JPS621872A - 堆積膜形成法 - 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〕 本発明は堆積膜形成法に関し、と夛わけ電子写真感光体
等の光導電部材を構成する膜を形成するのに適した方法
に関する。

〔従来の技術〕 薄膜製造法の１つとして、熱、光乃至は放電エネルギー
等を利用するＣＶＤ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｌｏｎ　）法があり、とシわけ低温プラ
ズマを利用するＣＶＤ法が近年脚光を浴びている。この
方法は反応槽内を高真空に減圧し、原料がスを反応槽内
に供給した後グロー放電によって原料ガスを分解し、反
応槽内に配置された基体上に薄膜を形成する方法で、例
えば非晶質硅素膜の生成に応用されている。この方法で
シランガス（５ＩＨ４）を原料ガスとして作成した非晶
質硅素膜は、非晶質硅素の禁止帯中に存在する局在単位
が比較的少なく、置換型不純物のドーピングにょシ、価
電子制御が可能であシュ。電子写真感光体としても優れ
た特性が有するものが得られ、熱い期待が寄せられてい
る。

ところで、例えば電子写真感光体は、円筒状（ドラム状
）の堆積膜形成用基体上に、光導電層を設けたものが一
般的であるが、プラズマＣＶＤによって円筒状の電子写
真感光体を作成する場合、従来、第４図に示した様な構
成の装置を用いていた。

即ち、この装置は真空槽容器５１、該容器の上蓋又はｅ
−ト５２．電源５３と接続された直流又は高周波カソー
ド電極５４、容器内を減圧にするための排気系５５、堆
積膜形成用のガスを導入するためのガス導入系５６、及
び基体加熱用ヒータ５７等を備えている。真空槽容器５
１内に収容される通常導電性の円筒状基体５８は、基体
を回転させるための回転軸５９に取付けられ、また回転
軸５９は電気的に接地される。光導電層等の堆積膜の形
成は、基体５８を回転させながらガスの導入及びグロー
放電を行なうことにより、形成される。６０はプラズマ
を閉じ込めるためのシールド、６１は回転軸５９を駆動
するためのモータである。

ところで、この種の回転機構４９．５１を用いて基体４
８を回転させることは、成膜の均−性等の観点から従来
必須不可欠とされてきたが、これＫは次の様な問題点が
ある。即ち、 ■　回転軸の偏心や振動等により、形成される堆積膜の
膜厚、特性等に不均一や偏シが生じ易い、■　基体と回
転軸とは回転しているため、両者の電気的導通をとるこ
とが難しい、 ■　回転機構が反応槽内の構造を複雑にし、グロー放電
を乱す原因となることから、例えば電子写真感光体にお
いて画像欠陥等の不良を生ずる、■　回転軸と反応槽外
にあるモータとの接続部でめガスのリーク防止が難しく
、これも製品不良の原因となる、 ■　基体が回転しているため、基体等への温度センサー
の取付けができず、基体温度の管理が不正確になシ易シ
、製品膜の歩留シが悪くなる、■　回転機構を設けるこ
と自体が装置や膜製品のコスト高につながる、 などである。

そこで、本発明者らは従来の堆積膜形成法に付随する上
述した問題点を解決すべく鋭意検討した結果、特定構造
乃至は構成の装置を用いて堆積膜を形成すると、意想外
にも、回転機構を用いなくとも成膜の均一性が維持され
、グロー放電の安定性が向上すると共に、形成される堆
積膜に所望される特性も得られ易くなることを見出し、
本発明を完成するに至った。

〔発明の目的及び概要〕

本発明の目的は、プラズマＣＶＤにょシ成膜の均一性を
維持しグロー放電の安定性を向上させながら、均一で優
良な特性を備えた堆積膜を形成することのできる堆積膜
形成法を提供することにある。

