JPH04247877A - 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】

【０００１】

【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
デバイス、画像入力用ラインセンサー、撮影デバイス、
光起電力デバイス等に用いるアモルファス堆積膜をマイ
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。

【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（例えば弗素、
塩素等）で補償されたアモルファスシリコン等のアモル
ファス堆積膜が提案され、そ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、ス
パッタリング法、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ＣＶ
Ｄ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ＣＶＤ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４，５
０４，５１８号に記載されている。該特許に記載の技術
は、０．１Ｔｏｒｒの低圧によりマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ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】更に、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ための技術が特開昭６０
−１８６８４９号公報に記載されている。該公報に記載
の技術は、概要、マイクロ波エネルギーの導入部を取り
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、原料ガス利用効率を非
常に高めるようにしたものである。

【０００６】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。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なうよう
にして堆積膜の特性を向上させる技術を開示している。

【０００７】こうしたマイクロ波プラズマＣＶＤ装置に
おいて、ガス導入部の改良が、特開昭６３−５７７７９
号公報、特開昭６３−２３０８８０号公報によってなさ
れている。該公報には、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、該原料ガス導入部の形
状をくし形、または三角柱に改良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
度を向上せしめることを可能にした技術が開示されてい
る。さらに、特開平２−５３０７３号公報には、放電空
間内にガス導入部を配置して原料ガスを導入し、更に該
ガス導入部にバイアス電圧を印加する事により、堆積膜
の電気的特性を向上せしめることを可能とした技術が開
示されている。

【０００８】これらの従来の技術により比較的厚い光導
電性材料を、ある程度高速の堆積速度と原料ガスの利用
効率で製造することが可能となった。この様にして改良
された従来の堆積膜形成装置の例が、図４、図５および
図６に示されている。図４はこの従来の装置の概略縦断
面図、図５は図４のＡ−Ａ’線における概略横断面図、
図６は原料ガス導入部（単管構造）の概略縦断面図であ
る。

【０００９】円筒状の反応容器１の側面には排気管４が
一体的に形成され、排気管４の他端は不図示の排気装置
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１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を駆動とする減速ギア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、ガス管１６に接続された原料ガス導入部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１５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部１１に接続
している。

【００１０】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１×１０−７Ｔｏｒｒ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。そこ
で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部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部１１に、例えば直流のバイア
ス電圧を印加する。さらに周波数５００ＭＨｚ以上の好
ましくは２．４５ＧＨｚ　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
時モーター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。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の堆積
膜形成方法より、ある程度の堆積速度では実用的な特性
と均一性を持つ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な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】さらに現在、電子写真装置はさらに高画質
、高速、高耐久性が望まれている。その結果、電子写真
感光体においては、光学的特性や電気的特性の更なる向
上とともに、高帯電能、高感度を維持しつつあらゆる環
境下で耐久性を延ばすことが求められている。

【００１３】また、近年、電子写真装置の画像特性向上
のために電子写真装置内の光学露光系、現像装置、転写
装置等の改良がなされた結果、電子写真感光体において
も、従来以上の画像特性の向上が求められるようになっ
た。特に画像の解像力が向上した結果、俗に「ポチ」と
呼ばれる、白点状または黒点状の画像欠陥の減少、特に
従来はあまり問題にされなかった微少な大きさの「ポチ
」の減少が求められるようになってきた。特に、「ポチ
」に関しては、そ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非常
に重要である。さらに電子写真感光体のように基体上に
高速度で堆積膜を形成する場合、堆積膜の電気的特性を
向上させるため放電空間内にバイアス電極を設けプラズ
マ電位を制御する目的でこの電極に電圧を印加すること
は重要なことであるが、このように放電空間内に電界を
かけると電圧に依存して球状突起の発生数が急激に増加
するのである。

