JP2004091802A - Cassette for photoreceptor, thin film deposition apparatus, and thin film deposition method - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film deposition product of less defects and excellent mass productivity at a low manufacturing cost. <P>SOLUTION: A plurality of cylindrical base bodies 26 for film deposition are erected inside a cylindrical sealed container with gas passing holes formed therein so that each axis is located at a substantially equal distance and on the same circumference. In addition, a heater 27 is formed in each cylindrical base body for film deposition to obtain a cassette 23 for photoreceptor with an a-Si layer deposited on each base body for film deposition by a hot wire CVD method. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はホットワイヤーＣＶＤ法によって円筒状の被成膜用基体上にアモルファスシリコン系の薄膜を形成するホットワイヤーＣＶＤ装置（以下、ホットワイヤーＣＶＤ装置をＨＷ−ＣＶＤ装置と略す）に用いるカセットに関するものである。さらにこのカセットを用いた薄膜堆積装置ならびに薄膜堆積方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アモルファスシリコン（以下、アモルファスシリコンをａ−Ｓｉと略記する）系の材料を用いた電子写真感光体の製作には、主にグロー放電プラズマＣＶＤ法を用いた成膜装置が広く用いられてきた。
【０００３】
この成膜装置にてａ−Ｓｉからなる電子写真感光ドラムを製作するには、図５に示すようなグロー放電プラズマＣＶＤ装置１が用いられる。
【０００４】
同図はグロー放電プラズマＣＶＤ装置１の概略構成図であって、２は円筒状の真空容器であり、この真空容器２の内部のほぼ中央に、アルミニウム金属材などからなる円筒状の導電性基体４を配置し、この導電性基体４上にグロー放電プラズマによりａ−Ｓｉ系膜を成膜する技術である。
【０００５】
導電性基体４は、その内部に設けたＳＵＳなどからなる支持体３により保持され、導電性基体４を接地電極とし、他方の高周波電力印加電極として、この外周面と等距離になるように囲んだＳＵＳなどからなる円筒状の金属電極５を配置している。
【０００６】
金属電極５には、成膜用の原料ガスを導入するガス導入管６が接続されており、金属電極５の内周面に設けられたガス吹き出し孔７から、導電性基体４に向けて両電極間に原料ガスが導入される。
【０００７】
金属電極５の上下には、接地との絶縁のためのセラミックスなどからなる絶縁リング８、８’が設けられ、金属電極５と導電性基体４との間には、高周波電源９が接続され、ガスの導入とともに、導電性基体４と金属電極５との間にてグロー放電プラズマを発生させるように成している。
【０００８】
このようなグロー放電プラズマを発生させるに当り、支持体３の内部には、ニクロム線やカートリッジヒーターなどからなる基体加熱手段１０が設けられ、導電性基体４を所望の温度に設定する。また、支持体３と導電性基体４は、回転用のモーター１１によって、回転伝達手段１２を介して一体して回転させ、これによって膜厚や膜質の均一化を図っている。
【０００９】
上記構成のグロー放電プラズマＣＶＤ装置１を用いてａ−Ｓｉ系の膜を成膜するに当たって、所定の流量やガス比に設定された原料ガスを、ガス導入管６からガス吹き出し孔７を介して両電極間に導入するとともに、真空ポンプ（図示せず）に接続された排気配管１３からの排気量を調整することにより、所定のガス圧力に設定し、そして、高周波電源９により高周波電力を印加して、両電極間にグロー放電プラズマを発生させて原料ガスを分解し、所望の温度に設定した導電性基体４上にａ−Ｓｉ系膜を成膜する。
【００１０】
しかしながら、上記のグロー放電プラズマＣＶＤ法によれば、成膜中のａ−Ｓｉ系膜の表面がプラズマによりダメージを受けるため、膜特性の向上や積層膜の界面特性の制御に限界があるという問題点があった。
【００１１】
また、グロー放電プラズマＣＶＤ装置１毎にグロー放電プラズマ発生用の高価な高周波電源が必要となることで製造コストが大きくなっていた。さらに高周波によるグロー放電プラズマの発生に伴って、電力の一部が高周波ノイズとして成膜装置の各部や外部に漏洩し、ガス流量やガス圧力ならびに基体温度の各種制御機器に対し誤動作を引き起こすという問題点もあった。
【００１２】
加えて、プラズマによる分解生成物として、ａ−Ｓｉ系膜の成膜中に副生成物として黄色の易燃性粉体が多量に発生し、真空容器内の導電性基体４以外の部位、すなわち電極や容器の内壁、排気配管系等にも付着し堆積し、その粉体が成膜中の導電性基体４表面に飛来して、成膜欠陥の発生原因となっていた。そして、成膜毎に反応炉内の粉体洗浄作業を必要とし、その取扱いに危険が伴っていた。
【００１３】
これらの課題を解消し、ａ−Ｓｉ系膜の特性を改善することを目的として、特許第１７０４１１０号と特許第３１４５５３６号において、ホットワイヤー（ＨＷ−ＣＶＤ法（このホットワイヤーＣＶＤ法は触媒ＣＶＤ法もしくはＣａｔ―ＣＶＤ法とも呼ばれる）と呼ばれる成膜方法ならびにその装置が提案されている。
【００１４】
このＨＷ−ＣＶＤ装置を図６に示す装置の概略図に基づいて説明する。
真空容器からなる反応室１４内には、被成膜用の基体１６が基体保持台１５の上に保持設置し、基体１６の上部に、適当な間隔をおいてタングステン等からなる発熱体１７が配置され、その発熱体１７を通過して基体１６上に原料ガスを供給できるようガス導入管１８が配置される。１９は排気のために用いる真空ポンプ、２０は基体加熱手段としてのヒーターである。
【００１５】
このＨＷ−ＣＶＤ装置を用いてａ−Ｓｉ系膜を成膜するには、真空ポンプ１９により真空状態に排気した反応室１４内に、ＳｉＨ_４とＨ_２の混合ガスなどからなる原料ガスをガス導入管１８より導入し、１０００〜２０００℃に加熱された発熱体１７を通過させて触媒反応を起こさせ、その反応により分解生成した反応生成物を基体１６に到達させて、ａ−Ｓｉ系膜を堆積させる。
【００１６】
さらに特許２６９２３２６号によれば、発熱体と被成膜用の基体との間に気体が通過可能な開口部を有する輻射断熱部材を設け、これによって発熱体からの輻射による基体の温度上昇を防止する技術が提案されている。
【００１７】
以上のようなＨＷ−ＣＶＤ装置に関連して、特開２０００―２７７５０１号および特開２０００−２７７５０２号には、発熱体に含まれた重金属等の不純物が膜中へ混入することを防止する技術が提案されている。
【００１８】
また、特開２００１−３４５２８０号によれば、Ｈ_２などの材料ガスが発熱体によって分解活性化されて活性種が生成される活性種生成空間と、ＳｉＨ_４などの原料ガスがこの活性種との化学反応によって基体上に膜堆積する成膜処理空間を同一真空容器内で隔離することによって、発熱体にて使用する高融点金属、たとえばタングステン線などがＳｉＨ_４と反応してシリコン化合物が生成し、その結果、発熱体の劣化を防止する技術である。
【００１９】
さらにまた、特開２００２−９３７２３号によれば、発熱体端部の支持部をカバーで覆い、その間隙に希釈ガス、不活性ガス等を導入して発熱体端部における温度低下部を原料ガスと隔離し、これによって前記シリコン化合物の生成を防止する技術である。
【００２０】
このようなＨＷ−ＣＶＤ法によれば、成膜反応においてプラズマによるダメージがなくなり、優れた膜特性が得られ、積層膜の界面特性も良好となり、しかも、水素を含むａ−Ｓｉ：Ｈ膜中の水素含有量が低減でき、これにより、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の光学的バンドギャップが小さくなり、その結果、太陽電池の光電変換効率が向上し、太陽電池やイメージセンサにおける光劣化が改善され、ＴＦＴでのキャリア移動度が改善される。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者がこのＨＷ−ＣＶＤ装置を用いて、円筒状などの基体上にａ−Ｓｉ系膜を形成し、電子写真感光体を作製したところ、プラズマＣＶＤ法にて発生したごとき易燃性粉体が生成されなかったが、その反面、分解生成物がプラズマＣＶＤ法と同様に反応室の内壁等、基体以外の部分にも多量に到達し、それでもって成膜体が形成されていた。
