポジション速度と高い原料ガス利用効率と
いう利点を有している。こうした利点を生かしたマイク
ロ波プラズマＣＶＤ技術の１つの例が、米国特許第４，
５０４，５１８号に記載されている。該特許に記載の技
術は、０．１Ｔｏｒｒ以下の低圧下でマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法により高速の堆積速度で良質の堆積膜を得る
というものである。

【０００５】マイクロ波プラズマＣＶＤ法により原料ガ
スの利用効率を改善する技術が特開昭６０−１８６８４
９号公報に記載されている。該公報には、概要、マイク
ロ波エネルギーの導入手段を取り囲むように基体を配置
して内部チャンバー（すなわち放電空間）を形成するよ
うにして、前記基体上への膜堆積を行う方法が記載され
ている。この方法によれば、原料ガス利用効率が高めら
れ、とりわけ基体として複数の円筒形基体を配設する場
合、それら基体をプラズマ生成中に回転運動せしめるこ
とで該円筒形基体のそれぞれの表面に全周に渡り膜堆積
が可能となる。

【０００６】成膜時、円筒形基体を回転させることに関
しては、特開平１−１２７６９号公報に記載されてい
る。該公報に記載の技術は、概要、円筒形基体上の一層
当たりの膜厚を１０００Å以下とするように回転数を制
御することにより、放電空間内のプラズマが安定化する
と同時に斜面膜が一層当たりに堆積される膜の厚さを少
なくすることができ、堆積膜の膜質の向上がはかれると
いうものである。

【０００７】また、上述した成膜方法については、円筒
形基体を回転せしめる際の精度に関して、堆積膜の均一
性、プラズマの安定性等の面から見て偏心、回転のブレ
をでき得る限り抑えることが検討されている。

【０００８】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。すなわち、当該公報は、放電空間中にプラズマ電位
制御として電極（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ながら膜堆積を行うようにして堆
積膜の特性を向上させる技術を開示している。

【０００９】これらの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の利用効
率で形成することが可能である。こうした従来の堆積膜
形成方法は、例えば、図２の縦断面図、図３の横断面図
で示されている電子写真感光ドラムの生産用の堆積膜形
成装置によって以下のように実施される。図２及び図３
において、２０１は反応容器であり、真空気密化構造を
成している。また、２０２はマイクロ波電力を反応容器
内に効率よく透過し、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
形成されたマイクロ波導入誘電体窓である。２０３はマ
イクロ波電力の伝送を行う導波管であり、マイクロ波電
源から反応容器近傍までの矩形の部分と、反応容器に挿
入された円筒形の部分から成っている。導波管２０３は
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）に接続され
ている。誘電体窓２０２は反応容器内の雰囲気を保持す
るために導波管２０３の円筒形の部分、内壁に気密封止
されている。２０４は一端が反応容器２０１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。２０６は基体２０５により囲まれた放電空間を
示す。電源２１１はバイアス電極２１２に直流電圧を印
加するための直流電源（バイアス電源）であり電極２１
２に電気的に接続されている。

【００１０】こうした堆積膜形成装置を使用する従来の
堆積膜形成方法による電子写真感光体の堆積膜形成は、
以下のようにして行われる。まず真空ポンプ（図示せ
ず）により排気管２０４を介して、反応容器２０１を排
気し、反応容器５０１内の圧力を１×１０^-7Ｔｏｒｒ以
下に調整する。ついでヒーター５０７により、基体５０
５の温度を２００℃以上、３００℃以下の温度に加熱保
持する。そこで不図示のガス導入手段を介して、シラン
ガス、水素ガス等の原料ガスが反応容器２０１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）により周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生さ
せ、導波管２０３を通じ、誘電体窓２０２を介して反応
容器２０１内に導入される。更に放電空間２０６中のバ
イアス電極２１２に電気的に接続されたバイアス電源２
１１により、バイアス電極２１２に基体２０５に対して
バイアス電圧を印加する。かくして基体２０５により囲
まれた放電空間２０６において、原料ガスはマイクロ波
のエネルギーにより励起されて解離し、更にバイアス電
極２１１と円筒形基体２０５の間の電界により定常的に
基体２０５上にイオン衝撃を受けながら、円筒形基体２
０５表面に堆積膜が形成される。この時、円筒形基体２
０５が設置された回転軸２０９をモーター２１０により
回転させ、円筒形基体２０５を基体母線方向中心軸の回
りに回転させることにより、円筒形基体２０５全周に渡
って均一に堆積膜が形成される。この時、円筒形基体２
０５の回転の中心は、図６に示すようにａ＝ｂとなるよ
うに基体ホルダー１１４を介して回転軸２０９にボル
ト、チャッキング等によりしっかりと固定され、回転に
よるぶれ、偏心等のないようになっている。