【００１４】また形成された堆積膜の均一性を得るため
に、堆積膜形成中の内圧を低く維持したり、あるいは原
料ガス放出孔の穴径および穴位置等の調整を行う。堆積
膜形成中の内圧を低く維持することでプラズマ中の電子
、イオン、および活性種の平均自由行程が増加し特性の
均一性が得られる。また原料ガス放出孔の穴径および穴
位置等の調整を行うことで、原料ガスを放電空間内に均
一に分布するよう流出させ特性の均一性が得られる。 この時原料ガス放出孔の穴径を小さくして、穴位置、穴
数の調整を行う方がより均一性が得られる。しかし内圧
を低く維持したり、穴径を小さくすると球状突起の発生
数が増加してしまう。

【００１５】このように従来の方法では電気特性が良好
で、かつ大面積においても均一性がよくさらに球状突起
の少ない堆積膜を高速度で堆積することは困難なことで
あった。

【００１６】本発明の目的は、上述のようなマイクロ波
プラズマＣＶＤ法による従来の堆積膜形成装置に於ける
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、
光学素子の素子部材として用いる特性の良い堆積膜をマ
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。

【００１７】本発明の目的は特に比較的厚い膜厚を有す
るアモルファスシリコン堆積膜形成時に欠陥を減少させ
高品質の堆積膜を、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により
、高速形成し得る堆積膜形成装置を提供することにある
。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、減圧にし得る
反応容器、該容器内に放電空間を取り囲むように複数の
基体を配置するための手段、前記放電空間の中心位置に
基体と平行になるように設置された原料ガスを導入する
ためのガス導入部、およびマイクロ波エネルギーを導入
する手段を有し、プラズマを生じせしめて前記基体上に
堆積膜を形成するためのマイクロ波プラズマＣＶＤ堆積
膜形成装置において、前記ガス導入部は多重管を有し、
前記多重管の最内側の管は原料ガス供給源に接続され、
前記多重管を構成する各管にはそれぞれ複数個のガス放
出孔が設けられ、前記原料ガス導入部の最外側の管の放
電空間に面した表面が十点平均粗さで５μｍ以上２００
μｍ以下の凹凸を有し且つ、少なくとも最外側の管のガ
ス放出孔の表面はセラミック材料で形成され、前記原料
ガス導入部の少なくとも一部分と基体との間に電界をか
け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。

【００１９】原料ガス導入部を多重管構造とし、この多
重管を構成する各管にそれぞれガス放出孔を設け、かつ
原料ガス導入部の放電空間に面した表面を粗面とし、少
なくともその表面に設けられたガス放出孔の近傍はアル
ミナセラミックで形成され、さらに原料ガス導入部と基
体と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。多重管は二重管でも
、三重管以上の多重管においても同等の作用効果が得ら
れる。

【００２０】電子写真感光体において収率を左右する要
因の１つに球状突起と呼ばれる堆積膜の異常成長による
画像欠陥がある。この球状突起の発生原因としては、基
体に付着したチリ、ほこりといったダストがきっかけと
なって成長を始めることが確認されている。このため、
成膜前の基体は精密に洗浄され、クリーンルーム等のダ
スト管理された環境で反応炉にセットすることにより、
基体にダストが付着することを極力避けるようになって
いる。しかし、球状突起の原因となるダストは成膜開始
前に基体に付着したものだけではなく、成膜中の極めて
僅かな膜剥れから発生するものもある。堆積膜は基体の
みに堆積するのではなく、反応炉の構造物、たとえば真
空チャンバーの内壁や、原料ガス導入部にも堆積する。 特に図４、及び図５に示した装置においては、放電空間
を基体が取り囲む構成で、その放電空間の中心に原料ガ
ス導入部が設置してあるため、そこからの膜剥れが基体
上の堆積膜におよぼす影響は非常に大きい。とくに原料
ガス導入部は常に放電にさらされているため、放電にさ
らされている面積か約１／３の基体に比べ３倍以上の膜
厚を有する堆積膜がその表面に形成される。さらにマイ
クロ波プラズマおよびバイアス電流のため原料ガス導入
部の表面は非常に高温になっている。そのため、非常に
膜剥れを起こし易い状態となっている。