【００２２】
そして、このようなＨＷ−ＣＶＤ装置装置にて繰り返し成膜処理を行ったところ、基体以外の反応室の内壁に付着した成膜体が剥離し、そして、飛来することで、基体表面に付着し、成膜欠陥を発生させていた。
【００２３】
感光体の成膜欠陥は、電子写真装置において著しい画像品質の低下を招くのみならず、製造歩留まりの低下から大幅な生産性の低下を招いていた。これを防ぐには、頻繁に装置内の成膜体の除去等メンテナンスが必要となるが、頻繁に装置のメンテナンスを行うことは、著しく生産性を低下させ、製造コストが大きくなっていた。
【００２４】
したがって本発明の目的は反応室のクリーニングをできるだけ避けるようにして、製造コストを下げるとともに、複数の成膜を同時におこなう量産タイプの薄膜堆積装置ならびに薄膜堆積方法を提供することにある。
【００２５】
本発明の他の目的は、ａ−Ｓｉ系膜に対し上記のような成膜欠陥のない高品質かつ高信頼性の成膜製品が得られる薄膜堆積装置ならびに薄膜堆積方法を提供することにある。
【００２６】
また、本発明の目的は成膜欠陥のない高品質かつ高信頼性のａ−Ｓｉ電子写真感光体を提供することにある。
【００２７】
本発明のさらに他の目的は、かかる薄膜堆積装置および薄膜堆積方法に用いる感光体用カセットを提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明の感光体用カセットは、ガス通過孔を形成した円筒状の密閉容器の内部に複数個の円筒状被成膜用基体を各中心軸がほぼ等距離かつ同一円周上に立設し、さらにこれら円筒状被成膜用基体の内部に発熱体を形成して、これら各被成膜用基体に対しホットワイヤーＣＶＤ法によりａ−Ｓｉ系層を成膜せしめるように成したことを特徴とする。
【００２９】
本発明の薄膜堆積装置は、本発明の感光体用カセットを、ガス導入孔を設けた反応室内に装着しホットワイヤーＣＶＤ法により被成膜用基体上に成膜せしめるように成したことを特徴とする。
【００３０】
本発明の薄膜堆積方法は、順次下記（イ）〜（ホ）の各工程を経て、ホットワイヤーＣＶＤ法により被成膜用基体上に成膜せしめることを特徴とする。
（イ）本発明の感光体用カセットを反応室に設置する。
（ロ）反応室内に供給したガスを、前記ガス通過孔を通して感光体用カセット内に導入するとともに、発熱体を加熱し、前記被成膜用基体上にホットワイヤーＣＶＤ法により成膜する。
（ハ）前工程の感光体用カセットを反応室より取出す。
（ニ）前工程にて取出された感光体用カセットより成膜基体を取出す。
（ホ）成膜基体を取出したカセット本体をクリーニングする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面により説明する。
図１はカセットを実装したＨＷ−ＣＶＤ装置の概略を示す正面図であり、図２は、その横断面の概略図である。図３は本発明に係る発熱体の斜視図であり、図４は本発明の薄膜堆積方法に係るプロセスを示す工程図である。また、図７はａ−Ｓｉ電子写真感光体の層構成を示す断面図である。
【００３２】
（ＨＷ−ＣＶＤ装置）
図１と図２に示すＨＷ―ＣＶＤ装置２１によれば、２２は円筒形状の真空容器となる反応室であり、この反応室２２の内部に円筒形状のカセット２３を配置する。これら反応室２２とカセット２３は横断面がほぼ同心円となるように設計する。
【００３３】
このカセット２３によれば、その本体の外周壁２４に多数のガス通過孔２５を形成し、さらに本体の内部に被成膜用基体２６を設けて、被成膜用基体２６に対しホットワイヤーＣＶＤ法により成膜せしめる構成である。
【００３４】
被成膜用基体２６については、複数個を各中心軸がほぼ等距離かつ同一円周上に立設している。
【００３５】
また、かかる被成膜用基体２６の配列群に内部に発熱体２７を設けている。さらに発熱体２７の上方には導入端子２８が接続されている。
【００３６】
さらにまた、被成膜用基体２６は支持体２９によって支持固定され、この支持体２９の内部には、発熱体２７からの輻射熱を受けても成膜中の基体温度を所望の値に維持するために、基体温度制御手段３０を設ける。
【００３７】
この基体温度制御手段３０は、さらに必要に応じて温度検出手段、加熱手段および冷却手段からなる。
【００３８】
温度検出手段としては、熱電対やサーミスタ等を用いて支持体２９に保持された被成膜用基体２６の温度状態をモニターしながら、温度調節器（図示せず）により加熱手段および／または冷却手段を制御して、基体温度を所望の値に維持する。
【００３９】
上記の加熱手段には、ニクロム線やシーズヒーター、カートリッジヒーター等の電気的なものや、油等の熱媒体が用いられる。
【００４０】
前記冷却手段は、空気や窒素ガス等の気体や、水、油等からなる冷却媒体を基体温度制御手段３０の内部を循環させて用いる。
【００４１】
このような加熱手段および／または冷却手段からなる基体温度制御手段３０により、成膜中の基体温度を１００〜５００℃、好適には２００〜３５０℃の範囲内に制御するとよい。
【００４２】
さらに支持体２９は、回転モーター３４に接続された回転伝達手段３５によって基体２６と一体的に回転する。この回転伝達手段３５は真空中で接続や切り離しができる構成である。このような接続機構としては、電気的な配線については電流接続端子とソレノイドの組合せやスリップリングとブラシの組合せ等が用いられ、媒体についてはクイックカップリングとソレノイドの組合せ等が用いられる。
【００４３】
また、回転や搬送の動力の伝達については、ギヤ同士の組合せやギヤとソレノイドの組合せ等が用いられる。回転伝達手段３５と反応室２２の上壁との接点には装置内部の真空を維持する回転機構が設けられる。このような回転機構としては、回転軸を二重もしくは三重構造としてオイルシールやメカニカルシール等の真空シール手段を用いるとよい。
【００４４】
前記発熱体２７の材料としては、原料ガスの熱分解反応を起こして、その反応生成物を堆積種となすのがよい。望ましくは発熱材料自身が昇華や蒸発により堆積される膜中に混入しにくいものが選択される。
【００４５】
このような材料として、たとえばタングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、モリブデン（Ｍｏ）、Ｔｉ、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、カーボン（Ｃ）もしくはこれらの合金がある。
【００４６】
発熱体２７は反応室２２の外部から導入端子２８を介して電力が供給され、通電によるジュール熱で５００〜２２００℃、好適には８００〜２０００℃の高温に加熱される。
【００４７】
３７は反応室２２の外壁に設けたガス導入孔であり、３８は反応室２２の内部にて成膜に供与されたガスの残余を排出するガス排出孔である。
【００４８】
この装置２１によると、ガス導入孔３７より導入されたガスは、反応室２２の外壁とカセット２３との隙間に入り、さらに隙間にて拡散し、ガス通過孔２５を通してカセット２３の本体内に入る。そして、発熱体２７に到ったガスが分解され活性化され、さらに熱拡散し、その活性種の大部分は基体２６の外周面に成膜される。
【００４９】
他方、発熱体２７から外側に熱拡散する活性種の一部については、カセット２３の本体の外周壁２４の内面に成膜される場合がある。
【００５０】
成膜終了後、反応室２２の上部からカセット２３が一体的に取り出され、カセット２３はクリーニングされた後、再び複数の基体２６がセットされ、反応室２２へセットされる。
【００５１】
基体２６の材質は、製品の用途に応じて、導電性または絶縁性あるいは絶縁性基体の表面に導電処理を施したものが選択される。
【００５２】
導電性基体としては、たとえばアルミニウム（Ａｌ）、ステンレススチール（ＳＵＳ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）等の金属もしくはこれらの合金がある。
【００５３】
絶縁性基体としては、ホウ珪酸ガラスやソーダガラス、パイレックス（Ｒ）ガラス等のガラスや、セラミックス、石英、サファイヤ等の無機絶縁物、あるいはフッ素樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ビニロン、エポキシ、マイラー等の合成樹脂絶縁物がある。
【００５４】