上記目的は、基体を収容した反応槽内に堆積膜形成用の
ガスを導入して前記基体上に堆積膜を形成する方法にお
いて、前記反応槽はカソード電極として作用する円筒状
容器で構成され、また前記基体は前記反応槽容器とほぼ
軸芯を合せて配置され、電気的に接地された円筒状の導
電性基体であシ、この基体を静止させてグロー放電を行
なうことにより堆積膜を形成することを特徴とする本発
明の堆積膜形成法によって達成される。

〔実施例〕

以下、添付した図面に従って本発明の詳細な説明する。

第１図は円筒状導電性基体を装着した本発明の成膜装置
の一構成例を示した模式図である。

第１図に示した装置は、例えばステンレス、アルミニウ
ム、二、ケル、及びこれらを基質とする合金等の導電性
を有する構造材から成りカソード電極として作用し得る
円筒状の反応槽容器１と、この容器１とは環状碍子２を
介して固定された容器底板３に固定され、反応槽容器１
とほぼ軸芯を合せて配置されている円筒状の導電性基体
受台４とで基本的に構成され、基体受は台４上に反応槽
容器とほぼ軸芯を合せて円筒状の導電性基体５が載置さ
れている。基体受は台４は電気的に接地されている。６
は環状碍子７を弄して容器１に着脱自在乃至摺動自在に
取付けられた上蓋又はダートである。

なお前記基体受は台は円筒状である必要はなく、基体を
安定して載置し得る形状のものであれば良いが、基体と
同じ円筒状とすることにより、ヒーター等を配置する上
で装置構造を簡略化することができる。また更に円筒状
受は台の径を基体とほぼ同じか、やや大きめとして形状
を揃えることによりグロー放電の安定化に寄与すること
ができる。

８．８は堆積膜形成用のガスの導入管であり、成膜の均
一性を保つために、基体長さとほぼ同じ長さに亘って均
一に分布した複数のガス導入孔９゜９．９・・・を有す
ることが好ましく、また同じ理由により、反応槽容器と
基体との間隙部分で基体軸芯のまわシにほぼ均一な角度
をなしてほぼ同心円状に複数配置されていることが好ま
しい。第１図の例では図示しないものも含めて、互いに
ほぼ９０°をなして４本のガス導入管が配置されている
。

本発明方法を実施するにあたっては、前記基体の外径Ｒ
１と反応槽容器の内径Ｒ２との比Ｒ１／Ｒ。

が、０．２〜０，８、よシ好ましくは０．３〜０．６の
範囲にあることが好ましい。ＲＩ／Ｒｚが０．２未満で
あると、放電ギヤラグが広くな９過ぎるため、導入され
たガスが効率的に基体に到達し堆積しないので好ましく
ない。また、０．８を超えると、基体と反応槽との偏心
が僅かであった場合にも、その影響を顕著に受は易く、
膜特性の均一化に難があシ、またガス管等介在物の影響
を受は易く、放電の管理が難しいので好ましくない。

また、ガス導入管の径Ｒ３は放電や堆積膜形成Ｒ１）の
範囲にあることが好ましい。Ｒ３が’　（Ｒ２−Ｒ１）
を超えるとガス導入管のあるところとないところで放電
状態の違いが顕著になシ、放電乃至成膜の均一性が悪く
なるので好ましくない。また同様に、複数のガス導入管
の配置によ多形成される基体との同心円の径Ｒ４が１（
Ｒ鵞−Ｒ１）≦Ｒ４−Ｒ。

の関係を満たすことが好ましい。

ガス導入孔９，９．９・・・は任意の方向に向けて開口
させることができるが、堆積膜形成用ガスの流れの効率
化を図るためには第１図に示した様に基体の方向に向け
て開口させることができる。また、堆積膜形成用ガスの
流れを基体と反応槽容器との間隙部分である程度拡散さ
せたい場合には、基体以外の方向、つｔ、ｂ例えば反応
槽容器内側面の方向に向けて、開口させることができる
。これらガス導入孔９，９．９・・・よシ流入させる堆
積膜形成用ガスの流速は、Ｒ１乃至Ｒ４の形状因子の値
に従って適宜最適化すればよいが、例えばガス導入孔を
基体の方向に向けて開口させた場合、流速を１．５〜１
．５　Ｘ　１０　ｍ／ｓ　、よシ好ましくは１０〜２０
００ｍ／ｓ、の範囲で選択するのが好ましい。