【００１１】このような従来の堆積膜形成方法により、
ある程度の堆積速度では実用的な特性の堆積膜を得るこ
とが可能になった。また反応容器内の清掃を厳格に行え
ばある程度欠陥の少ない堆積膜を得ることは可能であっ
た。しかし、これら従来の堆積膜形成方法では、特に堆
積速度の速い領域では、例えば電子写真感光体のように
大面積の比較的厚い堆積膜が要求される製品の製造につ
いては、均一膜質で光学的及び電気的諸特性の要求を満
足し、かつ電子写真プロセスにより画像形成時に画像欠
陥の少ない堆積膜を定常的に安定して高収率（高歩留ま
り）で得るのは難しいという解決すべき問題点が残存し
ている。

【００１２】

【発明の目的】本発明の目的は、上述のごとき従来の堆
積膜形成方法における諸問題を克服して、半導体デバイ
ス、電子写真用感光体デバイス、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等に
用いられる素子部材として特性の良い堆積膜を、マイク
ロ波プラズマＣＶＤ法により、安価に安定して歩留まり
良く高速形成し得る堆積膜形成方法を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法
によりアモルファスシリコン堆積膜、アモルファスシリ
コンカーバイト堆積膜等の機能性堆積膜を形成するにつ
いて、特性の優れ、かつ欠陥の少ない膜を形成し得る堆
積膜形成方法を提供することにある。

【００１３】

【発明の構成・効果】本発明の堆積膜形成方法は、減圧
にし得る反応容器内に原料ガス及びマイクロ波エネルギ
ーを導入して前記反応容器内の放電空間にプラズマを生
じさせ、該反応容器内に前記放電空間を取り囲むように
複数の円筒形基体を設置させ、該円筒形基体表面が放電
空間内と非放電空間とを交互に通過するように該円筒形
基体を回転運動させながら円筒形基体のそれぞれの表面
上に堆積膜の形成を行うマイクロ波プラズマＣＶＤ法に
よる堆積膜形成方法において、図５に示すように前記円
筒形基体の直径が回転運動の中心点によって２分される
線分をａ，ｂ（ａ≧ｂ）とした場合、ｂ／ａ＝０．９９
〜０．８０の範囲であるようにすることを特徴とするも
のである。

【００１４】本発明者らは従来の堆積膜形成方法におけ
る前述の諸問題を克服して、前述の本発明の目的を達成
すべく鋭意研究を重ねたところ、以下に述べるような知
見を得た。

【００１５】即ち、プラズマＣＶＤ法による堆積膜の成
長機構を考えるとき、一般にプラズマ中での原料ガスの
分解過程、分解種の基体までの輸送過程、基体上での成
長過程の３つの過程に分けて考えることができる。この
中でも第３番目の基体上での成長過程は堆積膜の特性を
決定する上でも重要な過程である。

【００１６】この基体上での成長過程を水素を含むアモ
ルファスシリコン膜を例にしてもう少し詳細に説明する
と以下のようになる。即ち、プラズマ中で分解して輸送
されてきた分解種は基体上に付着してアモルファスシリ
コン膜のネットワークを形成するが、まだ３次元的にネ
ットワークが完成されていないアモルファスシリコンの
成長表面では水素原子の脱離、ダングリングボンドへの
水素原子や珪素原子の結合、エネルギー的に高い結合を
持つ原子の再配置などにより、構造欠陥の少なく、エネ
ルギー的に安定の方向への化学的反応（緩和過程）が起
こる。その結果、堆積膜としてはダングリングボンドの
減少、ギャップ準位密度の低下、Ｓｉ−Ｈ₂結合が減少
してＳｉ−Ｈ結合が主となる等の現象が観察される。こ
れらの反応は基体の熱エネルギーにより促進される。一
般にプラズマＣＶＤ法で形成されるアモルファスシリコ
ンでは、基体温度が２００℃から３００℃の間の時に良
好な膜が得られ、これよりも低い基体温度では水素の含
有量が多く、ダングリングボンド密度の高い、特性の低
い堆積膜しか得られない。