これらの絶縁性基体は、必要に応じて、少なくとも成膜を行なう側の表面が導電処理される。この導電処理は、絶縁性基体の表面にＩＴＯ（インジウム・スズ・酸化物）、酸化錫、酸化鉛、酸化インジウム、ヨウ化銅等の導電層や、Ａｌ、Ｎｉ、金（Ａｕ）等からなる金属層を、真空蒸着法、活性反応蒸着法、イオンプレーティング法、ＲＦスパッタリング法、ＤＣスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法、ＤＣマグネトロンスパッタリング法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スプレー法、塗布法、浸漬法等で形成することで行なう。
【００５５】
つぎに発熱体２７の構成を図３に示す。
図３に示す発熱体２７によれば、（イ）、（ロ）、（ハ）の３とおりの構成でもって示すごとく、双方の導電性電極４１の間に、上述した発熱体２７の材料でもって発熱主体となるワイヤ２７ａ、もしくはフィラメント、リボン等を用いて、これを張った円筒状の構造である。
【００５６】
（イ）の発熱体２７によれば、電気的に絶縁性のリング体４０を２個用意し、これらを円筒体の上下面に配されるように設け、これらリング体４０の内側にそれぞれリング状の導電性電極４１を設けている。そして、ワイヤ２７ａをグリッド状に張った円筒状の構造である。
【００５７】
（ロ）の発熱体２７は、ワイヤ２７ａを方形状に張った円筒状の構造であり、
（ハ）の発熱体２７はワイヤ２７ａをのこぎり状に張った円筒状の構造である。
【００５８】
そして、これら円筒状の発熱体２７によれば、基体４２によりほぼ等距離の間隔にて取り囲まれた構造であり、さらにカセット３９本体の外周壁４０ともほぼ等間隔にて取り囲まれた構造である。
【００５９】
上記のように発熱体２７が円筒状であることで、その中心軸は被成膜用基体２６を配列してなる円筒形状に対し、双方の中心軸をほぼ揃えると均一な成膜が得られるという点で望ましい。
【００６０】
しかも、円筒状の発熱体２７の中心軸を円筒状の反応室２２の中心軸ともほぼ揃えると均一な成膜が得られるという点で望ましい。
【００６１】
以上のような構成の発熱体２７によれば、反応室２２の外部から端子２８を介して電力が供給され、通電によるジュール熱で５００〜２２００℃、好適には８００〜２０００℃の高温に加熱される。
【００６２】
そして、支持体２９に保持された被成膜用基体２６の位置については、発熱体２７からの熱輻射が発散され、これが吸収されるように、効果な設計をおこなうとよい。
【００６３】
本発明者が繰り返しおこなった実験によれば、支持体２９および被成膜用基体２６の材質、厚さ、大きさ等によっても異なるが、熱輻射と堆積密度、膜厚の均一性などの点から、被成膜用基体２６と発熱体２７との間隔を１０〜１５０ｍｍ、好適には４０〜８０ｍｍ、最適には５０〜７０ｍｍとするとよい。
【００６４】
本発明のＨＷ−ＣＶＤ装置２１を用いてａ−Ｓｉ系膜を成膜する場合には、そのａ−Ｓｉ系膜の原料ガスは、グロー放電プラズマＣＶＤ法にて用いられるものと同じである。
【００６５】
成膜原料ガスとしては、シリコンと水素やハロゲン元素とからなる化合物、たとえばＳｉＨ_４　、Ｓｉ_２　Ｈ_６　、Ｓｉ_３　Ｈ_８　、ＳｉＦ_４　、ＳｉＣｌ_４　、ＳｉＣｌ_２　Ｈ_２　等が用いられる。
【００６６】
希釈用ガスとしては、Ｈ_２　、Ｎ_２　、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ等が用いられる。
【００６７】
価電子制御ガスには、Ｐ型不純物としては元素周期律表第ＩＩＩ族Ｂの元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ等）を含む化合物、たとえばＢ_２　Ｈ_６　、Ｂ（ＣＨ_３　）_３　、Ａｌ（ＣＨ_３）_３　、Ａｌ（Ｃ_２　Ｈ_５　）_３　、Ｇａ（ＣＨ_３）_３　等が用いられ、Ｎ型不純物としては元素周期律表第Ｖ族Ｂの元素（Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等）を含む化合物、たとえばＰＨ_３　、Ｐ_２　Ｈ_４　、ＡｓＨ_３　、ＳｂＨ_３　等が用いられる。
【００６８】
また、バンドギャップ調整用ガスとしては、バンドギャップを拡大する元素であるＣ、Ｎ、Ｏを含む化合物、たとえばＣＨ_４　、Ｃ_２　Ｈ_２　、Ｃ_３　Ｈ_８　、Ｎ_２　、ＮＨ_３　、ＮＯ、Ｎ_２　Ｏ、ＮＯ_２　、Ｏ_２　、ＣＯ、ＣＯ_２　等や、バンドギャップを狭める元素であるＧｅ、Ｓｎを含む化合物、たとえばＧｅＨ_４　、ＳｎＨ_４　、Ｓｎ（ＣＨ_３）_３　等が用いられる。
【００６９】
成膜に当たっては、これらのガスを減圧弁やマスフローコントローラーなどを用いて所望の流量や混合比に調整し、反応室２２に導入して、カセット２３の本体の外周壁２４に形成した多数のガス通過孔２５を通して、発熱体２７に供給される。
【００７０】
成膜時のガス圧力は、０．１３３〜２６６０Ｐａ、好適には０．６６５〜１３３Ｐａ、好適には１．３３〜６６．５Ｐａに設定するとよく、ガス圧力をこの範囲に設定することで、供給されたガスが効率的に分解され、輸送される。また、反応生成物同士の気相中での２次反応が抑制され、その結果、各基体上に良質なａ−Ｓｉ系膜を形成することができる。
【００７１】
なお、より高品質の膜を得るためには、成膜を開始するに先立って、基体がセットされた後の反応室２２内を一旦１０^−４Ｐａ程度の高真空に排気し、反応室２２内の水分や残留不純物ガスを除去しておくことが望ましい。また、反応室２２には、さらに真空度をモニターする圧力計（図示せず）も接続する。
【００７２】
以上のような構成のＨＷ−ＣＶＤ装置２１によれば、ａ−Ｓｉ系電子写真感光ドラムを作製するに当り、支持体２９を筒状にして、円筒状の基体２６を保持し、そして、支持体２９の内部に基体温度制御手段３０を設けたことで、成膜中に発熱体２７からの輻射熱を受けても、ガスの利用効率を低下させることなく基体温度が所定とおりに維持できた。また、基体２６を支持体２９とともに回転させる機構を設け、その位置精度も高めたことで、各基体２６上に対しそれぞれ均質かつ均等な厚みの成膜をおこなうことができた。
【００７３】
（薄膜堆積方法）
本発明に係る薄膜堆積方法は、上記構成のＨＷ−ＣＶＤ装置２１を用いて、順次下記（イ）〜（ホ）の各工程を経る。これら各工程を図４に示す。
【００７４】
この工程の前に本発明のカセット２３を用意する。このカセット２３によれば、図１に示すごとく、カセット本体の内部に発熱体２７を形成したものであるが、さらにこの本体内に被成膜用基体２６や支持体２９を設けたものである。
【００７５】
（イ）工程：カセット２３を反応室２２（図４に示す反応炉に対応する）に設置する。
【００７６】
（ロ）前述したごとく、反応室２２内に供給したガスを、ガス通過孔２５を通してカセット２３内に導入するとともに、発熱体２７を加熱し、被成膜用基体２６上にホットワイヤーＣＶＤ法により成膜する。
【００７７】
（ハ）カセット２３を反応室２２より取出す。
【００７８】
（ニ）カセット２３より成膜基体を取出す。
【００７９】
（ホ）成膜基体を取出したカセット本体をクリーニングする。
【００８０】
カセットのクリーニングについては、ホーニング等の物理的に成膜体を除去する方法や、苛性ソーダ等のアルカリ系の溶剤と反応させて化学的に成膜体を除去する方法が用いられる。
【００８１】
このような方法によれば、発熱体２７から熱拡散された化学種のうちの、基体以外に付着する化学種のほぼ全体をカセット２３の内部にて捕獲し、これにより、簡易な構造でもって当該カセットを成膜毎にクリーニングすることができ、その結果、反応室２２を成膜毎にクリーニングする必要がなくなり、量産性が向上する。
【００８２】
かくして本発明の薄膜堆積方法によれば、カセット２３を反応室２２より取出すだけで、そのカセット２３のみをクレーニングすればよく、従来のごとく反応室をクリーニングすることもなくなり、これにより、簡便なクリーニングとなり、その結果、製造工程が削減し、製造コストを下げることができた。
【００８３】
また、本発明の薄膜堆積方法によれば、前記構成のＨＷ−ＣＶＤ装置２１のごとく、被成膜用基体２６は円筒状の発熱体２７の内部に配置されており、この発熱体２７の外周に円筒状のカセット本体を設け、これら被成膜用基体２６と発熱体２７とカセット本体とを同軸にて同心円状に配置したことで、カセット２３は反応室２２に比べ、小さな容積となり、その結果、この容積内のガスが成膜に効率的寄与されることで、製造コストを低下させることができた。
【００８４】
さらにまた、本発明によれば、カセット２３の本体の外周壁２４に多数のガス通過孔２５を形成したことで、カセット２３の本体の内壁に成膜されようとしても、それがガス流によって阻害され、その結果、ガスが効率的に利用され、製造コストを低減させることができた。
【００８５】
しかも、従来のＨＷ−ＣＶＤ装置によれば、その反応室の内壁に付着した成膜体が剥離し、そして、飛来することで、基体表面に付着し、成膜欠陥を発生させていたが、これに対し、そのように反応室の内壁に成膜体が付着し、そして、剥離することもなくなった。また、成膜中に剥がれた成膜体の被成膜用基体２６への飛来を大幅に減少させ、その結果、成膜欠陥のない高品質かつ高信頼性のａ−Ｓｉ成膜製品、たとえばａ−Ｓｉ電子写真感光体が得られた。