また、ガス導入孔を反応槽容器内側面に向けて開口させ
た場合、流速１．５〜１．５　Ｘ　１０　ｍ／ｓの範囲
で選択するのが好ましい。ガス流量は８０〜１２００Ｓ
ＣＣＭの範囲が好適であり、この様な流量を確保するた
め、ガス導入管を２〜１６本程度使用するのが好ましい
。

第１図に戻ると、それぞれのガス導入管８．８は、上端
を閉じておシ、下端は、底板３に例えば蝶着されたシー
ル部材を兼ねたコネクタ１０により反応槽外部のガス導
入管１１に接続され、この導入管１１は更に堆積膜形成
用のガス供給源である？ンベ等に接続されている。

また、第１図中１２は反応槽容器１と電気的に接続され
た高周波マツチング？、クスであυ、このマツテングが
、クスは図示しない例えば実用的な高周波帯域１キロ〜
１ギガＨｚの高周波を発振する高周波発振器に接続され
て、容器１に高周波電力を供給することができる。１３
はガス排気管であり、ロータリーポンプ、メカニカルプ
ースクーポング等の適宜の真空減圧手段に接続されて、
反応槽容器１内を減圧にすることができる。更に１４は
抵抗発熱体であり、所望の基体温度を維持する様温度管
理を行なうことができる。

この様な構成の装置を用いて本発明方法を実施するに際
しては、先づ上蓋又はｅ−トロを開けて円筒状の導電性
基体５を容器１内に入れ、基体受は台４上に容器１とほ
ぼ軸芯を合せて載置する。

次いで上蓋又はダート６を閉じ、排気管１３から排気し
て反応槽容器内を１０〜１０　　Ｔｏｒｒ程度の真空度
まで減圧した後、ガス導入管８，８から堆積膜形成用ガ
スを導入すると共に容器１に高周波電力を供給してグロ
ー放電を生起せしめ、基体５を静止させたまま堆積膜を
形成させる。

更にグロー放電の条件は、基体温度として１５０〜３５
０℃が好ましく、カソード（反応槽容器）は、所望に応
じて冷却される。

第２図及び第３図は、第１図の装置の変形例を示したも
のである。

第１図と同一要素を同一符号で表わすと、第２図に示し
た装置では、導電性基体１３に接触させて測温し得る温
度センサー（例えば熱電対）３１゜３２．３３が取付け
られており、このうちセンサー３１．３２は基体受は台
４中に埋込まれ、基体１３の下端部分を測温し、またセ
ンサー３３は例えば形状記憶合金又はバネ材等を用いて
基体の内側表面の任意の部分で測温し得る様に配置され
ている。この様なセンサーにより基体を直接測温すれば
、基体の温度管理が容易にな夛、製品膜の歩留シが向上
する。

また第３図の例では、基体受は台４上に、載置する基体
１３の内径とほぼ同じ径の導電性内部ホルダー４１が係
着されている。内部ホルダー４１は、内側表層部分に切
シ欠きを有する基体１３の下端と嵌め合う階段状のスカ
ートを有しており、また内側表層部分から突出した円環
状のフランジ４２を有しておシ、この７ランジ４２の開
口部４３にコマ４４を挿入し、フランジ４２により反応
檜容器底板３に固定乃至は着座した支柱４５及びコマ４
４と支柱４５に挾まれたバネ材４６を押圧することによ
り基体１３の上部を支持し、位置決めを行なえる様にな
されている。この様なホルダーを用いることにより基体
上部からもアースをとることができ特性の安定化が更に
図シ易くなる。