【００１７】一方、アモルファスシリコン感光ドラムを
始めとするプラズマＣＶＤ法により作成する製品のコス
トを低下させるためには、原料ガスの利用効率、及び堆
積速度を上げることは重要なことである。これらのこと
を達成するためにマイクロ波によるプラズマＣＶＤ法は
有効な手段である。ところがこのようなマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法により基体上に高速で堆積膜が形成された
場合、成長表面でネットワークが急速に組まれて行くた
め前述の水素原子の脱離や珪素原子の再配置等の緩和過
程が間に合わずに特性の悪い堆積膜しか得られない現象
が発生する。

【００１８】特に図３及び図４で示した堆積膜形成装置
のように、原料ガス利用効率を上げるために放電空間を
取り囲むように基体を配置し、放電空間内と放電空間外
とを交互に通過するように基体を運動させながら基体全
面に堆積膜を形成する構造の堆積膜形成装置による堆積
膜形成方法では、基体上の堆積膜形成は断続的に行われ
るため、実質的な堆積速度（平均堆積速度）は基体が放
電空間正面に位置したときの堆積膜の堆積速度（堆積速
度の最大値）の１／３から１／４となってしまう。言い
替えるならば、放電空間の正面に位置した時に、基体表
面上では経済的に見合う堆積速度の３倍から４倍の堆積
速度で良好な特性の堆積膜の形成が行われる必要があ
る。さらに、時間と共に、基体表面は放電空間に対して
様々な角度で接するため、基体表面に降り注ぐ活性種の
密度も変化する。このため基体表面に形成された堆積膜
構成元素によるネットワークの十分な緩和過程の促進が
他の構成の装置に比べさらに重要なものとなってくる。

【００１９】こうした問題点を解決する１つの方法とし
て、放電空間中に設けられた電極（バイアス電極）また
は基体の一部にプラズマ電位を制御する目的でバイアス
電圧を掛けることが従来提案されている。これはこのよ
うなマイクロ波プラズマＣＶＤ法では電界により放電空
間中のイオンを加速して基体に衝突させ局部的に堆積膜
をアニールすることにより、ネットワークの緩和過程を
促進するというものである。

【００２０】こうした方法は高速堆積における堆積膜の
膜質向上に非常に有効であるが、更に堆積膜を高速で堆
積するためにバイアス電圧を上げていった時に以下のよ
うな問題が発生する。 （１）画像欠陥の原因となる堆積膜の欠陥があるバイア
ス電圧を境に急激に増加する。 （２）放電空間中のバイアス電極又は基体からスパーク
等の異常放電が多発する。 （３）堆積膜の再現性が悪くなる。

【００２１】これらの現象は、具体的には以下の内容の
ものである。 （１）画像欠陥の中でも特に「白ポチ」と呼ばれるベタ
黒画像形成時に起こる白ヌケ斑点の原因のほとんどが球
状突起と呼ばれる膜の異常成長であり、その発生数を減
らすことが重要である。その球状突起部の断面を顕微鏡
で観察すると、数ミクロンから数十ミクロンの大きさの
異物を核として堆積膜の途中から球状突起が成長してい
ることが観察される。そして、堆積膜の電気的特性を向
上させるためにバイアス電極または基体の一部に印加す
るバイアス電圧を上げていくとこの球状突起の数が急激
に増加する。この現象の原因としては、電界によりイオ
ンが加速され基体に衝突するだけではなく反応容器壁や
基体から剥れた微小の堆積膜の破片がプラズマによりチ
ャージアップし、イオンの場合と同様電界により加速さ
れ基体に付着することが挙げられる。

【００２２】また、連続して大量に画像形成を行った場
合に、初期画像より「白ポチ」が増加する現象がみられ
ることがあり、このような長期間の使用による「白ポ
チ」の増加も低減することが求められている。この原因
の一つとして、連続して画像形成を行うことによって転
写紙の紙粉の一部が分離帯電器の帯電ワイヤーに堆積し
て異常放電を誘発し、光受容部材の一部が絶縁破壊する
ことによって発生する、いわゆる「リークポチ」が挙げ
られる。さらに、光受容部材の表面に異常成長が存在す
ることにより、連続して画像形成を繰り返すうちにクリ
ーニングブレードを傷つけ、クリーニング不良を起こし
て画像品質を低下させることになるとともに、分離帯電
器への残留トナーの飛散により分離帯電器の帯電ワイヤ
ーにトナーが堆積して異常放電を誘発しやすくなって、
これも「リークポチ」発生の原因となる。さらに、光受
容部材が転写紙やクリーニングブレードと摺擦すること
によって、比較的大きな異常成長部が欠落することも
「白ポチ」が増加する原因となる。従って、画像形成装
置の耐久性という点からも、電子写真用光受容部材にお
いては電気的特性や光導電特性を高い状態で維持しつ
つ、画像欠陥の原因となる異常成長の発生を防止し、あ
らゆる環境下で大幅に耐久性能を延ばすことが求められ
ている。

