(57)【要約】 【課題】  本発明は円筒状基体に高周波電力を印加して原料ガスを分解し堆積膜を形成するＣＶＤ装置において円筒状基体の表面に発生する定在波を抑制した堆積膜形成方法を提供する。【解決手段】  減圧可能な反応容器の内部に円筒状基体を保持した基体ホルダーを設置する工程と、前記反応容器の中に原料ガスを導入する工程と、前記原料ガスを分解する高周波電力を印加する工程を有する堆積膜形成方法において、  第一系統から給電される高周波電力は、前記円筒状基体の外周面を下方から上方に向かって伝搬し、第二系統から給電される高周波電力は、前記円筒状基体の外周面を上方から下方に向かって伝搬する堆積膜形成方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧可能な反応容器の内部に円筒状基体を保持した基体ホルダーを設置する工程と、前記反応容器の中に原料ガスを導入する工程と、前記原料ガスを分解する高周波電力を印加する工程を有する堆積膜形成方法において、
第一系統から給電される高周波電力は、前記円筒状基体の外周面を下方から上方に向かって伝搬し、第二系統から給電される高周波電力は、前記円筒状基体の外周面を上方から下方に向かって伝搬することを特徴とする堆積膜形成方法。
【請求項２】
前記第一系統から給電される高周波電力の位相と前記第二系統から給電される高周波電力の位相との位相差を変動させる請求項１に記載の堆積膜形成方法。
【請求項３】
前記第一系統から給電される高周波電力又は前記第二系統から給電される高周波電力の位相を時間的に変動させる請求項２に記載の堆積膜形成方法。
【請求項４】
減圧可能な反応容器と、前記反応容器の内部に設置される円筒状基体を保持する基体ホルダーとを有し、高周波電力を印加し原料ガスを分解して前記円筒状基体の上に堆積膜を形成する堆積膜形成装置であって、
第一給電体から高周波電力を給電する第一系統及び第二給電体から前記高周波電力を給電する第二系統をさらに有し、
前記第一系統から給電される高周波の電流は、前記円筒状基体の外周面を下方から上方に向かって伝搬し、前記第二系統から給電される高周波の電流は、前記円筒状基体の外周面を上方から下方に向かって伝搬することを特徴とする堆積膜形成装置。
【請求項５】
前記基体ホルダーは、内周面に第一接触部と第二接触部とを有し、
前記第一接触部は、前記第二接触部よりも下方に位置し、
前記第一接触部は、前記第一接触部よりも下方に位置する前記基体ホルダーの第一内周面に電気的に接続され、
前記第二接触部は、前記第二接触部よりも上方に位置する前記基体ホルダーの第二内周面に電気的に接続され、
前記第一給電体は、
円筒状の金属中空体であり、
前記基体ホルダーを支持する支持部材を兼ね、
前記第一接触部を経由して前記第一内周面に電気的に接続され、
前記第二給電体は、
前記第一給電体の内部の空間及び前記第一接触部を貫通するが、
前記第一給電体及び前記第一接触部に電気的に接続されておらず、
前記第二接触部を経由して前記第二内周面に電気的に接続されている、請求項４に記載の堆積膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
容量結合型のＣＶＤ装置では基板が大型化すると電極上の定在波の影響により堆積膜の膜厚ムラが発生することが知られている。高周波電力の周波数が大きいほど定在波の波長は短くなりその影響が顕著になる。円筒状基体にアモルファスシリコン等の堆積膜を堆積して形成される電子写真感光体はＲＦ帯の周波数の高周波ＣＶＤ法を用いて形成されているが、これまで定在波に起因する膜厚ムラの発生は大きな問題にはなっていなかった。しかしながら近年、電子写真の高画質化の進展により感光体表面の微小な帯電ムラが出力画像のムラとして現れることを抑制することが課題となっている。そのため帯電ムラを抑制するために堆積膜の膜厚ムラをさらに低減することが必要とされるようになってきた。
【０００３】