本発明の堆積膜形成法によれば、堆積膜形成用のガスを
選択し所望により組合せることにより、円筒状の導電性
基体上に単層乃至は多層構成の堆積膜を形成することが
できる。因みに、原料ガスとしては、例えばアモルファ
スシリコン膜を形成する場合は、ＳｉＨ４，５ｔ２ａ６
等の水素化ケイ素、このハロゲン化物、ＳｉＦ４．５ｉ
ｃｔ２Ｆ２等のハロダン化ケイ素などを用いることがで
きる。５ｉＣ１膜を形成する場合は、例えば５ＩＨ４と
ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６等との混合ガス、５ＩＮＸ
膜を形成する場合は、Ｓ　ｉＨ４とＮ２、ＮＨ５等との
混合ガス、５ｉｏ２膜を形成する場合には、例えばＳｉ
Ｈ４と０２との混合ガス、Ａｚ２ｏ３膜を形成する場合
は、Ａｚｃｚ３と０２、Ｎｏ、Ｎ２０　、　ＮＯ２等と
の混合ガス、アモルファスダルマニウム膜を形成する場
合はＧｅＨ４などを使用することができる。

以下、本発明の堆積膜形成法により製造し得る光導電部
材の例として、電子写真感光体ドラムの構成例について
説明する。

この様な光導電部材は、例えば本発明方法において導電
性基体となる支持体上に電荷注入阻止層、光導電層（感
光層）及び表面保護層を順次積層した構成を有している
。

支持体の形状は、円筒状とされ、厚みは、所望通りの光
導電部材が形成されるように適宜決定されるが、光導電
部材として可撓性が要求される場合には、支持体として
の機能が十分発揮される範囲内であれば可能な限り薄く
される。しかしながら、このような場合にも、支持体の
製造上及び取扱い上、更には機械的強度等の点から、通
常は、１０μｍ以上とされる。

支持体表面は、光導電部材の均一性を保つために例えば
鏡面化切削加工等により鏡面仕上げが施され、また感光
体を、光源としてレーデ−光等の可干渉性単色光を使用
するデジタル画像情報記録に使用する場合の干渉縞模様
を防止するためなどに、例えが旋盤、フライス盤等を用
いたダイヤモンド切削等機械的精密加工あるいは化学エ
ツチング等地の精密加工により規則的乃至は不規則の例
えば螺旋状の微細な凹凸が付される。

電荷注入阻止層は、例えば水素原子及び／又はハｏ　ｃ
　ｙＮ子ｔ−含有ｆ　ルアモルファスシリコン（以下、
ａ−８１とい５）で構成されると共に、伝導性を支配す
る物質として、通常半導体の不純物といて用いられる周
期律表第■族乃至は第Ｖ族に属する元素の原子が含有さ
れる。電荷注入阻止層の層厚は、好ましくは３０１〜１
０μｍ、よシ好適には４０１〜８μｍ、最適には５０１
〜５μとされるのが望ましい。

電荷注入阻止層の代シに、例えばＡｚ２ｏ３．５ｔｏ２
、ＳｉＮ、（、ポリカー？ネート等の電気絶縁材料から
成る障壁層を設けてもよいし、あるいは電荷注入阻止層
と障壁層とを併用することもできる。

光導電層は、例えば水素原子とハロゲン原子を含有する
ａ−８１で構成され、所望により電荷注入阻止層に用い
るのとは別種の伝導性を支配する物質が含有される。光
導電層の層厚は、好ましくは−３０Ｘ　〜１００　μｍ
、より好適には４０Ｘ〜８０μｍ１最適には５０Ｘ〜５
０μｍとされるのが望ましい。

表面保護層は例えば５ｉＣｘ、　ＳＩＮ、等で構成され
、層厚は、好ましくは３０又〜３０μｍ、より好適には
４０Ｘ〜２０μｍ、最適には５０Ｘ〜１０μｍとされる
のが望ましい。