【００８６】
【実施例】
以下、実施例を述べる。
上述したＨＷ−ＣＶＤ装置２１を用いて、図７に示す層構成のａ−Ｓｉ電子写真感光ドラムを作製した。
【００８７】
同図において、表面を鏡面仕上げしたアルミニウム金属からなる円筒状の基体４５（外径３０ｍｍ、長手寸法２５４ｍｍ）の外周面上にキャリア注入阻止層４６、光導電層４７および表面保護層４８を順次積層している。
【００８８】
また、カセット２３によれば、９本の被成膜用基体２６（基体４５）を各中心軸がほぼ等距離かつ同一円周上に立設している。
【００８９】
発熱体２７には、０．５ｍｍ径の純度９９．９９％のタングステンワイヤ２７ａを用いて、図３の（ロ）に示す構成でもって配置したものである。そして、このような発熱体２７と基体２６との距離は５０ｍｍとした。また、基体の加熱手段３１にはカートリッジヒーターを用いた。
【００９０】
この装置２１によれば、基体温度を２５０℃に加熱しながら、ロータリーポンプとターボ分子ポンプにより１×１０^−４　Ｐａの真空度まで真空排気を行なった。
【００９１】
つぎに発熱体２７に対し通電し、１８００℃に加熱し、表１の成膜条件でもってキャリア注入阻止層４６、光導電層４７および表面保護層４８を順次形成し、ａ−Ｓｉ電子写真感光ドラム（以下、ａ−Ｓｉドラムと略す）Ａを作製した。
【００９２】
【表１】

【００９３】
このａ−ＳｉドラムＡの帯電特性を、＋６ｋＶの電圧を印加したコロナ帯電器を用いて測定し、光感度特性をセンター波長６８０ｎｍ、半値幅２ｎｍに分光された単色光にて２５０Ｖからの半減露光量、残留電位にて評価したところ、帯電能２５０Ｖ、半減露光量０．４０μＪ／ｃｍ^２と良好で、残留電位も５Ｖ以下優れた特性を示した。
【００９４】
そして、このａ−ＳｉドラムＡを京セラ製電子写真プリンタＦＳ−１８００に搭載し，画像評価を行なった結果、バックかぶりのない、解像力の優れた画像が得られた。
【００９５】
つぎに、装置の連続成膜回数と、画像における黒点や白点等の画像欠陥の発生数を評価した結果を表２に示す。この発生数は、連続成膜にて欠陥発止率が１０％以下である回数である。
【００９６】
同表において、装置１は上記の本発明のＨＷ−ＣＶＤ装置２１を用いて、成膜毎にカセット２３のクリーニングを行った場合である。
【００９７】
また、比較例として、装置２は特許３１４５５３６号公報に記載の従来のａ−Ｓｉ感光体用ＨＷ−ＣＶＤ装置を用いて、すなわち同公報にて実施例の例１において図１に示す触媒ＣＶＤ装置を用いて、その真空装置のクリーニングを行わなかった場合である。さらにまた、装置３は従来のプラズマＣＶＤ装置であり、成膜毎に真空装置のクリーニング（反応室の分解・洗浄）を行った場合である。
【００９８】
【表２】

【００９９】
この表から明らかなとおり、本発明によれば、真空装置のクリーニングを行わなくても、欠陥の少ない量産性に優れたＨＷ−ＣＶＤ装置を提供できた。
【０１００】
上記の結果から明らかなように、従来の装置においては数回にて欠陥発生率が大幅に増加しているのに対し、真空装置のクリーニングを行わなくても初期の状態を維持できる量産性に優れたＨＷ−ＣＶＤ装置を提供できた。
【０１０１】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改良等はなんら差し支えない。
【０１０２】
たとえば、被成膜用基体を円筒体にして、ａ−Ｓｉ電子写真感光体を作製する場合を例にしたが、これに代えて、被成膜用基体を平板にしてもよく、そして、これに伴なって発熱体およびカセット本体の形状を変えればよい。
【０１０３】
また、この例では一つの真空容器における実施例を示したが、その他の変形例として、特許３１４５５３６号の例３に記載したごとく、同様の真空容器を複数個連結した装置であっても、本発明と同じ作用効果を奏する。
【０１０４】
さらにまた、発熱体として円筒形状にしたが、これに代えて、線状ワイヤの発熱体を、そのカセットのほぼ中心軸に配設した構造でもよい。その他、平板状の発熱体を設けてもよい。
【０１０５】
また、図８〜図１１に示すような発熱体でもよい。
図８に示す発熱体によれば、複数のフィラメント５０を並列に接続して線状した構造であり、図９に示す発熱体は、複数のフィラメント５０を並列に接続して円筒状にした構造である。また、図１０に示す発熱体は、セラミック等耐熱絶縁部材５１からなるパイプに、らせん状にフィラメント５０を巻き付けた構造である。図１１の発熱体は、セラミック等耐熱絶縁部材５１を用いないで、らせん状にフィラメント５０を巻き付け、筒状に成形した構造である。図１２の発熱体は、面状の発熱体５２を筒状に成型した構造である。
【０１０６】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の感光体用カセットによれば、ガス通過孔を形成した円筒状の密閉容器の内部に複数個の円筒状被成膜用基体を各中心軸がほぼ等距離かつ同一円周上に立設し、さらにこれら円筒状被成膜用基体の内部に発熱体を形成して、これら各被成膜用基体に対しホットワイヤーＣＶＤ法によりａ−Ｓｉ系層を成膜せしめるように成し、そして、本発明の薄膜堆積方法において、順次（イ）本発明の感光体用カセットを反応室に設置する、（ロ）反応室内に供給したガスを、前記ガス通過孔を通して感光体用カセット内に導入するとともに、発熱体を加熱し、前記被成膜用基体上にホットワイヤーＣＶＤ法により成膜する、（ハ）前工程の感光体用カセットを反応室より取出す、（ニ）前工程にて取出された感光体用カセットより成膜基体を取出す、（ホ）成膜基体を取出したカセット本体をクリーニングする、という各工程を経て、ホットワイヤーＣＶＤ法により被成膜用基体上に成膜せしめることで、成膜毎に反応室のクリーニングを行わなくても欠陥の少ない量産性に優れた成膜製品が得られた。
【０１０７】
また、本発明のカセットまたは本発明の薄膜堆積装置を用いたことで、もしくは本発明の薄膜堆積方法を用いたことで、ガスが効率的に利用され、その結果、製造コストを低減させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜堆積方法または薄膜堆積装置に用いるカセットを実装したＨＷ−ＣＶＤ装置の概略を示す正面図である。
【図２】本発明のＨＷ−ＣＶＤ装置の概略を示す断面図である。
【図３】（イ）〜（ハ）は本発明に係る発熱体の斜視図である。
【図４】本発明の薄膜堆積方法を示す工程図である。
【図５】従来のグロー放電プラズマＣＶＤ装置の概略を示す正面図である。
【図６】従来のＨＷ−ＣＶＤ装置の概略を示す正面図である。
【図７】ａ−Ｓｉ電子写真感光体の層構成を示す断面図である。
【図８】発熱体の変形例を示す斜視図である。
【図９】発熱体の変形例を示す斜視図である。
【図１０】発熱体の変形例を示す斜視図である。
【図１１】発熱体の変形例を示す斜視図である。
【図１２】発熱体の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
２１・・・ＨＷ―ＣＶＤ装置
２２・・・反応室
２３・・・カセット
２６・・・被成膜用基体
２７・・・発熱体
２９・・・支持体
３０・・・基体温度制御手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cassette used in a hot wire CVD apparatus for forming an amorphous silicon-based thin film on a cylindrical substrate for film formation by a hot wire CVD method (hereinafter, the hot wire CVD apparatus is abbreviated as an HW-CVD apparatus). It is. Further, the present invention relates to a thin film deposition apparatus and a thin film deposition method using the cassette.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a film forming apparatus mainly using a glow discharge plasma CVD method has been widely used for manufacturing an electrophotographic photosensitive member using an amorphous silicon (hereinafter, amorphous silicon is abbreviated as a-Si) -based material. Was.