【００２３】（２）放電空間に掛かる電圧が大きくなる
と放電空間中に局部的にブレークダウンが生じる。この
ためバイアス電極又は基体に印加した全電力が瞬間的に
一箇所に集中するため基体や基体上の堆積膜の破壊が発
生する。 （３）異常放電が多発するため基体に対するイオンの衝
突が有効に行われず堆積膜の特性の再現性を低下させ
る。

【００２４】バイアス電源とバイアス電極又は基体の間
に、電圧又は電流の変化を検知し異常放電が起こる前に
事前に電圧を一時的に遮断する手段を設けることにより
（２）の現象はある程度防ぐことが可能ではあるもの
の、従来技術では、他の現象は完全には防ぐことは困難
である。これらの現象は、いずれもバイアス電圧を低下
することができれば低減又はなくすことが可能である
が、堆積膜の特性向上と関係が深いため、特性もよく欠
陥も少ない堆積膜を得るための最適条件を維持すること
は従来技術では極めて難しい。

【００２５】そこで本発明者らは、前記円筒形基体の回
転方法を工夫することにより、より低いバイアス電圧で
も有効に堆積膜の膜質向上が可能にならないかという点
に着目して鋭意検討を行った。その結果、従来技術につ
いての前述の問題点を解決できる知見を得、該知見に基
づいて本発明を完成するに至った。即ち、本発明者ら
は、円筒形基体表面に堆積膜を形成中に前記円筒形基体
をある範囲内でわざと偏心させて回転させることにより
低いバイアス電圧でも有効に堆積膜の特性を向上するこ
とができるという知見を得た。そのメカニズムの詳細な
る点については不明であるが、現在のところ以下のよう
に推測できる。

【００２６】即ち、本発明におけるように、放電空間を
複数の円筒形基体で取り囲み、該放電空間中にバイアス
電圧を印加してプラズマ中のイオンを加速させて前記円
筒形基体のそれぞれに衝突させ局部的に堆積膜をアニー
ルさせ膜質の向上を計るように装置構成し、前記円筒形
基体のそれぞれをある範囲でわざと偏心させながら回転
せしめながら成膜する場合、プラズマの状態が定常的に
変動する。そして、この場合プラズマ中の活性種の反応
が活発になり、上記プラズマ中のイオンがより加速され
ると考えられる。そして、得られる堆積膜は、従来の成
膜方法により得られる堆積膜に比べ、構造的にはより緻
密なものとなり、良好なる三次元ネットワークを持つａ
−Ｓｉ：Ｈ膜が得られる。

【００２７】本発明によれば、つぎのような作用効果が
達成される。即ち、低いバイアス電圧でも、画像欠陥の
少ない所望の電子写真感光体を満足のゆく堆積速度で得
ることができる；得られる堆積膜は、構造が緻密であっ
て、良好な耐摩耗性を有し、優れた耐久性を有するもの
となる；そして、得られる電子写真感光体は、複写機プ
ロセスにおける前述の「リークポチ」の原因となる分離
帯電器の帯電ワイヤーからの異常放電に対して非常に強
く絶縁破壊しにくい。更に、バイアス電圧を低くしても
所望の電子写真感光体を得ることができる。こうしたこ
とから、本発明によれば、バイアス電圧が高いことによ
って生起する上述の様々な問題点が解決される。

