JPS6242026B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、プラズマCVD技術を用いてドラム
等の円筒状基体の表面にアモルフアス・シリコン
等の膜を蒸着して、例えば、電子写真用感光体ド
ラムを連続的に生産することのできるプラズマ
CVD装置に関し、特にその原料ガスを適切に処
理してドラム表面にアモルフアス・シリコン膜を
均等に蒸着することができるプラズマCVD装置
に関するものである。

［従来技術］ この種の装置は、プラズマCVD装置の電極配
置方式から分類すれば、従来の容量結合型プラズ
マCVD装置と同様の構造を有するが、この構造
を主に電子写真用感光体ドラム作製用のプラズマ
CVD装置に適用すると、カソード電極とアノー
ド電極（ドラム）とが同心円板に配置されている
ため、ドラム収納個数が制約され、装置構造が複
雑になる。

そこで以上のような問題を考慮して、主として
アモルフアス・シリコン感光体材料を用いる電子
写真用感光体ドラムの量産装置を得るべく、上述
の従来例のごとき複雑な装置構造を大幅に簡素化
し、ドラムの収納個数を増やし、かつ電極配置方
法、及び形状を改善することにより、従来の装置
では困難であつた電子写真用ドラム等の量産、及
び高速成膜を有利に可能ならしめた装置が提案さ
れた。

第１図はこのようなプラズマCVD装置を示
し、図中１５は表面にアモルフアス・シリコン膜
を形成するようにアルミニウム基板をドラム状に
形成した円筒状基体としてのドラムである。

１はドラムを加熱するための加熱室、２は加熱
室１に続けて設けられ、ドラム１５の表面にプラ
ズマCVD法によりアモルフアス・シリコン膜を
形成するため反応室、および３は反応室２に続け
て設けられ、膜形成後のドラムを冷却するための
冷却室である。これらの室１，２および３は気密
構造を有している。６は複数のドラム１５を軸中
心に回転させると共に、これらの中心軸が互いに
同一平面上になるように、かつ各軸が平行になる
ように直立して保持し、さらにドラム回転搬送機
構を備えた保持枠である。

４は加熱室１内に各室１，２および３の連続方
向に沿うように配置された一対のヒーターであ
る。この一対のヒーター４は、互いに平行になる
ように直立して配置され、かつその間に配列方向
がヒーター４に平行になるように配置されたドラ
ム１５を加熱する。５は各室の一側壁に設けら
れ、各室を真空に保つためのフイルター及びバツ
フルを備えた排気系である。７はカソード電極と
しての一対の平板状電極であつて、互いに平行に
なるように直立して反応室２内に配置されてい
る。この一対の電極７は原料ガス供給のため二重
構造となし、その間に配列方向が電極７と平行に
なるように配置されたドラム１５に向つてガスを
噴出する多数の孔を内側全面にわたつて有し、さ
らにヒータにより加熱される。８は平板状電極７
の外側に接続された、同電極７の二重構造内に原
料ガスを供給するための原料ガス供給パイプ、９
は電極７にパイプ８を介して高周波パワーを供給
するための電源、１０は保持枠６に保持されたド
ラム１５をアノード電極とするためのアースであ
る。

１１は一対の冷却板であつて、互いに平行にな
るように直立して冷却室３内に配置されている。
一対の冷却板１１はその間にある膜形成の終つた
ドラム１５を冷却するために内部に水等の冷媒流
路を有する。１２は冷却板１１内に供給する水等
の冷媒、１３は各室１，２および３を隔離し、か
つドラム１５が保持枠６とともに移動するときに
開状態になるように制御されるゲート・バルブ、
１４は加熱室１及び冷却室３の排気系５に設けら
れた各室１および３を大気に戻すためのリーク・
バルブである。