【００２１】このダストによる球状突起の発生数は、バ
イアス電圧を上げることにより増加する。マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置において堆積膜の電気的特性を向上さ
せるため放電空間内にバイアス電極を設けプラズマ電位
を制御する目的でこの電極に電圧を印加することは重要
なことであるが、このように放電空間内に電界をかける
と電圧に依存して球状突起の発生数が急激に増加するの
である。この理由は、プラズマ内にダストが存在する場
合、このダストは、フローティングポテンシャルに応じ
た電位に帯電するためアース電位の基体表面との間にク
ーロン力が働き、静電吸着する。このフローティングポ
テンシャルはプラズマ電位に比例して増加するため、バ
イアス電圧を上げるほどクーロン力が増し、基体表面へ
のダストの付着が増加していき、球状突起の発生数が増
加していくのである。

【００２２】堆積膜形成時の内圧を低く維持したり、ガ
ス放出孔の穴径を小さくしていった場合においても、球
状突起の発生数が増加するのである。また堆積速度を早
めるため原料ガス流量を増加させる場合においても、球
状突起の発生数が増加するのである。この理由は、いず
れの手法も原料ガスが原料ガス放出孔から放電空間に流
出するときの吐出圧力を増加させる結果となるためであ
る。吐出圧力が増加するとガス放出孔近傍に堆積した堆
積膜はその圧力の影響で膜剥れを起こしやすくなりダス
トの発生原因となる。さらに発生したダストは吐出圧力
により運動エネルギーをえて放電空間内に飛ばされる。 そのため吐出圧力が増加すれば飛ばされた膜の運動エネ
ルギーが増加するため、基体に到達する確立が増加する
ようになる。そのため球状突起の発生数が増加していく
のである。

【００２３】本発明によれば、原料ガスは原料ガス供給
源により供給されて、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、このガス放出孔の周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ない。そのためガス放
出孔の穴径を小さくした結果吐出圧力が増加しても基体
上に形成される堆積膜上の球状突起の発生数は増加する
ことはない。そのためガス放出孔の穴径を小さくできる
ため、内管によって原料ガスの分布をより均一にするこ
とが可能となる。原料ガスは、内管と外管の間を通って
、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、原料ガスは前述のように内管によって軸
方向に均一に分布しているため外管のガス放出孔で厳密
に調整する必要がなく、外管のガス放出孔の穴径を比較
的大きくすることができる。このため原料ガス導入部に
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てよいので、放
電空間に流出される時の吐出圧力を原料ガスの分布がよ
り均一な状態で低下させることができる。そのため原料
ガスの流量を増加したり、堆積膜形成時の反応容器内圧
を低く維持しても、球状突起の発生数の増加を抑えるこ
とが可能となる。ここで、多重管を構成する各管に設け
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、
さらに内管と外管の間の空間の圧力をより低くすること
ができるので好ましい。

【００２４】さらに本発明においては、原料ガス導入部
の放電空間に面した表面が十点平均粗さで５μｍ以上２
００μｍ以下の凹凸を有し且つ、少なくともその表面に
設けられたガス放出孔の表面を例えばアルミナセラミッ
クスで形成することにより、原料ガス導入部の表面に堆
積する堆積膜の、原料ガス導入部の表面との密着性が優
れたものとなる。そのため、成膜中に原料ガス導入部の
表面からの膜剥れによるダストを減少させることができ
る。

【００２５】前述のように原料ガス導入部の表面には膜
厚の厚い堆積膜が形成される。特に比較的堆積膜の厚い
電子写真感光体を作製する場合には、原料ガス導入部の
表面には１００μｍ以上の膜厚の堆積膜が形成される。 さらに外管は昇温させられるため外管の熱膨張は大きく
なる。このような状況下では表面の十点平均粗さが５μ
ｍ未満の場合、原料ガス導入部の表面に堆積する堆積膜
と、原料ガス導入部の表面との間で、充分な密着性が得
られなくなる。しかし一方で表面の十点平均粗さが２０
０μｍより大きくなるとかえって凸部において膜剥れを
生じてくる。