【００２８】以下、本発明による堆積膜形成方法を実施
するに適した装置の一例を図１及び図２を用いて説明す
る。図１及び図２において、基体１０５の回転方法以外
は図３及び図４に示した従来の装置と同様である。図１
及び図２では、円筒形基体１０５を偏心させて回転運動
を行うための回転機構１０８が設けられている。図１及
び図２に示した装置を用いて本発明の堆積膜形成方法を
実施して堆積膜を形成する手順の一例を以下に説明す
る。まず真空ポンプ（図示せず）により排気管１０４を
介して、反応容器１０１を排気し、反応容器１０１内の
圧力を１×１０^-7Ｔｏｒｒ以下に調整する。ついでヒー
ター１０７により、円筒形基体１０５の温度を膜堆積に
好適な温度に加熱保持する。そこで原料ガスを不図示の
ガス導入手段を介して、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、水素ガス等
の原料ガスを反応容器１０１内に導入する。それと同時
併行的にマイクロ波電源（図示せず）により、周波数
２．４５ＧＨｚで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。更に放電空間１０６中のバイアス電極１１２
に電気的に接続された直流電源１１１によりバイアス電
極１１２に円筒形基体１０５に対して直流電圧を印加す
る。かくして円筒形基体１０５により囲まれた放電空間
１０６において、原料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、更にバイアス電極１１２と円筒
形基体１０５の間の電界により定常的に円筒形基体１０
５上にイオン衝撃を受けながら、円筒形基体１０５表面
に堆積膜が形成される。放電中、円筒形基体１０５の回
転は、回転軸１０９をモーター１１０により回転させ、
円筒形基体１０５を基体母線方向の回りに回転させるこ
とにより、円筒形基体１０５全周に渡って堆積膜が形成
される。回転軸１０９には、円筒形基体１０５の回転の
中心が可変可能となる調整機能１０８が設けられてお
り、円筒形基体１０５を回転軸１０９に設置する時に任
意に調整する。

【００２９】本発明において、使用する円筒形基体のサ
イズについては特に制限はないが、一般には、直径２０
ｍｍ以上５００ｍｍ以下、長さ１０ｍｍ以上１０００ｍ
ｍ以下のサイズのものが使用される。複数の円筒形基体
により放電空間を取り囲む本発明の構成において、配設
する円筒形基体の間隔は、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下とす
るのが好ましい。円筒形基体の数は、放電空間を形成で
きる限り制限されるものではないが、３本以上好ましく
は４本以上が適当である。円筒形基体の回転速度は、特
に制限はないが、一般には、１回転／分以上１００回転
／分以下が好ましい。

【００３０】円筒形基体の材料としては、例えば、ステ
ンレス，Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｉｎ，Ｎｂ，Ｔｅ，
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。

【００３１】本発明においてマイクロ波の導入手段とし
ては、アンテナを用いる方法、誘電体の窓を用いる方法
等が挙げられる。

【００３２】誘電体窓を用いる場合、材質としてはアル
ミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化
ボロン（ＢＮ）、窒化珪素（ＳｉＮ）、炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）、酸化珪素（ＳｉＯ₂）、酸化ベリリウム（Ｂｅ
Ｏ）、テフロン、ポリスチレン等マイクロ波の損失の少
ない材料が通常使用される。本発明では、放電空間の圧
力がいずれの領域でも効果が現れたが、特に１００ｍＴ
ｏｒｒ以下、好ましくは５０ｍＴｏｒｒ以下で特に良好
な結果が再現良く得られた。

【００３３】本発明における基体の加熱方法は、真空仕
様である発熱体であればよく、より具体的にはシース状
ヒーターの巻き付けヒーター、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、液体、気体等を温
媒として熱交換手段による発熱体等が挙げられる。加熱
手段の表面材質は、ステンレス、ニッケル、アルミニウ
ム、銅等の金属類、セラミックス、耐熱性高分子樹脂等
を使用することができる。また、それ以外にも、反応容
器以外に加熱専用の容器を設け、加熱した後、反応容器
内に真空中で基体を搬送する等の方法も使用することが
できる。

【００３４】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、アモルファスシリコンを堆積す
る場合は２０℃以上５００℃以下、好ましくは５０℃以
上４５０℃以下が良好な効果を示すためには好ましい。

【００３５】本発明において使用する堆積膜の原料ガス
としては、例えばシラン（ＳｉＨ₄），ジシラン（Ｓｉ₂
Ｈ₆）等のアモルファスシリコン形成原料ガス、ゲルマ
ン（ＧｅＨ₄），メタン（ＣＨ₄）等の他の機能性堆積膜
形成原料ガスまた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（Ｈ₂），アルゴン（Ａｒ），ヘリ
ウム（Ｈｅ）等が挙げられる。

【００３６】また、堆積膜のバンドギャップ幅を変化さ
せる等の特性改善ガスとして、窒素（Ｎ₂），アンモニ
ア（ＮＨ₃）等の窒素原子を含む元素、酸素（Ｏ₂），酸
化窒素（ＮＯ），酸化二窒素（Ｎ₂Ｏ）等酸素原子を含
む元素、メタン（ＣＨ₄），エタン（Ｃ₂Ｈ₆），エチレ
ン（Ｃ₂Ｈ₄），アセチレン（Ｃ₂Ｈ₂），プロパン（Ｃ₃
Ｈ₈）等の炭化水素、四フッ化珪素（ＳｉＦ₄），六フッ
化二珪素（Ｓｉ₂Ｆ₆），四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ
₄）等の弗素化合物またはこれらの混合ガスが挙げられ
る。また、本発明においては、ドーピングを目的として
ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆），フッ化ほう素（ＢＦ₃），ホスフ
ィン（ＰＨ₃）等のドーパントガスを同時に放電空間に
導入しても同様に有効である。