保持枠６に固定されたドラム１５は、第１図中
左端のゲート・バルブ１３内を通つて、加熱室１
に入り、排気系５により真空にされた後の、加熱
室１内において回転しながらヒーター４により加
熱される。加熱されたドラム１５内は両室１およ
び２間のゲート・バルブ１３内を通つて排気系５
により真空に保たれた反応室２に保持枠６ととも
に入る。反応室２に入つたドラム１５はアース１
０に接続されて、高周波電源９に接続されたカソ
ード電極としての一対の電極７に対するアノード
電極を形成する。電極７と電場を形成し、ヒータ
ーにより加熱されたドラム１５の表面には、原料
ガス供給パイプ８から送られるシラン等の原料ガ
スがプラズマ中で分解することによつてアモルフ
アス・シリコン膜が形成される。膜形成の終つた
ドラム１５は反応室２と冷却室３との間のゲー
ト・バルブ１３内を通つて、排気系５により真空
に保たれた冷却室３に入り、冷却板１１を介して
冷媒１２と熱交換して冷却され、リーク・バルブ
１４により大気に戻された冷却室３から第１図中
右端のゲート・バルブ１３内を通つて冷却室３外
に出され蒸着工程を終了する。

しかしながら以上のような構成のプラズマ
CVD装置においては次のような欠点がある。す
なわち、第２図は反応室２の断面を示し、図中矢
印で示すように、原料ガス、は平板状電極７の内
側に全面にわたつて形成されたガス噴出用の孔７
Ａからドラム１５に向つて噴出する。図中右側の
平板状電極７から噴出した原料ガスは、ドラム１
５の主として右側の半周部分に接触し、そして、
左側の平板状電極７の周辺を通つて排気系５に排
気され、一方、図中左側の平板状７電極から噴出
した原料ガスはドラム１５の主として左側の半周
部分に接触して左側の平板状電極７の周辺を通つ
て排気系５に排気される。

このように反応室２内に供給された原料ガスの
流れは反応室２内においてきわめて不均等であ
り、特に第２図に示すようにドラム１５の左側に
おける軸方向の中間部分近傍の原料ガスおよび左
側の平板状電極７の内側の上下両端部分から噴出
した原料ガスなどは、反応室２内においてよどみ
やすい。その結果、ドラム１５の周囲において、
原料ガスの密度は不均一になりやすく、そのた
め、ドラム１５の表面に得られたアモルフアス・
シリコンの膜厚および膜質は不均一になりやす
い。

一方平板状カソード電極７は電極とガス噴出手
段とを兼ねており、したがつてその構造が複雑で
あり、ガス噴出孔において異常放電する恐れがあ
る。

［目的］ 本発明の目的は以上のような問題を解消し、適
切な原料ガスの流れを形成して、表面に膜厚およ
び膜質の均一なアモルフアス・シリコン等の膜を
有するドラム等の円筒状基体が得られるプラズマ
CVD装置を提供することにある。

［実施例］ 第３図は本発明の一実施例にかかるプラズマ
CVD装置の平面図、第４図は同装置の要部を示
す斜視図、第５図は同装置の要部の断面図であ
る。本発明にかかかるプラズマCVD装置におい
ては、反応室内の電極および原料ガス供給排気の
ための構造を除いて第１図に示したプラズマ
CVD装置と同様な構成であるので、以下、反応
室について主に説明する。

すなわち第３図および第４図に示すように、本
発明にかかるプラズマCVD装置における反応室
２１内には、一対の平板状電極２２が、従来の平
板状電極７と同様の位置に、互いに平行になるよ
うに直立して配置されている。この一対の平板状
電極２２は、その内側にガス噴出用の孔を有さ
ず、平坦になつており、接続手段２２Ａを介して
高周波電源９に接続し、カソード電極とする。平
板状電極２２の上端には、これに近接して、かつ
これと平行に、すなわちドラム１５の配列方向と
平行に原料ガス供給管２３が設けられ、同電極２
２の下端には、これに近接して、かつこれと平行
に、排気管２６が設けられている。原料ガス供給
管２３および排気管２６の長さは、平板状電極２
２の長さとほぼ同一である。

原料ガス供給管２３には、その長さ方向に沿つ
て複数のガス噴出用の孔２４が形成されている。
排気管２６にはその長さ方向に沿つて複数のガス
吸込用の孔２７が形成されている。２３Ｂは原料
ガス供給管２３に連通したガス供給管であつた、
図示しない原料ガス供給源に接続されている。２
６Ｂは、排気管２６に連通した管であつて、図示
しない排気装置に接続されている。

