JPS6242028B2 - - 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）とが同心円状に配置されている
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製の基板をドラム
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
形成するための反応室、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にはパイプ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１０
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７Ａ
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１５
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一であ
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、表面に膜圧およ
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装置の要部を示す斜視図、第４図は同装置
の要部の断面図である。本発明にかかるプラズマ
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た他の構成
は、第１図に示したプラズマCVD装置と同様な
構成であるので図示省略し、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、従来の平板状電極７と同様の構造に
なつている。すなわちこの一対の平板状電極２２
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２２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
２３を内側全面にわたつて有し、さらにヒーター
によつて加熱される。２４は平板状電極２２の外
側に接続された、同電極２２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であ
る。一方の平板状電極２２はパイプ２４を介して
高周波電源９に接続し、カソード電極とする。

反応室２１の天井壁２１Ａおよび底壁２１Ｂに
は、一対の平板状電極２２の間に位置した複数の
ドラム１５の配列方向にそうように、かつ同ドラ
ム１５の直上および直下に位置するように、各々
複数個のガス排気口２６を形成し、反応室２１の
天井壁２１Ａおよび底壁２１Ｂの外側にガス排気
孔２６に連通するようにガス排気管２５を接続す
る。

ガス供給パイプ２４は、図示しない原料ガス供
給源に接続され、ガス排気管２５は図示しない排
気装置に接続されている。

ドラム１５はアースされて、アノード電極とな
つている。

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、一方の電極２２の各々の内
側の孔２３から反応室２１内にドラム１５に向つ
て噴出した原料ガスは、反応室２１の天井壁２１
Ａおよび底壁２１Ｂのガス排気口２６内に吸い込
まれて反応室２１外に排気される。孔２３から噴
出した原料ガスは、反応室２１内のドラム１５の
上方および下方のガス排気口２６に吸込まれるの
で、ドラム１５の軸方向にそつて原料ガスのよど
みないスムーズな流れが形成される。

その結果、ドラム１５の周囲のガス密度が全体
にわたつて均一になり、ドラム１５の表面には膜
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、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、他方を高周波
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、その内側面（ドラム１５側の壁
面）に、ドラム１５の中心軸方向に間隔10mm、同
中心軸方向と直角方向に間隔50mmで、開口直径１
mmのガス噴出用の孔２３を多数開口した。また１
対の平板状電極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。さらに複数の排気口２６は、開口直
径30mm、中心間隔60mmとした。

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H₂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１
５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℃ 高周波電力の大きさ：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５―ａ図に示す
ようなドラム軸方向膜厚分布と、第５―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５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５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５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・シリコン等の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、反応室の内部構造を簡単にすることがで
き、さらに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装置の概略平面図、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装置の一実施例の要部を示す斜視図、第４
図は同装置における反応室の縦断面図、第５―ａ
図および第５―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、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である。 １５……ドラム、２１……反応室、２２……平
板状電極、２３………原料ガスの噴射用の孔、２
６……ガス排気口。

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、かつ内側に
   原料ガスの噴出部を形成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配置した複数の
   円筒状基体の両端近傍に原料ガスの吸込部が位置
   するよう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。