【００３７】さらに本発明の方法は、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、またはプリンター用感光体のほか、太陽電
池、薄膜トランジスター、ラインセンサー等良好な電気
的特性の機能性堆積膜を要求される他のいずれのデバイ
スの作成にも応用が可能である。

【００３８】本発明は、放電空間を取り囲むように円筒
形基体を設け、少なくとも基体の一端側から導波管によ
りマイクロ波を導入し、放電空間にバイアス電圧を印加
し、プラズマ電位制御を行う構成の堆積膜形成方法にお
いて顕著な効果が奏される。

【００３９】以下、本発明の効果を実験例を用いて具体
的に説明する。

【００４０】実験例１ 図１及び図２に示した堆積膜形成装置を用い、ｂ／ａの
値を変え、本発明の堆積膜形成方法により得られた堆積
膜の特性向上の検討を行った。成膜は、表１に示した条
件により、基体上に１μｍの膜厚のアモルファスシリコ
ン堆積膜の形成を行った。本実験では図示の円筒形基体
に代え、円筒形の基体ホルダーを設置し、その表面に本
実験においての各々の測定に最適な材質の基体を固定し
た。基体ホルダーの回転数は１０回転／分とした。この
ようにして作成した堆積膜の測定結果を表２に示した。

【００４１】表中、Ｓｉ−Ｈ₂比とは、シリコンウエハ
ー基体上に堆積したアモルファスシリコン堆積膜の赤外
線吸収の測定を行い、２１００ｃｍ^-1の吸収と２０００
ｃｍ^-1の吸収から膜中のＳｉ−Ｈ₂結合の密度とＳｉ−
Ｈ結合の密度を計算して決定した。即ち、〔Ｓｉ−Ｈ₂
比〕＝〔Ｓｉ−Ｈ₂密度〕／〔Ｓｉ−Ｈ 密度〕である。

【００４２】表２におけるσ_p／σ_d比は、明部導電率と
暗部導電率の比率を表している。各導電率の測定は、表
面にクロムを１０００Å〜２０００Å蒸着したガラス
（コーニング社７０５９）基体上に本発明の方法により
堆積膜を形成後、堆積膜表面に光の透過率が３０％以上
になるように再びクロムの薄膜を形成した試料により行
った。この時、暗部導電率とは試料に光を当てずに電気
的測定を行ったものであり、明部導電率とは、光を当て
ながら測定したものである。光としては波長６３３ｎ
ｍ、出力７ｍＷのヘリウムネオンレーザー光を用いた。
表２より明らかなように、ｂ／ａの値が０．９９以下の
時に良好な効果が得られた。

【００４３】実験例２ 図１及び図２に示した堆積膜形成装置を用い、ｂ／ａの
値を変え、表１に示した条件で１時間の放電実験を行っ
た。本実験では、円筒状基体としては、外径１０８ｍ
ｍ、長さ３５８ｍｍ、厚さ５ｍｍのＡｌ製シリンダーを
用いた。このＡｌ製シリンダーを同じくＡｌ製のホルダ
ーにセットし回転軸に設置して１０回転／分で回転させ
た。この時の放電実験で発生したスパーク（異常放電）
の回数をカウントした。その結果を表３に示した。表３
より明らかなように、ｂ／ａの値が０．８０以下の時
にスパークが発生し始め、０．７５以下になると著しく
発生回数が多くなるという結果が得られた。

【００４４】実験例３ 図１及び図２に示した堆積膜形成装置を用い、ｂ／ａの
値を変え、表４に示した条件でアモルファスシリコン感
光ドラムの形成を行った。得られたアモルファスシリコ
ン感光ドラムについて、帯電能の周方向のムラを測定し
た。

【００４５】即ち、得られた複数の感光ドラムのそれぞ
れを複写装置（キヤノン社製複写機ＮＰ７５５０）に搭
載し、感光ドラムを回転させながら一定帯電量のもと、
感光ドラム中央部の表面電位を測定する。この時、感光
ドラムが一回転する時の表面電位の最大値（Ｖｄ_max）
と最少値（Ｖｄ_min）を求め、Ｖｄ_max−Ｖｄ_minの値を
比べた。得られた結果を表５に示した。表５の結果より
ｂ／ａの値が０．８０以下になると著しくＶｄ_max−Ｖ
ｄ_minの値が大きくなり、周方向での帯電能ムラが大き
くなるという結果が得られた。