特許文献１には円筒状基体に３００ｋＨｚ以下のＬＦ帯（低周波）電力を印加して原料ガスを分解し堆積膜を形成するＣＶＤ装置が記載されている。３００ｋＨｚ以下のＬＦ帯電力を用いるＣＶＤは一般に堆積速度が遅いという問題がある。一方、ＬＦ帯電力に代えて３ＭＨｚから３０ＭＨｚのＨＦ帯（高周波）電力を用いた場合、堆積速度は向上するが上述した堆積膜の膜厚ムラの発生が問題になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１４８７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は円筒状基体に高周波電力を印加して原料ガスを分解し堆積膜を形成するＣＶＤ装置において円筒状基体の表面に発生する定在波を抑制した堆積膜形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
減圧可能な反応容器の内部に円筒状基体を保持した基体ホルダーを設置する工程と、前記反応容器の中に原料ガスを導入する工程と、前記原料ガスを分解する高周波電力を印加する工程を有する堆積膜形成方法において、
第一系統から給電される高周波電力は、前記円筒状基体の外周面を下方から上方に向かって伝搬し、第二系統から給電される高周波電力は、前記円筒状基体の外周面を上方から下方に向かって伝搬する堆積膜形成方法が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の態様によれば、
減圧可能な反応容器と、前記反応容器の内部に設置される円筒状基体を保持する基体ホルダーとを有し、高周波電力を印加し原料ガスを分解して前記円筒状基体の上に堆積膜を形成する堆積膜形成装置であって、
第一給電体から高周波電力を給電する第一系統及び第二給電体から前記高周波電力を給電する第二系統をさらに有し、
前記第一系統から給電される高周波の電流は、前記円筒状基体の外周面を下方から上方に向かって伝搬し、前記第二系統から給電される高周波の電流は、前記円筒状基体の外周面を上方から下方に向かって伝搬する堆積膜形成装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
高周波ＣＶＤによる堆積膜形成時に発生する定在波を抑制することにより大面積の円筒状基体における膜厚均一性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の堆積膜形成装置の全体構成の概略を示す模式図。
【図２】本発明の堆積膜形成装置の第二接触部の一例を示す模式図。
【図３】本発明の堆積膜形成装置の電力伝搬経路を説明するための模式図。
【図４】本発明の堆積膜形成装置に付加する搬送装置の一例を示す模式図。
【図５】本発明の堆積膜形成装置の第一給電体、第二給電体の一例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の説明は本発明の技術的範囲を以下の実施の形態に限定するものではない。
［堆積膜形成装置］
図１は本発明の堆積膜形成装置を説明する模式図である。堆積膜形成装置１は底板２、炉体３、ゲートバルブ４を有し、減圧可能な反応容器を構成している。底板２を貫通してかつ底板２と電気的に絶縁された状態で第一給電体５が設けられている。第一給電体５は高周波電力を給電する第一系統に相当する。
第一給電体５が有する第一頭頂部６は、円筒状の基体ホルダー７の内部に設けられた第一接触部８と接触して電気的に接続されていると同時に、基体ホルダー７を支持する。つまり、第一給電体５は基体ホルダー７を支持する支持部材を兼ねる。
基体ホルダー７は、基体９および補助基体１０を保持している。補助基体１０は基体ホルダー７の頭頂部に接触する形状になっている。
【００１１】
第一給電体５はモーター３４により回転することができる。第一給電体５と基体ホルダー７との間には螺旋状の発熱体からなるヒーター３５が設けられており、基体９を所定の温度に加熱する。
炉体３の側面には複数のガス噴出口を有するガス供給部材３６が埋設されている。ガス供給部材３６には不図示のガス供給手段から原料ガスが供給される。また炉体３の側面には複数の排気口を有する排気部材３７が配置されている。排気部材３７には不図示の排気手段が接続され反応容器を減圧する。
【００１２】
第一給電体５は中空構造になっており、その内部に第二給電体２０を有している。第二給電体２０は高周波電力を給電する第二系統に相当する。第二給電体２０は第一頭頂部６および第一接触部８を貫通して突出している。第二給電体２０は上下動が可能であり、第二給電体２０が有する第二頭頂部２１は基体ホルダー７の内部に設けられた第二接触部２２と接触して電気的に接続されている。