【００２６】さらにガス放出孔の近傍は構造上、表面の
形状が急激に変化する部分でありまた、前述のように原
料ガスの吹き出しによる吐出圧力の影響も受ける部分で
あるため膜剥れが生じ易い。アルミナセラミックは金属
に比べ熱膨張率が小さいため、ガス放出孔の近傍をアル
ミナセラミックで形成することにより熱膨張による膜剥
れの影響を低減することができる。

【００２７】また、アルミナセラミックスは、化学的に
安定であり、かつ、平衡蒸気圧も小さいため、形成され
た体積膜の膜質に何等悪影響を及ぼすことはない。本発
明においては、ガス放出孔近傍に配する材料はアルミナ
セラミックスのみに限定されるものではなく、前述のア
ルミナセラミックスと同様の特性を有する材料をも使用
し得る。アルミナセラミックス以外の材料の例としては
、例えば、ＭｇＡｌ２Ｏ４，ＡｌＮ，ＢＮ，Ｔｉ２Ｏ３
等が挙げられる。

【００２８】さらに本発明においては、原料ガス導入部
と基体との間にバイアス電圧を印加することができる。 バイアス電圧を調整することにより、基体上の堆積膜へ
のイオンの衝撃を制御でき、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
、原料ガス導入部の外壁への膜の堆積が抑制される。 このように本発明の堆積膜形成装置により優れた膜質を
維持しつつダストの発生を減少せしめ堆積膜上に発生す
る球状突起による画像欠陥を減少させることが可能とな
った。

【００２９】またさらにバイアス電圧を上げると共に原
料ガス流量を増加させ、現状の画像欠陥のレベルおよび
電気特性を維持しつつ、堆積速度を大幅に向上させるこ
とが可能となった。さらにガス放出孔の穴径の選択性が
増し、さらに堆積膜形成時の内圧を低く維持できるため
堆積膜の膜厚および諸特性をより均一に形成することが
可能となった。

【００３０】またさらに堆積膜形成時の内圧を低くし、
現状の画像欠陥のレベルを維持しつつ、感度等の電子写
真特性を向上させることが可能となった。この理由は、
内圧を低くすることで活性種の平均自由行程が増加し、
そのため基体上に堆積する際の活性種の持つエネルギー
が増加する。このため基体上でのサーフェイスモビリテ
ィーが増加し原子の再配列がより進行し、形成された堆
積膜の内部歪が緩和されたためと考えられる。

【００３１】原料ガス導入部の形状としては特に制限は
ないが、鋭いエッジ部があると外側に付着した堆積膜の
膜剥れが発生するため、円筒状かまたはそれに近似した
エッジのないものが適している。原料ガス導入部が二重
管の場合、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。また原料ガス導入部の長さについては特に制限
はないが、堆積膜の膜厚むらから円筒状基体の９０％以
上１１０％以下の長さとするのが好ましい。

【００３２】原料ガス導入部の材質としては、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、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ガラス、セラミックス等が本
発明では通常使用される。

【００３３】原料ガス導入部の表面を粗面にする手段と
しては特に制限はないが、実用的には、金属を溶射する
かあるいは、投射材を高圧で吹き付けるブラスト加工手
段が好ましい。

【００３４】ガス放出孔の近傍をセラミック材料で形成
する手段としては、特に制限はないが、高融点金属法、
蒸着法及び溶射手段を使ったコーティング法が好ましい
。

【００３５】原料ガス導入部の位置は、原料ガス導入部
の中心が、放電空間の中心から円筒状基体までの最短距
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
が望ましい。

【００３６】また、原料ガス導入部の形状が円筒状の場
合、その最外周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。