以下、本発明を具体的実施例に基き、より詳細に説明す
る。

実施例１、比較例１ 第１図及び第２図に示した概要の装置のうち、下記の如
き形状因子の装置並びに基体を使用して、本発明方法に
より光導電部材を作製した。

〔形状因子〕

Ｒ１＝８０簡 Ｒｚ＝２５０■　　　　（Ｒｔ／　Ｒ２＝　０．３２　
）Ｒｓ”１２■　　　　　Ｒ３〜０．０７　（Ｒｚ　　
Ｒｔ　）Ｒ４＝２２０ｍ　　　　　Ｒ４Ｒｔ＝０．８２
（Ｒｔ　　Ｒｔ　）堆積膜形成の際の放電条件及び原料
ガ、スは、以下のとおシである。

堆積膜の積層順序　　使用原料ガス　　膜厚（μｍ）電
荷注入阻止層　　　　ＳｉＨ４、Ｂ２Ｈ６０，６光導電
層　ＳｉＨ４２０ 表面保護層　　５ＩＨ４、Ｃ２Ｈ４０，１アルばニウム
シリンダ一温度：２５０℃±５℃に制御堆積膜形成時の
堆積室内内圧：　０．３　Ｔｏｒｒ放電周波数：　１３
．５６　ＭＨｚ 堆積膜形成速度：　２Ｑ　ｉ／　ｓｅｅ放電電カニ　　
０．１８　Ｗ／ｃｍ２ ガス流速：　　２００ｍ／ｓ ガス流量：電荷注入阻止層　５ＩＨ４２００ＳＣＣＭＢ
２Ｈ６ＳｉＨ４ＩＣ対し ２００　ｐｐｍ 光導電層　　　ＳＩＨ４２００ＳＣＣＭ表面保護層　　
５ＩＨ４１０ＳＣＣＭ ＣＨ４２００ＳＣＣＭ 堆積膜形成時の放電の安定性、ガスのり一肩止性、製造
された光導電部材の歩留シ、帯１！能、感度、光導電部
材を用いた場合の画像欠陥を下記評価方法により評価し
た。

〔評価方法〕

■放電の安定性： プラズマ分光ｆルーグを上部のぞき窓にさし込み、成膜
中のＳＩＨの発光強度の経時変化を追跡する。開始直後
の発光強度を１００としたときの、その後の発光強度の
バラツキを数値で表わす。

■ガスリークの防止性： 成膜炉下部のフィードスルーカラーに付属するゲージポ
ートにサンプリングチー−プを挿入し、Ｈ・リークディ
テクターに接続。成膜直前に１回、電荷注入阻止層成膜
と光導電層成膜との切シ換え時に１回、Ｈｅ吹きかけに
より　ＩＪ−クチニックを行なった。

■歩留シ： 同一条件で繰返し１０個の光導電部材を作製し、品質（
帯電能、感度、画像欠陥）のバラツキを検査した。

■帯電能： 複写装置にてドラムを回転させながら一定帯電量のもと
に、ドラムの上下端から３０ｍ及び中央０３点の表面電
位の測定を行なりた。

■感度の均一性： ■と同様の方法で帯電させ、一定露光量のもとに表面電
位の測定を行なった＠ ０画像欠陥： 各光導電部材をキャノン■製４００　ＲＥ複写装置に設
置して画出しを行ない、Ａ−３紙面上での白点状の全画
像欠陥（Ｏ６３ｓｍφ以上）の数を測定した。

これらの評価結果を第１表に示した。

また、比較のため、ガスを基体に向けて導入し、且つ基
体を回転させながら放電する従来の装置を用いた以外は
、上記と同様にして光導電部材を作製した（比較例１）
。上記■〜■の評価を同様に行ない、結果を第１表に示
した。

実施例２ 実施例１で用いた堆積膜形成装置の形状因子の何れか１
つを、第２表に示した様に変えた以外は、実施例１と同
様にして光導電部材を作製した。前記■〜■の評価を行
ない、結果を、実施例１乃至は比較例１との比較で第２
表に示した。

但し、第２表中、○は実施例１の結果と同程度、◎は実
施例１の結果より良好、Δは比較例１の結果と同程度、
Ｘは比較例１の結果より劣ることを示している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、プラズマＣＶＤ法により、基体を回転
させなくとも成膜の均一性が維持される。