【００１３】
第二給電体２０と第一頭頂部６とは電気的に接続されていない。
第二頭頂部２１と第一接触部８とは電気的に接続されていない。
基体ホルダー７は、内周面に第一接触部８と第二接触部２２とを有する。第一接触部８は、第二接触部２２よりも下方に位置する。
第一接触部８よりも下方に位置する基体ホルダー７の内周面を第一内周面とし、第二接触部２２よりも上方に位置する基体ホルダー７の内周面を第二内周面とする。
第一接触部８は、第一内周面に電気的に接続され、第二接触部２２は、第二内周面に電気的に接続されている。
【００１４】
第一給電体５は、第一頭頂部６及び第一接触部８を経由して、第一内周面に電気的に接続されている。
第二給電体２０は、第二頭頂部２１及び第二接触部２２を経由して、第二内周面に電気的に接続されている。
第一給電体によって給電された高周波の電流は、第一内周面の表面を基体ホルダーの下端部に向かって伝搬するが、第二内周面の表面には伝搬しない。また第二給電体によって給電された高周波の電流は、第二内周面の表面を基体ホルダーの上端部に向かって伝搬するが、第一内周面の表面には伝搬しない。
【００１５】
図２に第二接触部の一例を示す。図２に示すように、第二接触部２２は、複数の開口部２３、円筒部２４、複数の連結部２５、及び円柱部２６を有する。連結部２５は円筒部２４と円柱部２６とを連結する。開口部２３は、第二接触部２２の下面から上面へ貫通する。第二給電体によって給電された高周波の電流は、第二接触部２２の下面から、円柱部２６の表面、連結部２５の表面及び第二接触部２２の上面を経由して、第二内周面へ伝搬する。
【００１６】
図５に第一給電体、第二給電体などの一例を示す。
第一接触部８は、外径Ｄ１、内径Ｄ３の円筒であり、基体ホルダー７の内周面に設けられている。外径Ｄ１は基体ホルダー７の内径に等しい。
第一頭頂部６の外径Ｄ２は、第一接触部８の外径Ｄ１よりも短く、第一接触部８の内径Ｄ３よりも長いため、第一頭頂部６と第一接触部８とが接触したとき、第一接触部８に設けられた貫通孔の全域が第一頭頂部６によって覆われる。
このため、第一給電体５の外周面を伝搬してきた高周波の電流は、第一頭頂部６の側面を経由して、第一接触部８の下面に伝搬し、さらに第一内周面に伝搬するが、第二内周面には伝搬しない。
【００１７】
第二頭頂部２１の外径Ｄ４は、第一接触部８の内径Ｄ３よりも短い。
第二給電体２０を伝搬してきた高周波の電流の一部が、
第二頭頂部２１の側面及び第二接触部２２の下面を経由して、第一接触部８より上方かつ第二接触部２２より下方の基体ホルダー７の内周面に伝搬し、
さらに第一接触部８の上面を経由して第一接触部８に設けられた貫通孔の側面へ伝搬する。
しかし、前記のように、第一接触部８に設けられた貫通孔の全域が下方から第一頭頂部６によって覆われているため、第二給電体２０を伝搬してきた高周波の電流の一部が、第一内周面に伝搬することはない。
このようにして、第一給電体５から給電された高周波の電流は、第一内周面を下方に向かって伝搬し、第二給電体２０から給電された高周波の電流は、第二内周面を上方に向かって伝搬する。
【００１８】
第一給電体５および第二給電体２０の下端はそれぞれ整合器３０ａ、３０ｂを経由して高周波電源３２ａ、３２ｂに接続されている。高周波電源３２ａ、３２ｂには位相調整器３３が接続されている。位相調整器３３は高周波電源３２ａ、３２ｂから出力される高周波電力の位相差を調整する。位相調整器３３としては公知の位相シフターのほか抵抗および可変コンデンサーからなるＲＣ回路を用いることができる。
【００１９】
高周波電源３２から供給される電力は１０ＭＨｚから１００ＭＨｚ程度のＲＦ帯またはＶＨＦ帯の周波数とされる。このような周波数帯の高周波電力は表皮効果によりその伝送線路の表面を伝搬する。周波数が高いほど、また伝送線路の抵抗が高いほど表皮深さは浅くなる。例えば１０ＭＨｚの高周波電力がアルミニウムを伝搬するときの表皮深さは２０μｍ程度である。
【００２０】
したがって電力の伝搬経路は図３のようになる。
第一給電体５の外周面に供給された電力は実線で示した経路で伝搬する。すなわち第一接触部８を経由して基体ホルダー７の内周面を伝搬して基体ホルダー７の下端に至る。そして基体ホルダー７の外周面に伝搬し、さらに基体９の外周面を下方から上方に向かって伝搬していく。
【００２１】