【００３７】原料ガス導入部の外管のガス放出孔の直径
は０．４〜２．５ｍｍ程度が好ましく、０．６〜１．５
ｍｍ程度がより好ましい。

【００３８】原料ガス導入部の外管のガス放出孔の個数
は、外管の単位表面積当りの個数で表わすと、０．０９
〜０．３１個／ｃｍ２　程度が好ましく、０．１４〜０
．２７個／ｃｍ２　程度がより好ましい。

【００３９】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、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、紙等が通常使用される。

【００４０】基体の形状が円筒状の場合、基体の直径は
特に制限はないが、実用的には２０ｍｍ以上、５００ｍ
ｍ以下程度であり、長さは１０ｍｍ以上、１０００ｍｍ
以下程度が好ましい。

【００４１】また、円筒状の基体の場合、基体相互の間
隔は１ｍｍ以上、５０ｍｍ以下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良いが３本以上が好ましく、４本
以上がより好ましい。

【００４２】

【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。

【００４３】図４及び５に示すように円筒形状であり真
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は図示しないマイクロ波電源から反応容
器１の近傍までの矩形断面の部分と、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（
図示されず）、アイソレーター（図示されず）とともに
マイクロ波電源（図示されず）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（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（ＳｉＣ）、酸化珪素（Ｓｉ
Ｏ２）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、ポリテトラルフル
オロエチレン、ポリスチレン等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１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、かつその内部に同軸状に円筒状の発熱体７
が配置されており、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に接続されている。従ってモーター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。

【００４４】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、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で発生する。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部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１５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部１１に接続している。この結果
、各円筒状基体５と原料ガス導入部１１の間にバイアス
電圧を印加できるようになっている。

【００４５】次に、原料ガス導入部１１について説明す
る。原料ガス導入部１１は、表面が粗面であり、その表
面に設けられたガス放出孔の近傍はアルミナセラミック
で形成されており、両端が閉じた多重管構造である。そ
の最内側の管は、ガス管１６に接続されている。多重管
を構成する各管には、それぞれ複数個のガス放出孔が設
けられ、原料ガスが当該管の内側から外側へ流れ出され
るようになっている。この場合、内側の管と外側を比べ
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。

【００４６】二重管構造の場合の原料ガス導入部１１の
例が図１に示されている。この場合、内管２３と外管２
２による二重管構造であり、口金２１によってガス管１
６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。外管２２の外側表面は粗面にな
っており、その表面に設けられたガス放出孔２４の表面
及びその近傍は例えばアルミナ等のセラミック材料２６
で形成されている。図２に、ガス放出孔のまわりを拡大
して示した。口金２１から流入した原料ガスは、内管２
３、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。

【００４７】同様に、三重管構造の場合の原料ガス導入
部１１の例が図３に示されている。この場合、内管３４
、中管３３、外管３２による三重管構造であり、口金３
１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にはそれぞれ複数のガス
放出孔３７，３６，３５が設けられ、その数は外側の管
ほど多くなるようになっている。上記二重管の場合と同
様に外管３２の表面は粗面になっており、その表面に設
けられたガス放出孔３５の近傍はアルミナセラミックで
形成されている。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。

【００４８】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、気体等を温媒とし熱交換手段によ
る発熱体等を適宜選択して用いればよい。発熱体７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、発熱体７を設ける代わりに、反
応容器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内へ円筒状基体５を真空
中で搬送する等の方法を用いてもよい。更にこれらの手
段と併用して又は単独で、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。

【００４９】次に、原料ガスについて説明する。堆積膜
の原料ガスとしては、特に制限はなく例えばシラン（Ｓ
ｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等のアモルファスシ
リコン形成用原料ガス、ゲルマン（ＧｅＨ４）、メタン
（ＣＨ４）等の他の機能性堆積膜形成原料ガス又はそれ
らの混合ガスが挙げられる。

【００５０】原料ガスに対する希釈ガスとしても特に制
限はなく、例えば水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘ
リウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）等が挙げられる。