[0003]
To manufacture an electrophotographic photosensitive drum made of a-Si using this film forming apparatus, a glow discharge plasma CVD apparatus 1 as shown in FIG. 5 is used.
[0004]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a glow discharge plasma CVD apparatus 1. Numeral 2 denotes a cylindrical vacuum vessel, and a cylindrical conductive substrate made of aluminum metal material or the like is provided substantially in the center of the vacuum vessel 2. In this technique, an a-Si film is formed on the conductive substrate 4 by glow discharge plasma.
[0005]
The conductive base 4 is held by a support 3 made of SUS or the like provided therein, and the conductive base 4 is used as a ground electrode and is surrounded by the other high-frequency power application electrode so as to be equidistant from the outer peripheral surface. A cylindrical metal electrode 5 made of SUS or the like is arranged.
[0006]
A gas introduction pipe 6 for introducing a source gas for film formation is connected to the metal electrode 5. Both gas introduction pipes 6 are provided to the conductive substrate 4 from gas blowing holes 7 provided on the inner peripheral surface of the metal electrode 5. A source gas is introduced between the electrodes.
[0007]
Above and below the metal electrode 5, insulating rings 8 and 8 'made of ceramic or the like for insulation from ground are provided. A high-frequency power source 9 is connected between the metal electrode 5 and the conductive base 4, Glow discharge plasma is generated between the conductive substrate 4 and the metal electrode 5 with the introduction of the gas.
[0008]
In generating such a glow discharge plasma, a substrate heating means 10 including a nichrome wire, a cartridge heater, or the like is provided inside the support 3 to set the conductive substrate 4 to a desired temperature. Further, the support 3 and the conductive substrate 4 are integrally rotated by a rotation motor 11 via a rotation transmitting means 12, thereby achieving uniform film thickness and film quality.
[0009]
In forming an a-Si-based film using the glow discharge plasma CVD apparatus 1 having the above-described configuration, a source gas set to a predetermined flow rate and a gas ratio is supplied from a gas introduction pipe 6 through a gas blowing hole 7. A predetermined gas pressure is set by adjusting the amount of gas exhausted from an exhaust pipe 13 connected to a vacuum pump (not shown) while being introduced between both electrodes, and high frequency power is applied by a high frequency power supply 9. Then, a glow discharge plasma is generated between the two electrodes to decompose the source gas, and an a-Si-based film is formed on the conductive substrate 4 set at a desired temperature.
[0010]
However, according to the above-described glow discharge plasma CVD method, since the surface of the a-Si film during film formation is damaged by plasma, there is a problem that there is a limit in improving film characteristics and controlling the interface characteristics of the laminated film. There was a point.
[0011]
In addition, an expensive high-frequency power supply for generating glow discharge plasma is required for each glow discharge plasma CVD apparatus 1, thereby increasing the manufacturing cost. Furthermore, with the generation of glow discharge plasma due to high frequency, a part of the power leaks as high frequency noise to various parts of the film forming apparatus and to the outside, causing malfunctions in various control devices for gas flow rate, gas pressure and substrate temperature. There were also points.
[0012]
In addition, as a decomposition product by plasma, a large amount of yellow flammable powder is generated as a by-product during the formation of the a-Si-based film, and a portion other than the conductive substrate 4 in the vacuum vessel, that is, The powder adheres and deposits on the electrodes, the inner wall of the container, the exhaust pipe system, and the like, and the powder flies to the surface of the conductive substrate 4 during the film formation, causing a film formation defect. In addition, a powder cleaning operation in the reaction furnace is required for each film formation, and handling thereof involves danger.
[0013]
For the purpose of solving these problems and improving the characteristics of the a-Si based film, Japanese Patent Nos. 1704110 and 3145536 disclose hot wire (HW-CVD method (this hot wire CVD method is a catalytic CVD method). Alternatively, a film formation method called “Cat-CVD method” and an apparatus therefor have been proposed.
[0014]
This HW-CVD apparatus will be described based on the schematic view of the apparatus shown in FIG.
In a reaction chamber 14 composed of a vacuum vessel, a substrate 16 for film formation is held and installed on a substrate holder 15, and a heating element 17 composed of tungsten or the like is provided at an appropriate interval above the substrate 16. The gas introduction pipe 18 is arranged so that the source gas can be supplied onto the base 16 through the heating element 17. 19 is a vacuum pump used for evacuation, and 20 is a heater as substrate heating means.
[0015]
In order to form an a-Si based film using this HW-CVD apparatus, a raw material gas such as a mixed gas of SiH ₄ and H ₂ is introduced into a reaction chamber 14 evacuated to a vacuum state by a vacuum pump 19. An a-Si based film is introduced by introducing through an inlet tube 18 and passing through a heating element 17 heated to 1000 to 2000 ° C. to cause a catalytic reaction. The reaction product decomposed and generated by the reaction reaches the substrate 16. Is deposited.
[0016]
Further, according to Japanese Patent No. 2692226, a radiant heat insulating member having an opening through which a gas can pass is provided between a heating element and a substrate for film formation, thereby preventing a temperature rise of the substrate due to radiation from the heating element. A technique has been proposed.
[0017]
JP-A-2000-277501 and JP-A-2000-277502 in relation to the HW-CVD apparatus described above disclose techniques for preventing impurities such as heavy metals contained in a heating element from being mixed into a film. Has been proposed.
[0018]
According to JP-A-2001-345280, an active species generation space in which a material gas such as H ₂ is decomposed and activated by a heating element to generate an active species, and a raw material gas such as SiH ₄ is By isolating the film formation processing space for depositing a film on the substrate by the chemical reaction in the same vacuum vessel, the refractory metal used in the heating element, such as a tungsten wire, reacts with SiH ₄ to produce a silicon compound. As a result, this is a technique for preventing deterioration of the heating element.
[0019]
Further, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-93723, a supporting portion at the end of the heating element is covered with a cover, and a diluent gas, an inert gas, or the like is introduced into a gap between the supporting section and the lowering portion of the temperature at the end of the heating element. This is a technique for preventing generation of the silicon compound.
[0020]
According to such an HW-CVD method, the film is not damaged by plasma in the film forming reaction, excellent film characteristics are obtained, the interface characteristics of the laminated film are improved, and the hydrogen-containing a-Si: H film is used. , The optical band gap of the a-Si: H film is reduced, and as a result, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is improved, and the photodeterioration in the solar cell and the image sensor is improved. In addition, the carrier mobility in the TFT is improved.
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the present inventor formed an a-Si based film on a cylindrical substrate or the like using this HW-CVD apparatus to produce an electrophotographic photoreceptor, it was found that flame-retardant fuel such as that generated by a plasma CVD method was used. No conductive powder was generated, but on the other hand, a large amount of decomposition products reached parts other than the substrate, such as the inner wall of the reaction chamber, as in the case of the plasma CVD method, whereby a film was formed. .
[0022]
Then, when the film formation process was repeatedly performed with such an HW-CVD apparatus, the film formed on the inner wall of the reaction chamber other than the substrate was peeled off and flew off, and adhered to the surface of the substrate. In this case, a film formation defect was generated.
[0023]
Defects in film formation on the photoreceptor not only cause a significant reduction in image quality in an electrophotographic apparatus, but also cause a significant reduction in productivity due to a reduction in manufacturing yield. To prevent this, frequent maintenance such as removal of the film in the apparatus is required. However, frequent maintenance of the apparatus significantly reduces productivity and increases manufacturing cost.
[0024]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a mass-production type thin film deposition apparatus and a thin film deposition method for simultaneously performing a plurality of film formations while minimizing manufacturing costs while minimizing cleaning of a reaction chamber.