一方、第二給電体２０に供給された電力は点線で示した経路で伝搬する。すなわち第二接触部２２の円柱部２５の下面、円柱部２５の側面などを経由して第二接触部２２の上面に至る。さらに基体ホルダー７の第二内周面を伝搬して基体ホルダー７の上端面に至る。そして補助基体１０の上端面に伝搬しさらに補助基体１０の外周面、及び基体９の外周面を上方から下方に向かって伝搬していく。
【００２２】
進行方向の異なる高周波電力が重畳すると、一般にその伝送線路上に見かけ上、時間的に変動しない定在波が発生する。
第一給電体のみを用いて電力を供給する従来の構成では、基体９の外周面、及び補助基体１０の外周面を上方に向かって伝搬していった高周波電力の進行波は補助基体１０の上端が開放端であるため反射されて、下方に向かう反射波が形成される。その結果、補助基体１０の上端で電圧振幅が最大となる定在波が発生する。すると高周波電力により生起されるプラズマの強度は基体９の上部で強くなり、上部で膜厚が厚くなる傾向が生じる。
【００２３】
一方、本発明の堆積膜形成方法では第一給電体（第一系統）および第二給電体（第二系統）の両方を用いて円筒状基体の両端から高周波電力が導入される構成になっている。第一系統と第二系統の高周波電力の位相差を調整することにより、定在波の電圧振幅が極大となる場所を任意に設定することができる。そのため円筒状基体の上に形成される堆積膜の膜厚が上部から下部に向けて単調に減少する場合と比べて全体として膜厚ムラが改善される。
【００２４】
さらに第二給電体から供給される電力の位相を位相調整器３３により時間的に変動させることにより定在波の電圧振幅が大きい位置を変動させることができる。その結果、高周波電力により生起されるプラズマの強度が強い場所を時間的に平均化することができ膜厚ムラをより抑制することができる。
【００２５】
位相調整器の時間変動周期は堆積膜形成に要する時間よりも十分短くすることにより膜厚ムラを抑制することができる。一方、周期が短すぎると位相調整器の可変コイルや可変コンデンサーの駆動部材にかかる負担が大きくなる。したがって位相調整器の時間変動周期は０．００１Ｈｚから１Ｈｚ程度に設定することが好ましい。
【００２６】
第一給電体５が基体ホルダー７を支持する支持部材を兼ねることによって装置構成を簡略化することができる。第一給電体５は基体ホルダー７を支持することができる十分な強度を持った鉄、銅、アルミ、ニッケルなどの円筒状の金属中空体により構成される。
第二給電体２０は同軸ケーブルまたはそれに類する構造の剛体により構成される。
【００２７】
［堆積膜形成方法］
堆積膜の形成は以下のように実施される。
ゲートバルブ４を通じて堆積膜形成装置１の内部に、基体９および補助基体１０が配置された基体ホルダー７を配置する。
放電空間を排気部材３７を通じて排気したのちガス供給部材３６を通じて原料ガスを供給する。
ヒーター３５により基体９を所定温度に加熱する。
第一給電体５、第二給電体２０、および基体ホルダー７を通じて高周波電源３２から基体９に高周波電力を印加し原料ガスを分解すると基体９に堆積膜が形成される。
【００２８】
本発明の堆積膜形成装置は特に円筒状基体を用いる電子写真感光体に好適に用いられる。例えば、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）、ａ−ＳｉＣ（アモルファス炭化ケイ素）、ａ−ＳｉＮ（アモルファス窒化ケイ素）、ａ−ＳｉＯ（アモルファス酸化ケイ素）、ａ−Ｃ（アモルファスカーボン）などの堆積膜形成に適用することができる。
【００２９】
本発明の堆積膜形成装置は２系統の電力をいずれも底板２から導入する構成となっているため基体ホルダー７を設置したのちに上端から電極を接続する必要がない。
そのため図４に示すような自動搬送機４０を用いることができ、量産の効率が向上するという利点がある。
自動搬送機４０は搬送室４１、ゲートバルブ４２、および搬送アーム４３を備えている。
搬送室４１は、上下左右に移動可能である。
搬送アーム４３は基体ホルダー７を保持する。搬送アーム４３は基体９および補助基体１０が配置された基体ホルダー７を保持した状態のまま上昇および降下が可能である。
自動搬送機４０のゲートバルブ４２と堆積膜形成装置１のゲートバルブ４とを連結したのち双方のゲートバルブを開いて搬送アーム４３を降下させて、基体９および補助基体１０が配置された基体ホルダー７を堆積膜形成装置１の内部に搬送する。