【００５１】又、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は、アンモニア（ＮＨ３）、
窒素（Ｎ２）等の窒素原子を含むもの、酸素（Ｏ２）、
酸化窒素（ＮＯ）、酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）等の酸素原子
を含むもの、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、
エチレン（Ｃ２Ｈ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、プロ
パン（Ｃ３Ｈ８）等の炭化水素、四弗化珪素（ＳｉＦ４
）、六弗化二珪素（Ｓｉ２Ｆ６）、四弗化ゲルマニウム
（ＧｅＦ４）等の弗素化合物又はこれらの混合ガスも用
いることができる。

【００５２】さらに不純物の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
導入しても本発明は同様に有効である。

【００５３】放電空間の圧力については特に制限はない
が、１００ｍＴｏｒｒ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。

【００５４】次に、本実施例の動作について説明する。

【００５５】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内を排気し、圧力が１×１０−７
Ｔｏｒｒ以下になるよう調整する。次に、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。そこで例
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部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部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５００ＭＨＺ以上の好ましくは２．４５ＧＨ
Ｚ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。以上により、円筒状基体５に囲まれ
た放電空間６においてグロー放電が開始し、原料ガスが
励起されて解離し、さらに原料ガス導入部１１と円筒状
基体５の間の電界により円筒状基体５は定常的にイオン
衝撃を受け、円筒状基体５の表面に堆積膜が形成される
。この時モーター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。

【００５６】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。

【００５７】実施例１、比較例１及び２図４に示す堆積
膜形成装置において、原料ガス導入部に次のものを用い
た。 実施例１　　図１に示す本発明の二重管比較例１　　ガ
ス放出孔近傍をアルミナセラミックとしなかった以外は
実施例１と同様の二重管 比較例２　　図６に示す単管構造、かつガス放出孔近傍
がアルミナセラミックでないもの（従来例）各々につい
て、表面粗さ（十点平均粗さ、以後ＲＺと称す。）を変
化させて表１に示す条件で堆積膜形成を行なった。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。その結果を表２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１０箇所の単位面
積（１ｃｍ×１ｃｍ）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。結果を表２
に示す。表２において、 ◎は、球状突起数が、１０未満 ○は、球状突起数が、１０以上２０未満△は、球状突起
数が、２０以上３０未満×は、球状突起数が、３０以上
を示す。

【００５８】表２から、原料ガス導入部を二重管構造と
し、その表面の十点平均粗さが５μｍ以上２００μｍ以
下で且つ、表面に設けられたガス放出孔の近傍をアルミ
ナセラミックで形成することにより、堆積膜上の球状突
起の数が大幅に減少することがわかる。

【００５９】

【表１】

【００６０】

【表２】 実施例２ 図４に示す堆積膜形成装置において、原料ガス導入部に
図１に示す本発明の二重管を用い、感光層を表３に示す
条件１から条件３の成膜条件でそれぞれ作製し、アルミ
製の円筒状基体の上にアモルファスシリコン電子写真感
光体を形成した。この時、二重管の表面粗さ（ＲＺ）は
７μｍとした。

【００６１】作製した電子写真感光体をキャノン（株）
製複写機ＮＰ−８５５０を実験用に改造した電子写真装
置に設置し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電子写真感光体の電子写真特性を評
価した。各項目は、以下の方法で評価した。

【００６２】帯電能・帯電能むら 電子写真感光体を実験装置に設置し、帯電器に＋６ｋＶ
の高電圧を印加してコロナ帯電を行ない、表面電位計に
より電子写真感光体の暗部表面電位を測定する。感光体
の一方の端部から他方の端部にかけて３ｃｍおきに暗部
表面電位を測定しその平均をもって帯電能とした。そし
て１本の感光体に於て平均値から一番離れている値を求
めてその値の平均値からのズレをもって帯電能むらとし
た。１回の堆積膜形成において得られた６本の感光体に
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行なった。

【００６３】 ◎は１０Ｖ以下であり非常に優れた均一性である○は２
０Ｖ以下であり優れた均一性である△は３０Ｖ以下であ
り実用上問題なし ×は３０Ｖより大きいものであり、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。