[0025]
Another object of the present invention is to provide a thin film deposition apparatus and a thin film deposition method capable of obtaining a high-quality and highly reliable film-formed product without the above-mentioned film-forming defects for an a-Si-based film. .
[0026]
Another object of the present invention is to provide a high-quality and highly reliable a-Si electrophotographic photosensitive member having no film formation defects.
[0027]
Still another object of the present invention is to provide a photoconductor cassette used in such a thin film deposition apparatus and method.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
The photoreceptor cassette according to the present invention has a plurality of cylindrical film-forming substrates erected on the same circumference at substantially the same center axis in a cylindrical closed container having a gas passage hole. Further, a heating element is formed inside the cylindrical film-forming substrate, and an a-Si-based layer is formed on each of the film-forming substrates by a hot wire CVD method. And
[0029]
The thin film deposition apparatus of the present invention is characterized in that the photoreceptor cassette of the present invention is mounted in a reaction chamber provided with a gas introduction hole, and a film is formed on a substrate for film formation by a hot wire CVD method. And
[0030]
The thin film deposition method of the present invention is characterized in that a thin film is formed on a substrate to be formed by a hot wire CVD method through the following steps (a) to (e) sequentially.
(A) The photoreceptor cassette of the present invention is installed in a reaction chamber.
(B) The gas supplied into the reaction chamber is introduced into the photoreceptor cassette through the gas passage hole, the heating element is heated, and a film is formed on the substrate for film formation by a hot wire CVD method.
(C) Remove the photoconductor cassette in the previous step from the reaction chamber.
(D) The film-forming substrate is taken out of the photoconductor cassette taken out in the previous step.
(E) Cleaning the cassette body from which the film-forming substrate has been removed.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front view schematically showing an HW-CVD apparatus on which a cassette is mounted, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view thereof. FIG. 3 is a perspective view of a heating element according to the present invention, and FIG. 4 is a process diagram showing a process according to a thin film deposition method of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the layer structure of the a-Si electrophotographic photosensitive member.
[0032]
(HW-CVD equipment)
According to the HW-CVD apparatus 21 shown in FIGS. 1 and 2, reference numeral 22 denotes a reaction chamber which is a cylindrical vacuum vessel, and a cylindrical cassette 23 is disposed inside the reaction chamber 22. The reaction chamber 22 and the cassette 23 are designed such that their cross sections are substantially concentric.
[0033]
According to the cassette 23, a large number of gas passage holes 25 are formed in the outer peripheral wall 24 of the main body, and a substrate 26 for film formation is provided inside the main body. This is a configuration in which a film is formed by a method.
[0034]
A plurality of film-forming substrates 26 are provided with their central axes standing at substantially the same distance and on the same circumference.
[0035]
Further, a heating element 27 is provided inside the array of the film-forming substrates 26. Further, an introduction terminal 28 is connected above the heating element 27.
[0036]
Furthermore, the substrate 26 for film formation is supported and fixed by a support 29, and the temperature of the substrate during film formation is maintained at a desired value inside the support 29 even when radiant heat from the heating element 27 is received. For this purpose, a substrate temperature control means 30 is provided.
[0037]
The substrate temperature control unit 30 further includes a temperature detection unit, a heating unit, and a cooling unit as needed.
[0038]
As the temperature detecting means, while monitoring the temperature state of the film-forming substrate 26 held on the support 29 using a thermocouple, a thermistor, or the like, a heating means and / or a cooling means by a temperature controller (not shown). Control the means to maintain the substrate temperature at the desired value.
[0039]
As the above-mentioned heating means, an electric one such as a nichrome wire, a sheath heater, a cartridge heater or the like, or a heat medium such as oil is used.
[0040]
As the cooling means, a gas such as air or nitrogen gas, or a cooling medium made of water, oil or the like is circulated and used inside the base temperature control means 30.
[0041]
The substrate temperature during film formation may be controlled within the range of 100 to 500 ° C., preferably 200 to 350 ° C. by the substrate temperature control unit 30 including such a heating unit and / or a cooling unit.
[0042]
Further, the support 29 is rotated integrally with the base 26 by the rotation transmitting means 35 connected to the rotation motor 34. The rotation transmitting means 35 is configured to be connected and disconnected in a vacuum. As such a connection mechanism, a combination of a current connection terminal and a solenoid or a combination of a slip ring and a brush is used for electric wiring, and a combination of a quick coupling and a solenoid is used for a medium.
[0043]
For transmission of power for rotation and conveyance, combinations of gears or combinations of gears and solenoids are used. A rotation mechanism for maintaining a vacuum inside the apparatus is provided at a contact point between the rotation transmitting means 35 and the upper wall of the reaction chamber 22. As such a rotating mechanism, it is preferable to use a vacuum sealing means such as an oil seal or a mechanical seal having a double or triple structure of the rotating shaft.
[0044]
As the material of the heating element 27, it is preferable to cause a thermal decomposition reaction of the raw material gas and to use the reaction product as a deposited species. Desirably, a material in which the heat generating material itself hardly mixes into a film deposited by sublimation or evaporation is selected.
[0045]
Such materials include, for example, tungsten (W), platinum (Pt), palladium (Pd), molybdenum (Mo), Ti, niobium (Nb), tantalum (Ta), cobalt (Co), Ni, Cr, Mn, There is carbon (C) or an alloy thereof.
[0046]
Electric power is supplied to the heating element 27 from the outside of the reaction chamber 22 through the introduction terminal 28, and the heating element 27 is heated to a high temperature of 500 to 2200 ° C., preferably 800 to 2000 ° C. by Joule heat by energization.
[0047]
Reference numeral 37 denotes a gas introduction hole provided on the outer wall of the reaction chamber 22, and reference numeral 38 denotes a gas discharge hole for discharging the remaining gas provided for film formation inside the reaction chamber 22.
[0048]
According to this device 21, the gas introduced from the gas introduction hole 37 enters the gap between the outer wall of the reaction chamber 22 and the cassette 23, diffuses further in the gap, and enters the main body of the cassette 23 through the gas passage hole 25. . Then, the gas reaching the heating element 27 is decomposed and activated, and further thermally diffused, and most of the active species are deposited on the outer peripheral surface of the base 26.
[0049]
On the other hand, a part of the active species that diffuses heat outward from the heating element 27 may be formed on the inner surface of the outer peripheral wall 24 of the main body of the cassette 23 in some cases.
[0050]
After the film formation, the cassette 23 is integrally taken out from the upper part of the reaction chamber 22, the cassette 23 is cleaned, and a plurality of substrates 26 are set again and set in the reaction chamber 22.
[0051]
The material of the base 26 is selected to be conductive or insulative or to be subjected to a conductive treatment on the surface of the insulating base, depending on the use of the product.
[0052]
Examples of the conductive substrate include metals such as aluminum (Al), stainless steel (SUS), iron (Fe), nickel (Ni), chromium (Cr), manganese (Mn), copper (Cu), and titanium (Ti). Or there are these alloys.
[0053]
Examples of the insulating substrate include glass such as borosilicate glass, soda glass, and Pyrex (R) glass; inorganic insulators such as ceramics, quartz, and sapphire; or fluororesins, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyester, polyethylene, polypropylene, and polystyrene. And synthetic resin insulators such as polyamide, vinylon, epoxy and mylar.
[0054]
These insulating substrates are subjected to a conductive treatment at least on the surface on which a film is to be formed, if necessary. This conductive treatment includes a conductive layer of ITO (indium tin oxide), tin oxide, lead oxide, indium oxide, copper iodide, or the like, Al, Ni, gold (Au), or the like on the surface of the insulating substrate. The metal layer is formed by vacuum evaporation, active reaction evaporation, ion plating, RF sputtering, DC sputtering, RF magnetron sputtering, DC magnetron sputtering, thermal CVD, plasma CVD, spraying, coating, It is performed by forming by an immersion method or the like.
[0055]
Next, the configuration of the heating element 27 is shown in FIG.
According to the heating element 27 shown in FIG. 3, the material of the heating element 27 described above is provided between the two conductive electrodes 41 as shown in the three configurations (a), (b), and (c). This is a cylindrical structure that is stretched using a wire 27a or a filament, a ribbon, or the like that mainly generates heat.
[0056]
According to the heating element 27 of (a), two electrically insulative ring bodies 40 are prepared and provided on the upper and lower surfaces of the cylindrical body. An electrically conductive electrode 41 is provided. And, it has a cylindrical structure in which the wires 27a are stretched in a grid shape.