また、グロー放電の安定性が増し、均一で優良な特性を
有する堆積膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に用いることのできる装置に基体を
装着した状態を示す模式図、第２図は第１図の装置にお
いて基体に接触し５る温度センサーを取付ける位置を例
示して説明するための模式図、第３図は第１図の装置に
おいて基体の内部ホルダーを備えた状態を示した模式図
、第４図は従来の回転機構を備えた堆積膜形成装置を説
明するための概念図である。 １・・・反応槽容器、３・・・容器底板、４・・・基体
受は台、５・・・円筒状導電性基体、６・・・上蓋又は
ダート、８．８・・・ガス導入管、９，９．９・・・ガ
ス導入孔、１２・・・マツチングがックス、１３・・・
ガス排気管、１４・・・抵抗発熱体、３１，３２，３３
・・・温度センサー、４１・・・内部ホルダー。 代理人　　弁理士　山　下　壌　平 第４図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体を収容した反応槽内に堆積膜形成用のガスを
   導入して前記基体上に堆積膜を形成する方法において、
   前記反応槽はカソード電極として作用する円筒状容器で
   構成され、また前記基体は前記反応槽容器とほぼ軸芯を
   合せて配置され電気的に接地された円筒状の導電性基体
   であり、この基体を静止させてグロー放電を行なうこと
   により堆積膜を形成することを特徴とする堆積膜形成法
   。
2. （２）基体の外径Ｒ＿１と反応槽容器の内径Ｒ＿２との
   比Ｒ＿１／Ｒ＿２が０．２〜０．８の範囲にある特許請
   求の範囲第（１）項記載の堆積膜形成法。
3. （３）基体長さとほぼ同じ長さに亘って均一に分布した
   複数のガス導入孔を有するガス導入管を用い、このガス
   導入管を、反応槽容器と基体との間隙部分で基体軸芯と
   ほぼ平行に、基体軸芯のまわりにほぼ均一な角度をなし
   て同心円状に複数配置させて堆積膜形成用のガスを導入
   する特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項記載の堆
   積膜形成法。
4. （４）ガス導入管の径Ｒ＿３がＲ＿３≦１／６（Ｒ＿２
   −Ｒ＿１）の範囲にあり、且つガス導入管の配置により
   形成される基体との同心円の径Ｒ＿４が、１／２（Ｒ＿
   ２−Ｒ＿１）≦Ｒ＿４−Ｒ＿１の範囲にある特許請求の
   範囲第（３）項記載の堆積膜形成法。
5. （５）ガス導入孔を基体の方向に向けて開口させ、堆積
   膜形成用のガスを流速１．５〜１．５×１０＾４ｍ／ｓ
   で流入せしめる特許請求の範囲第（３）項又は第（４）
   項記載の堆積膜形成法。
6. （６）ガス導入孔を反応槽容器内側面の方向に向けて開
   口させ、堆積膜形成用のガスを流速１．５〜１．５×１
   ０＾４ｍ／ｓで流入せしめる特許請求の範囲第（３）項
   又は第（４）項記載の堆積膜形成法。
7. （７）堆積膜形成用のガスを流量８０〜１２００ＳＣＣ
   Ｍで流入せしめる特許請求の範囲第（３）項乃至第（６
   ）項記載の堆積膜形成法。
8. （８）導電性基体を電気的に接地した導電性を有する基
   体受け台に載置する特許請求の範囲第（１）項乃至第（
   ７）項のうちの１に記載の堆積膜形成法。
9. （９）基体受け台は、反応槽容器とほぼ軸芯を合せて配
   置された円筒状受け台である特許請求の範囲第（８）項
   記載の堆積膜形成法。
10. （１０）基体内側表面に温度センサーを接触させて測温
    しながら基体の温度管理を行なう特許請求の範囲第（１
    ）項乃至第（９）項のうちの１に記載の堆積膜形成法。