【００６４】感度・感度むら 電子写真感光体を、４００Ｖの暗部表面電位に帯電させ
た後、直ちに光像を照射した。光像はキセノンランプ光
源を用い、フィルターを用いて５５０ｎｍ以下の波長域
の光を除いた光を一定量照射した。この時表面電位計に
より電子写真感光体の明部表面電位を測定する。感光体
の一方の端部から他方の端部にかけて３ｃｍおきに明部
表面電位を測定しその平均をもって感度とした。そして
１本の感光体に於て平均値から一番離れている値を求め
てその値の平均値からのズレをもって感度むらとした。 １回の堆積膜形成において得られた６本の感光体につい
て同じ評価を行ない、感度むらの一番大きいものについ
て以下の判定を行なった。

【００６５】 ◎は３Ｖ以下であり非常に優れた均一性である○は６Ｖ
以下であり優れた均一性である△は１０Ｖ以下であり実
用上問題なし ×は１０Ｖより大きいものであり、高温高湿や低温低質
等の厳しい条件下で品質が低下するおそれがある。

【００６６】細線再現性 白地に全面文字よりなるキャノン（株）製テストチャー
ト（部品番号；ＦＹ９−９０５８）を原稿台に置きコピ
ーした時に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。１回の堆積膜形成において得られた
６本の感光体について同じ評価を行ない、その中で一番
悪いものについて以下の判定を行なった。

【００６７】 ◎は良好 ○は一部途切れあり △は途切れは多いが文字として認識できる×は文字とし
て認識できないものもある白地かぶり 白地に全面文字よりなるキャノン（株）製テストチャー
ト（部品番号；ＦＹ９−９０５８）を原稿台に置きコピ
ーした時に得られたコピー画像を観察し、白地の部分の
かぶりを評価した。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。 １回の堆積膜形成において得られた６本の感光体につい
て同じ評価を行ない、その中で一番悪いものについて以
下の判定を行なった。

【００６８】 ◎は良好 ○は一部僅かにかぶりあり △は全面にわたりかぶりはあるが文字の認識には支障な
い ×は文字が読みにくい程かぶりがある 画像むら キヤノン（株）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時に得られたコピ
ー画像を観察し、濃淡のむらを評価した。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。１回の堆積膜形成において得られた
６本の感光体について同じ評価を行ない、その中で一番
悪いものについて以下の判定を行なった。

【００６９】 ◎は良好 ○は一部僅かな濃淡の差あり △は全面にわたり濃淡の差はあるが実用上問題ない×は
実用上問題あり 白ポチ キヤノン（株）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時に得られたコピ
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、評価した。また１回の堆積膜作製で得られる
６本の感光体について同じ評価を行ない、その中で一番
悪いものについて以下の判定を行なった。 ◎は「特に良好」 ○は「良好」 △は「実用上問題無し」 ×は「実用上問題あり」 以上の評価結果を表４に示す。表４において、帯電能、
感度、堆積速度の各々については感光層を条件１を用い
て作製した電子写真感光体の帯電能、感度および、堆積
速度に対する相対評価を行なった。すなわち、感光層を
条件１で作製した電子写真感光体の帯電能を（Ａ）、感
度を（Ｂ）、堆積速度を（Ｃ）とし、感光層の条件を変
化させたときの帯電能、感度、堆積速度を各々（Ｄ）、
（Ｅ）、（Ｆ）として、 （帯電能）＝（Ｄ）／（Ａ）×１００（％）（感度）　
　＝（Ｅ）／（Ｂ）×１００（％）（堆積速度）＝（Ｆ
）／（Ｃ）×１００（％）で表わしている。

【００７０】実施例３ 原料ガス導入部に図３に示す三重管を用い、実施例２と
同様に、アモルファスシリコン感光体を作製し実施例２
と同様に評価を行なった。この時、三重管の表面粗さ（
ＲＺ）は７μｍとした。その結果を表４に示す。