[0057]
The heating element 27 in (b) has a cylindrical structure in which a wire 27a is stretched in a square shape.
The heating element 27 of (c) has a cylindrical structure in which a wire 27a is stretched in a sawtooth shape.
[0058]
According to these cylindrical heating elements 27, the structure is such that they are surrounded by the base 42 at substantially equal intervals, and furthermore, they are also surrounded by the outer peripheral wall 40 of the cassette 39 main body at substantially equal intervals. .
[0059]
Since the heating element 27 has a cylindrical shape as described above, a uniform film can be obtained when the central axes thereof are substantially aligned with the cylindrical shape in which the bases 26 for film formation are arranged. This is desirable.
[0060]
Moreover, it is desirable that the central axis of the cylindrical heating element 27 be substantially aligned with the central axis of the cylindrical reaction chamber 22, since uniform film formation can be obtained.
[0061]
According to the heating element 27 having the above-described configuration, electric power is supplied from the outside of the reaction chamber 22 through the terminal 28 and heated to a high temperature of 500 to 2200 ° C., preferably 800 to 2000 ° C. by Joule heat by energization. Is done.
[0062]
The position of the film-forming base 26 held by the support 29 is preferably designed so that heat radiation from the heating element 27 is radiated and absorbed.
[0063]
According to experiments repeatedly performed by the inventor of the present invention, although it depends on the material, thickness, size, and the like of the support 29 and the film-forming substrate 26, the heat radiation and the deposition density, the uniformity of the film thickness, etc. Therefore, the distance between the base 26 for film formation and the heating element 27 is preferably 10 to 150 mm, preferably 40 to 80 mm, and most preferably 50 to 70 mm.
[0064]
When forming an a-Si based film using the HW-CVD apparatus 21 of the present invention, the source gas of the a-Si based film is the same as that used in the glow discharge plasma CVD method.
[0065]
As a film forming material gas, a compound composed of silicon and hydrogen or a halogen element, for example, SiH ₄ , Si ₂ H ₆ , Si ₃ H ₈ , SiF ₄ , SiCl ₄ , SiCl ₂ H ₂ or the like is used.
[0066]
As the diluting gas, H ₂ , N ₂ , He, Ar, Ne, Xe or the like is used.
[0067]
The valence electron control gas includes a compound containing an element (B, Al, Ga, or the like) of Group IIIB of the periodic table as a P-type impurity, for example, B ₂ H ₆ , B (CH ₃ ) ₃ , Al (CH ₃ ) ₃ , Al (C ₂ H ₅ ) ₃ , Ga (CH ₃ ) ₃ or the like is used, and a compound containing an element (P, As, Sb, or the like) of Group V B of the periodic table as an N-type impurity is used. For example, PH ₃ , P ₂ H ₄ , AsH ₃ , SbH _{3 and the} like are used.
[0068]
Examples of the band gap adjusting gas include compounds containing C, N, and O, which are elements for expanding the band gap, such as CH ₄ , C ₂ H ₂ , C ₃ H ₈ , N ₂ , NH ₃ , NO, and N. ₂ O, NO ₂ , O ₂ , CO, CO ₂ and the like, and compounds containing Ge and Sn which are band gap narrowing elements, for example, GeH ₄ , SnH ₄ , Sn (CH ₃ ) _{3 and the} like are used.
[0069]
In forming the film, these gases are adjusted to a desired flow rate and mixing ratio using a pressure reducing valve, a mass flow controller, or the like, introduced into the reaction chamber 22, and a large number of gases formed on the outer peripheral wall 24 of the main body of the cassette 23 are formed. The heat is supplied to the heating element 27 through the passage hole 25.
[0070]
The gas pressure at the time of film formation may be set to 0.133 to 2660 Pa, preferably 0.665 to 133 Pa, and preferably 1.33 to 66.5 Pa. The decomposed gas is efficiently decomposed and transported. In addition, a secondary reaction in the gas phase between the reaction products is suppressed, and as a result, a high-quality a-Si-based film can be formed on each substrate.
[0071]
In order to obtain a higher quality film, before starting the film formation, the inside of the reaction chamber 22 after the substrate is set is once evacuated to a high vacuum of about 10 ⁻⁴ Pa, It is desirable to remove moisture and residual impurity gas in the inside. Further, a pressure gauge (not shown) for monitoring the degree of vacuum is further connected to the reaction chamber 22.
[0072]
According to the HW-CVD apparatus 21 having the above-described configuration, in manufacturing the a-Si electrophotographic photosensitive drum, the support 29 is formed into a cylindrical shape, the cylindrical base 26 is held, and the support is formed. By providing the substrate temperature control means 30 inside the body 29, the substrate temperature could be maintained at a predetermined level without lowering the gas use efficiency, even if radiant heat from the heating element 27 was received during film formation. Further, by providing a mechanism for rotating the base 26 together with the support 29 and increasing the positional accuracy, a film having a uniform and uniform thickness can be formed on each base 26.
[0073]
(Thin film deposition method)
The thin film deposition method according to the present invention sequentially performs the following steps (a) to (e) using the HW-CVD apparatus 21 having the above configuration. Each of these steps is shown in FIG.
[0074]
Before this step, the cassette 23 of the present invention is prepared. According to the cassette 23, as shown in FIG. 1, a heating element 27 is formed inside the cassette main body, and further, a substrate 26 for film formation and a support 29 are provided in the main body. .
[0075]
(A) Step: The cassette 23 is set in the reaction chamber 22 (corresponding to the reaction furnace shown in FIG. 4).
[0076]
(B) As described above, the gas supplied into the reaction chamber 22 is introduced into the cassette 23 through the gas passage hole 25, the heating element 27 is heated, and the gas is supplied onto the substrate 26 for film formation by the hot wire CVD method. Form a film.
[0077]
(C) Remove the cassette 23 from the reaction chamber 22.
[0078]
(D) Take out the film-forming substrate from the cassette 23.
[0079]
(E) Cleaning the cassette body from which the film-forming substrate has been removed.
[0080]
For the cleaning of the cassette, a method of physically removing the film-forming material such as honing or a method of chemically removing the film-forming material by reacting with an alkaline solvent such as caustic soda is used.
[0081]
According to such a method, of the chemical species thermally diffused from the heating element 27, almost the entirety of the chemical species adhering to other than the substrate is captured inside the cassette 23, thereby providing a simple structure. The cassette can be cleaned for each film formation, and as a result, it is not necessary to clean the reaction chamber 22 for each film formation, and mass productivity is improved.
[0082]
Thus, according to the thin film deposition method of the present invention, it is only necessary to take out the cassette 23 from the reaction chamber 22 and clean only the cassette 23, and it is not necessary to clean the reaction chamber as in the related art. Cleaning was performed, and as a result, the number of manufacturing steps was reduced, and the manufacturing cost was reduced.
[0083]
Further, according to the thin film deposition method of the present invention, like the HW-CVD apparatus 21 having the above-described configuration, the base 26 for film formation is disposed inside the cylindrical heating element 27. The cassette 23 has a smaller volume than the reaction chamber 22 by providing a cylindrical cassette main body and arranging the film-forming base 26, the heating element 27, and the cassette main body coaxially and concentrically. As a result, the gas in this volume efficiently contributed to the film formation, thereby reducing the manufacturing cost.
[0084]
Furthermore, according to the present invention, since a large number of gas passage holes 25 are formed in the outer peripheral wall 24 of the main body of the cassette 23, even if a film is to be formed on the inner wall of the main body of the cassette 23, it is inhibited by the gas flow. As a result, the gas was efficiently used, and the production cost could be reduced.
[0085]
In addition, according to the conventional HW-CVD apparatus, the film adhered to the inner wall of the reaction chamber was peeled off and flew, adhered to the substrate surface, and caused a film formation defect. On the other hand, the film adhered to the inner wall of the reaction chamber and did not peel off. In addition, it greatly reduces the amount of a film that has been peeled off during film formation to the substrate 26 for film formation, and as a result, a high-quality and highly reliable a-Si film-formed product free from film formation defects, for example, An a-Si electrophotographic photoreceptor was obtained.
[0086]
【Example】
Hereinafter, examples will be described.
Using the HW-CVD apparatus 21 described above, an a-Si electrophotographic photosensitive drum having the layer configuration shown in FIG. 7 was manufactured.
[0087]
In the figure, a carrier injection blocking layer 46, a photoconductive layer 47 and a surface protection layer 48 are sequentially laminated on the outer peripheral surface of a cylindrical base 45 (outside diameter 30 mm, longitudinal dimension 254 mm) made of aluminum metal whose surface is mirror-finished. are doing.