以上のような構成による本発明プラズマCVD
装置の作用を次に説明する。第４図および第５図
に矢印で示すように、原料ガス供給管２３の孔２
４から反応室２１内に噴出した原料ガスは、一対
の平板状電極２２の間の空間をドラム１５の軸心
方向に沿つて電極２２の上端から下向きに流れ、
電極２２の下端の排気管２６の孔２７に吸い込ま
れて反応室２１外に排気される。このように原料
ガスは、反応室２内を上から下に向かつてほぼ垂
直によどみなく流れる。したがつてドラム１５の
周囲に原料ガスのスムーズな流れが形成される。

その結果、ドラム１５の表面に膜厚および膜質
が均一なアモルフアス・シリコン膜が形成され
る。

なお、その原料ガスの放出用の孔２４と同ガス
の吸い込み用の孔２７の位置、間隔および個数を
適当に設定することによつて、ドラム１５の配列
方向におけるガス密度を適切に制御することがで
き、したがつて同配列方向における原料ガスの分
解効率を効率的に制御することができる。加熱室
１および冷却室３におけるドラム１５の処理は従
来と同様である。

また上記実施例では、一対の電極２２は共に高
周波電源９に接続してカソード電極としたが、こ
れらの一方をカソード電極とし、他方も高周波電
源９に接続せずにアースして、アノード電極とし
てもよい（ドラム１５はアースする）。

上述の本発明において以下の様に装置の各寸法
を設定して成膜を行ない、得られた膜の膜特性を
従来技術に基づくそれと比較した。

すなわち、第３図および第４図に示すような構
造の反応室２１を持つプラズマCVD装置を準備
した（他の加熱室１および冷却室３は従来例と同
じ）。また、円筒状基体として、直径80mm、長さ
400mmのアルミニウム製のドラム１５を４本準備
し、それらの中心軸の間隔が100mmになるよう
に、保持枠６に４本のドラム１５を保持した。反
応室２１内には内側（ドラム側）が平坦な１対の
平板状電極２２を配置した。１対の平行配置の平
板状電極２２は、高さ500mm、幅500mmのサイズと
し、その間に配置したドラム１５の表面から電極
２２の内側面までの距離が50mmになるように配置
した。また、原料ガス供給管２３は直径（太さ）
10mmとし、その長さ方向に沿つて開口直径２mm、
中心間隔30mmで複数のガス噴出用の孔２４を形成
した。さらに排気管２６は、直径（太さ）50mmと
し、その長さ方向に沿つて開口直径30mm、中心間
隔60mmで複数のガス吸込用の孔２７を形成した。

そして、保持枠６に保持した４本のドラム１５
を、まず加熱室１内で加熱し、ついで減圧した反
応室２１内に導いた。反応室２１内には、原料ガ
スとして、SiH₄ガスとを混合したものを供給
し、ドラム１５を加熱しながら高周波電力を各平
板状電極２２に投入して、４本のドラム１５をそ
の中心軸のまわりに自転させながら、その表面に
アモルフアス・シリコン膜を形成した。なお反応
室２１内における処理条件は次の通りである。

真空度：0.5Torr SiH₄／H₂：１／1.036 ガス供給速度：SiH₄1120sccm H₂1160sccm ドラム加熱温度：280℃ 高周波電力の大きた：1.2kW 同高周波の周波数：13.56MHz ドラムの自転速度：１回転／分 処理時間：３時間20分 ついで、４本のドラム１５を冷却室３内に導いて
冷却した。

このようにして得られた４本の本発明ドラム１
５について、アモルフアス・シリコン膜の膜厚
と、導電率とを調べたところ、第７―ａ図に示す
ようなドラム軸方向膜厚分布と、第７―ｂ図に示
すようなドラム軸方向の暗導電率および明導電率
分布が得られた。第７図中、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは加
熱室１側から見た反応室２１内での４本のドラム
１５の配列順を示す（Ａが加熱室１に最も近
い）。