【００７１】比較例３ 原料ガス導入部に比較例１で用いた二重管を用い、実施
例２と同様に、アモルファスシリコン感光体を作製し実
施例２と同様に評価を行なった。この時、二重管の表面
粗さ（ＲＺ）は７μｍとした。その結果を表４に示す。

【００７２】比較例４ 原料ガス導入部に実施例２と同様の二重管を用い、実施
例２と同様に、アモルファスシリコン感光体を作製し実
施例２と同様に評価を行なった。この時、二重管の表面
粗さ（ＲＺ）は４μｍとした。その結果を表４に示す。

【００７３】比較例５ 原料ガス導入部に比較例２と同様の単管構造のものを用
い、実施例２と同様に、アモルファスシリコン感光体を
作製し実施例２と同様に評価を行なった。この時、二重
管の表面粗さ（ＲＺ）は７μｍとした。その結果を表４
に示す。

【００７４】表４から、本発明の堆積膜形成装置を用い
ることで、諸特性の均一性が非常に良く、さらに画像欠
陥の少ない電子写真感光体が作成できることがわかった
。またさらに本発明の堆積膜形成装置を用いることで、
バイアス電圧を上げると共に原料ガス流量を増加させ、
現状の電位特性を維持しつつ、また画像欠陥を非常に良
好なままで、堆積速度を大幅に向上させることが可能と
なった。さらに堆積膜形成中の内圧を下げて、画像欠陥
を非常に良好なままで、感度等の電子写真特性を向上さ
せることが可能となった。

【００７５】

【表３】

【００７６】

【表４】

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、特に堆積速度の速い領
域で大面積の比較的厚い堆積膜の作製において均一膜質
で光学的及び電気的諸特性の要求を満足し、かつ欠陥の
非常に少ない堆積膜を定常的に安定して高収率（高歩留
まり）でしかも非常に低コストで作製することが可能に
なった。

【００７８】さらに本発明によれば、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
件の悪い場合にもすぐれた電子写真特性を維持した堆積
膜の作製が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の堆積膜形成装置における原料ガス導入
部の一例を示す模式図である。

【図２】図１の原料ガス導入部のガス放出孔付近の拡大
図である。

【図３】本発明の堆積膜形成装置における原料ガス導入
部の他の一例を示す模式図である。

【図４】本発明及び従来の堆積膜形成装置に共通な部分
を示す縦方向模式的断面図である。

【図５】図４に示した装置の横方向模式的断面図である
。

【図６】従来の原料ガス導入部を示す模式図である。

【符号の説明】

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　　原料ガス導入部 １２　　バイアス電源 １３　　ケーブル １４　　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２
６　　セラミック材料

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　減圧にし得る反応容器、該容器内に放
   電空間を取り囲むように複数の基体を配置するための手
   段、前記放電空間の中心位置に基体と平行になるように
   設置された原料ガスを導入するためのガス導入部、およ
   びマイクロ波エネルギーを導入する手段を有し、プラズ
   マを生じせしめて前記基体上に堆積膜を形成するための
   マイクロ波プラズマＣＶＤ堆積膜形成装置において、前
   記ガス導入部は多重管を有し、前記多重管の最内側の管
   は原料ガス供給源に接続され、前記多重管を構成する各
   管にはそれぞれ複数個のガス放出孔が設けられ、前記原
   料ガス導入部の最外側の管の放電空間に面した表面が十
   点平均粗さで５μｍ以上２００μｍ以下の凹凸を有し且
   つ、少なくとも最外側の管のガス放出孔の表面はセラミ
   ック材料で形成され、前記原料ガス導入部の少なくとも
   一部分と基体との間に電界をかける手段を有することを
   特徴とする堆積膜形成装置。
2. 【請求項２】　　前期多重管を構成する各管の各々に設
   けられるガス放出孔の数が、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請求項１に記載
   の堆積膜形成装置。
3. 【請求項３】　　前記セラミック材料がアルミナセラミ
   ックスである請求項１に記載の体積膜形成装置。