【００４６】

【実施例】次に、本発明を実施例及び比較例により更に
具体的に説明する。

【００４７】実施例１、比較例１及び比較例２ 実施例１ 図１及び図２に示した堆積膜形成装置を用い、表６に示
した条件で、本発明の堆積膜形成方法によりアモルファ
スシリコン感光ドラムの作成を行った。円筒形基体とし
て、外径１０８ｍｍ、長さ３５８ｍｍ、厚さ５ｍｍのＡ
ｌ製シリンダーを用い、円筒形基体の回転速度は１０回
転／分とした。このようにして作成した複数のアモルフ
ァスシリコン感光ドラムの電子写真特性の評価を以下の
ようにして行った。

【００４８】作成した感光ドラムをキヤノン製複写機Ｎ
Ｐ−６１５０を実験用に改造した電子写真装置に設置
し、画像特性及び耐久後の画像特性について以下の評価
を行った。

【００４９】白ポチ・ハーフトーンむら ……作成した感光ドラムを、キヤノン社製複写機ＮＰ−
６１５０を実験用に改造した複写機にいれ、通常の電子
写真プロセスにより転写し紙面上に画像を形成し下記の
手順により画像の評価を行った。 白ポチ……キヤノン製全面黒チャート（部品番号：ＦＹ
９−９０７３）を原稿台に置きコピーしたときに得られ
たコピー画像の同一面積内にある直径０．２ｍｍ以下の
白ポチについて、その数を数えた。 ハーフトーンむら……キヤノン製中間調チャート（部品
番号：ＦＹ９−９０４２）を原稿台に置きコピーしたと
きに得られたコピー画像上で直径０．０５ｍｍの円形の
領域を１単位として１００点の画像濃度を測定し、その
画像濃度のばらつきを評価した。

【００５０】評価項目のそれぞれについて、 ◎は「特に良好」 ○は「良好」 △は「実用上問題無し」 ×は「実用上問題有り」

【００５１】耐久後の画像特性 ……作成した電子写真感光体をキヤノン製複写機ＮＰ−
７５５０を実験用に改造した電子写真装置に設置し３５
０万枚相当の加速耐久試験を行った。そして、画像特性
について以下の評価を行った。 画像流れ…白地に全面文字よりなるキヤノン製テストチ
ャート（部品番号：ＦＹ９−９０５８）を原稿台に置き
通常の露光量の２倍の露光量で照射しコピーをとる。得
られたコピー画像を観察し、画像上の細線が途切れずに
つながっているか評価した。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。

【００５２】◎…良好 ○…一部途切れあり △…途切れは多いが文字として認識でき、実用上問題な
い

【００５３】白ポチ増加率…キヤノン製全面黒チャート
（部品番号：ＦＹ９−９０７３）を原稿台に置きコピー
したときに得られたコピー画像の同一面積内にある直径
０．２ｍｍ以下の白ポチについて、その数を数え初期画
像と比較しその増加率を調べた。

【００５４】◎…初期画像と比べ増加は認められず、特
に良好 ○…初期画像と比べやや増加するが、良好 △…初期画像と比べ増加するが、実用上問題無し ×…初期画像と比べかなり増加し、実用上問題有り

【００５５】比較例１ 図１及び図２に示した堆積膜形成装置を用い、表７に示
した条件で前述の従来の堆積膜形成方法によりアモルフ
ァスシリコン感光ドラムの作成を行った。その作成した
アモルファスシリコン感光ドラムを実施例１と同様の評
価を行った。

【００５６】比較例２ 図１及び図２に示した堆積膜形成装置を用い、表８に示
した条件で前述の従来の堆積膜形成方法によりアモルフ
ァスシリコン感光ドラムの作成を行った。その作成した
アモルファスシリコン感光ドラムを実施例１と同様の評
価を行った。

【００５７】実施例１、比較例１及び比較例２で得られ
た結果を表９にまとめて示した。表９から明らかなよう
にいずれの評価項目においても、本発明の堆積膜形成方
法で作成した堆積膜は非常に良好な結果が得られた。