一方、比較例として、第１図および第２図に示
す構造のプラズマCVD装置を準備した。

サイズ、間隔が本発明における一対の平行平板
状電極と同じ平板状電極７の内側面（ドラム１５
側の壁面）には、ドラムの中心軸方向に間隔10
mm、同中心軸方向と直角方向に間隔50mmで、開口
直径１mmのガス噴出用の孔７Ａを多数開口した。

そして、以上のような比較プラズマCVD装置
によつて本発明実施例と同じ条件、すなわち真空
度、原料ガス種類および流量、ドラム表面温度、
高周波電力、ドラム自転速度および処理時間を適
用して、本発明実施例と同じ４本のドラム１５の
表面にアモルフアス・シリコン膜を形成した。

このようにして得られた４本の比較ドラム１５
について、アモルフアス・シリコン膜の膜厚と、
導電率とを調べたところ、第６―ａ図に示したよ
うなドラム軸方向膜厚分布と、第６―ｂ図に示す
ようなドラム軸方向の暗導電率および明導電率分
布が得られた。第６図中Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの意味は
第７図のそれと同じである。

したがつて、第６図から明らかなように、各比
較ドラム１５の中央部（軸方向位置200mm付近）
では、原料ガスのよどみの影響で膜堆積速度が他
の部分に比べて速く、アモルフアス・シリコンの
膜厚が厚くなり、軸方向に不均一な膜厚分布にな
つている。また、内側ドラム１５（Ｂ，Ｃ）は、
他のドラム１５（Ａ，Ｄ）に比べて全体に膜厚が
厚くなつている。一方、各ドラム１５とも、明／
暗導電率比と、各導電率とが不均一な分布になつ
ている。

これに対し、第７図から、本発明ドラム１５の
アモルフアス・シリコン膜の軸方向の膜厚分布の
均一性、および導電率分布の均一性が、比較ドラ
ムのそれに比べて格段に優れていることが明らか
である。

［効果］ 以上説明したように本発明によれば、膜厚およ
び膜質が均一であり、電気的特性に優れたアモル
フアス・シリコン膜等の金属膜を表面に有する円
筒状基体を効率的に得ることができる。また本発
明によれば、円筒状基体の配列方向におけるガス
密度分布を適切に制御することができる。さらに
本発明によれば平行平板電極が簡単な構造で済
む。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子写真感光体ドラム製造用の従来の
プラズマCVDの概略平面図、第２図は同装置に
おける反応室の縦断面図、第３図は電子写真感光
体ドラム製造用の本発明にかかるプラズマCVD
の一実施例を示す平面図、第４図は同装置の要部
を示す斜視図、第５図は同装置における反応室の
縦断面図、第６―ａ図および第６―ｂ図は従来の
プラズマCVD装置で形成したアモルフアス・シ
リコン膜のドラム軸方向の膜厚分布と導電率分布
を示す図、第７―ａ図および第７―ｂ図は本発明
のプラズマCVD装置で形成したアモルフアス・
シリコン膜のドラム軸方向の膜厚分布と導電率分
布を示す図である。 １５……ドラム、２１……反応室、２２……平
板状電極、２３……原料ガス供給管、２４……原
料ガス噴出用の孔、２５……原料ガス、２６……
排気管、２７……原料ガス吸い込み用の孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに平行になるように配置した一対の平行
   平板電極と、 各中心軸が前記電極と平行な同一平面上に位置
   し、かつ互いに平行になるように複数の円筒状基
   体を前記一対の平行平板電極の間に配置するため
   の基体保持手段と、 前記一対の平行平板電極の間に位置した複数の
   円筒状基体の配列方向に沿つて原料ガスの噴出部
   が位置するように前記一対の電極の一端近傍に配
   置した原料ガス供給手段と、 前記一対の平行平板電極の間に配置した複数の
   円筒状基体の配列方向に沿つて原料ガスの吸込部
   が位置するように前記一対の電極部の他端近傍に
   配置した原料ガス排気手段とを具えたことを特徴
   とするプラズマCVD装置。