前記の方法で堆積膜を形成した後、基体ホルダー７を堆積膜形成装置１の内部に搬送した手順とは逆の手順で基体ホルダー７を堆積膜形成装置１の外部に搬送する。
【実施例】
【００３０】
（実施例１）
図１に示す堆積膜形成装置を用いて、円筒状基体にアモルファスシリコン膜を形成し電子写真感光体を作製した。第一系統と第二系統の高周波電力の位相差を位相調整器３３で調整することにより、定在波の最大電圧振幅位置が基体９の長軸方向の中心位置になるように設定した。
第一給電体５は外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍの中空ステンレス鋼管を用いた。第一給電体５の内部には同軸ケーブルからなる第二給電体２０を配設した。高周波電源３２は周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源とした。
基体ホルダー７は、厚さ２ｍｍ、長さ９００ｍｍ、外径７６ｍｍ、および内径７２ｍｍのアルミニウム製とした。
基体９は、厚さ３ｍｍ、長さ３９０ｍｍ、外径８４ｍｍ、内径７８ｍｍのアルミニウム製とした。
第一頭頂部６は、外径６０ｍｍ、長さ１０ｍｍのステンレス製とした。
第一接触部８は、直径７２ｍｍ、長さ１０ｍｍのアルミニウム製とした。
第二頭頂部２１は、外径１０ｍｍ、長さ１０ｍｍのアルミニウム製とした。
第二接触部２２は、円筒部２４の内径６０ｍｍ、円柱部２５の外径２０ｍｍ、長さ５ｍｍのアルミニウム製とした。
表１に示す条件で順に４層（下部阻止層、光導電層、上部阻止層および表面層）の堆積膜を形成した。光導電層の成膜時間は２８０分とした。基体ホルダー７は１ｒｐｍで回転させた。
【００３１】
（実施例２）
第一系統と第二系統の高周波電力の位相差を位相調整器３３により時間的に変動させることにより定在波の最大電圧振幅位置が基体９の上端から下端の領域にわたって変動するようにした。位相調整器その周期は１００秒とした。
上記の条件で位相調整器３３を用いたこと以外は実施例１と同様にして電子写真感光体を作製した。
【００３２】
【表１】
2019104976.tif 000003
【００３３】
（比較例）
実施例１において第二給電体を用いず、第一給電体のみで電力供給した。第二頭頂部２１はテフロン（登録商標）からなる絶縁体とした。そのほかは実施例１と同様の条件で比較例の電子写真感光体を作製した。
【００３４】
［評価］
上記実施例１、２および比較例の軸方向膜厚ムラの評価を以下のように実施した。電子写真感光体の中央部位置とそこから軸方向に両側夫々４ｃｍ間隔で８か所（±４ｃｍ、±８ｃｍ、±１２ｃｍ、±１６ｃｍ）、合わせて軸方向９か所についてそれぞれ周方向４５°間隔で８点の膜厚を測定した。
測定には渦電流式膜厚計（（株）フィッシャーインストルメンツ製  ＦＩＳＣＨＥＲＳＣＯＰＥ  ＭＭＳ）を用いた。軸方向の９か所において得られた周方向８点における膜厚の平均値を求めた。
得られた「軸方向の各位置における周方向の膜厚の平均値」、「平均値の最大値」、「平均値の最小値」、「平均値の最大値と平均値の最小値との差」を表２に示した。「平均値の最大値と平均値の最小値との差」に基づいて軸方向膜厚ムラを評価した。
比較例の膜厚ムラを１としたときの相対比較で、実施例１の膜厚ムラは０．２、実施例２の膜厚ムラは０．１６に改善した。
【００３５】
【表２】
2019104976.tif 000004
【符号の説明】
【００３６】
１      堆積膜形成装置
５      第一給電体
６      第一頭頂部
７      基体ホルダー
８      第一接触部
９      基体
１０    補助基体
２０    第二給電体
２１    第二頭頂部
２２    第二接触部
３０    整合器
３２    高周波電源
３３    位相調整器
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019104976.tif 000007
【図４】
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【図５】
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