【００５８】実施例２ 図１及び図２に示した堆積膜形成装置を用い、本発明の
堆積膜形成方法により、表１０に示した条件で、実施例
１よりも高速の堆積速度にした以外は、実施例１と同様
にアモルファスシリコン感光ドラムの作成を行った。こ
のようにして作成したアモルファスシリコン感光ドラム
の評価を実施例１と同様の方法で行った。その結果、実
施例１と同様、本発明では感光ドラムの画像性について
非常に良好な結果が得られた。

【００５９】実施例３ 図１及び図２に示した堆積膜形成装置を用い本発明の堆
積膜形成方法により、表１１に示した条件でアモルファ
スシリコン及びアモルファスシリコンカーバイトによる
機能分離型感光ドラムの形成を実施例１と同様に行っ
た。このようにして作成した感光ドラムの評価を実施例
１と同様の方法で行った。その結果、実施例１及び実施
例２と同様、本発明では感光ドラムの画像性について非
常に良好な結果が得られた。

【００６０】実施例４ 図１及び図２に示した堆積膜形成装置を用い、円筒形基
体として外径８０ｍｍ、長さ３５８ｍｍ、厚さ５ｍｍの
Ａｌ製シリンダーを用いた以外は実施例１と同様の条件
でアモルファスシリコン感光の作成を行った。このよう
にして作成したアモルファスシリコンドラムの評価を実
施例１と同様の方法で行った。その結果、実施例１と同
様、本発明では感光ドラムの画像性について非常に良好
な結果が得られた。

【００６１】実施例５ 図１及び図２に示した堆積膜形成装置を用い円筒形基体
の回転速度を１，３０，６０，１００回転／分と変化さ
せ実施例１と同様の条件でアモルファスシリコン感光ド
ラムの作成を行った。その結果、どの回転速度に関して
も実施例１と同様、本発明では感光ドラムの画像性につ
いて非常に良好な結果が得られた。

【００６２】

【表１】

【００６３】

【表２】

【００６４】

【表３】

【００６５】

【表４】

【００６６】

【表５】

【００６７】

【表６】

【００６８】

【表７】

【００６９】

【表８】

【００７０】

【表９】

【００７１】

【表１０】

【００７２】

【表１１】

【００７３】

【発明の効果の概要】本発明のマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法による堆積膜形成方法に依れば、バイアス電圧の低
い条件において、堆積膜表面での不要な原子の脱離や、
不安定な結合を持つ原子の再配置が効率よく行われるた
め、良好な特性の堆積膜が、欠陥の増加等の副作用無く
して大面積に渡って高速の堆積速度で再現良く得られ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の堆積膜形成方法を実施するに適したマ
イクロ波プラズマＣＶＤ装置の略縦断面図である。

【図２】図１に示した装置の略断面図である。

【図３】従来のマイクロ波ＣＶＤ装置の略縦断面図であ
る。

【図４】図３に示した装置の略横断面図である。

【図５】本発明における円筒形基体とその回転の中心を
わかりやすく表すための略図である。

【図６】従来例における円筒形基体とその回転の中心を
わかりやすく表すための略図である。

【符号の説明】

１０１，２０１ 反応容器 １０２，２０２ 誘電体窓 １０３，２０３ 導波管 １０４，２０４ 排気管 １０５，２０５，３０５，４０５ 円筒形基体 １０６，２０６ 放電空間 １０７，２０７ ヒーター １０８ 回転中心調整機 １０９，２０９ 回転軸 １１０，２１０ モーター １１１，２１１ 直流電源 １１２，２１２ 電極 １１３，２１３，３１３，４１３ 回転中心 １１４，２１４ 基体ホルダー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高井 康好 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 減圧にし得る反応容器に原料ガス及びマ
   イクロ波エネルギーを導入して、前記反応容器内の放電
   空間にプラズマを生じさせ、該放電空間に電極を設け、
   該反応容器内に前記放電空間を取り囲むように複数の円
   筒形基体を設置させ、前記電極と円筒形基体との間に電
   界をかけ、プラズマ電位制御を行うマイクロ波プラズマ
   ＣＶＤ法による堆積膜形成方法であって、前記円筒形基
   体のそれぞれの直径が母線方向の回転運動の中心によっ
   て２分される線分をａ，ｂ（ａ≧ｂ）とした場合、ｂ／
   ａ＝０．９９〜０．８０の範囲で該円筒形基体の表面が
   放電空間と非放電空間とを交互に通過するように該円筒
   形基体を偏心させるとともに回転運動を行いながら該円
   筒形基体の表面に堆積膜の形成を行うことを特徴とする
   マイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆積膜形成方法。