[0088]
Further, according to the cassette 23, nine film-forming substrates 26 (substrates 45) are erected on the same circumference with their central axes being substantially equidistant.
[0089]
As the heating element 27, a tungsten wire 27a having a diameter of 0.5 mm and a purity of 99.99% is used and arranged in the configuration shown in FIG. The distance between the heating element 27 and the base 26 was set to 50 mm. In addition, a cartridge heater was used as the substrate heating means 31.
[0090]
According to the apparatus 21, the vacuum evacuation was performed to a degree of vacuum of 1 × 10 ⁻⁴ Pa using a rotary pump and a turbo molecular pump while heating the substrate temperature to 250 ° C.
[0091]
Next, the heating element 27 is energized and heated to 1800 ° C., and the carrier injection blocking layer 46, the photoconductive layer 47 and the surface protection layer 48 are sequentially formed under the film forming conditions shown in Table 1, and a-Si electrophotographic photosensitive A drum (hereinafter abbreviated as a-Si drum) A was produced.
[0092]
[Table 1]

[0093]
The charging characteristics of the a-Si drum A were measured using a corona charger to which a voltage of +6 kV was applied, and the light sensitivity characteristics were reduced by half-exposure from 250 V to monochromatic light having a center wavelength of 680 nm and a half width of 2 nm. As a result, the chargeability was 250 V, the half-life exposure amount was 0.40 μJ / cm ^2, and the residual potential was 5 V or less.
[0094]
Then, the a-Si drum A was mounted on an electrophotographic printer FS-1800 manufactured by Kyocera, and image evaluation was performed. As a result, an image with no back fog and excellent resolution was obtained.
[0095]
Next, Table 2 shows the results of evaluating the number of continuous film formations performed by the apparatus and the number of occurrences of image defects such as black spots and white spots in images. The number of occurrences is the number of times that the defect stopping rate is 10% or less in continuous film formation.
[0096]
In the table, the apparatus 1 is a case where the cassette 23 is cleaned for each film formation using the above-described HW-CVD apparatus 21 of the present invention.
[0097]
As a comparative example, the apparatus 2 uses a conventional HW-CVD apparatus for a-Si photoreceptor described in Japanese Patent No. 3145536, that is, the catalytic CVD apparatus shown in FIG. Is the case where the cleaning of the vacuum device was not performed using Furthermore, the apparatus 3 is a conventional plasma CVD apparatus, in which the vacuum apparatus is cleaned (decomposition / cleaning of the reaction chamber) for each film formation.
[0098]
[Table 2]

[0099]
As is clear from this table, according to the present invention, it was possible to provide an HW-CVD apparatus with few defects and excellent mass productivity without cleaning the vacuum apparatus.
[0100]
As is evident from the above results, while the defect occurrence rate in the conventional apparatus has increased significantly several times, the mass production can maintain the initial state without cleaning the vacuum apparatus. An excellent HW-CVD device could be provided.
[0101]
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes and improvements may be made without departing from the scope of the present invention.
[0102]
For example, the case where an a-Si electrophotographic photoreceptor is manufactured by using a cylindrical substrate as a film-forming substrate has been described as an example. Alternatively, the substrate for film-forming may be a flat plate. Accordingly, the shapes of the heating element and the cassette body may be changed.
[0103]
Further, in this example, the embodiment using one vacuum vessel is shown. However, as another modified example, as described in Example 3 of Japanese Patent No. 3145536, even a device in which a plurality of similar vacuum vessels are connected may be used. The same operation and effect as the invention can be obtained.
[0104]
Furthermore, although the heating element has a cylindrical shape, a structure in which a heating element of a linear wire is disposed substantially at the center axis of the cassette may be used instead. In addition, a flat heating element may be provided.
[0105]
Further, a heating element as shown in FIGS. 8 to 11 may be used.
According to the heating element shown in FIG. 8, a plurality of filaments 50 are connected in parallel to form a linear structure, and the heating element shown in FIG. 9 is formed by connecting a plurality of filaments 50 in parallel to form a cylindrical shape. It is. The heating element shown in FIG. 10 has a structure in which a filament 50 is spirally wound around a pipe made of a heat-resistant insulating member 51 such as a ceramic. The heating element shown in FIG. 11 has a structure in which the filament 50 is spirally wound and formed into a cylindrical shape without using the heat-resistant insulating member 51 such as a ceramic. The heating element of FIG. 12 has a structure in which a planar heating element 52 is molded into a cylindrical shape.
[0106]
【The invention's effect】
As described above, according to the photoreceptor cassette of the present invention, a plurality of cylindrical film-forming substrates are formed such that their central axes are substantially equidistant and have the same circle inside a cylindrical closed container having a gas passage hole formed therein. A heating element is formed inside the cylindrical substrate for film formation, and an a-Si-based layer is formed on each of the substrate for film formation by a hot wire CVD method. Then, in the thin film deposition method of the present invention, (a) a photoreceptor cassette of the present invention is installed in a reaction chamber, and (C) taking out the photoreceptor cassette in the preceding step from the reaction chamber while introducing the heat-generating body into the cassette for heating and forming a film on the substrate for film formation by the hot wire CVD method. From the photoconductor cassette taken out in the previous process After each step of taking out the film substrate and (e) cleaning the cassette body from which the film-forming substrate has been taken out, the film is formed on the film-forming substrate by the hot wire CVD method. Thus, a film-formed product with few defects and excellent mass productivity was obtained without performing cleaning.
[0107]
Further, by using the cassette of the present invention or the thin film deposition apparatus of the present invention, or by using the thin film deposition method of the present invention, gas can be efficiently used, and as a result, manufacturing cost can be reduced. did it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view schematically showing an HW-CVD apparatus mounted with a cassette used in a thin film deposition method or a thin film deposition apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view schematically showing an HW-CVD apparatus according to the present invention.
FIGS. 3A to 3C are perspective views of a heating element according to the present invention.
FIG. 4 is a process chart showing a thin film deposition method of the present invention.
FIG. 5 is a front view schematically showing a conventional glow discharge plasma CVD apparatus.
FIG. 6 is a front view schematically showing a conventional HW-CVD apparatus.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a layer configuration of an a-Si electrophotographic photosensitive member.
FIG. 8 is a perspective view showing a modification of the heating element.
FIG. 9 is a perspective view showing a modification of the heating element.
FIG. 10 is a perspective view showing a modification of the heating element.
FIG. 11 is a perspective view showing a modification of the heating element.
FIG. 12 is a perspective view showing a modification of the heating element.
[Explanation of symbols]
21 HW-CVD apparatus 22 Reaction chamber 23 Cassette 26 Film-forming substrate 27 Heating element 29 Support 30 Temperature control means

Claims (3)

ガス通過孔を形成した円筒状の密閉容器の内部に複数個の円筒状被成膜用基体を各中心軸がほぼ等距離かつ同一円周上に立設し、さらにこれら円筒状被成膜用基体の内部に発熱体を形成して、これら各被成膜用基体に対しホットワイヤーＣＶＤ法によりアモルファスシリコン系層を成膜せしめるように成した感光体用カセット。A plurality of cylindrical film-forming substrates are erected on the same circumference at substantially the same distance from each other in a cylindrical closed container having gas passage holes. A photoconductor cassette in which a heating element is formed inside a substrate, and an amorphous silicon-based layer is formed on each of the film forming substrates by a hot wire CVD method. 請求項１の感光体用カセットを、ガス導入孔を設けた反応室内に装着しホットワイヤーＣＶＤ法により被成膜用基体上に成膜せしめるように成した薄膜堆積装置。2. A thin film deposition apparatus wherein the photoreceptor cassette according to claim 1 is mounted in a reaction chamber provided with a gas introduction hole, and a film is formed on a substrate for film formation by a hot wire CVD method. 順次下記（イ）〜（ホ）の各工程を経て、ホットワイヤーＣＶＤ法により被成膜用基体上に成膜せしめる薄膜堆積方法。
（イ）請求項１の感光体用カセットを反応室に設置する。
（ロ）反応室内に供給したガスを、前記ガス通過孔を通して感光体用カセット内に導入するとともに、発熱体を加熱し、前記被成膜用基体上にホットワイヤーＣＶＤ法により成膜する。
（ハ）前工程の感光体用カセットを反応室より取出す。
（ニ）前工程にて取出された感光体用カセットより成膜基体を取出す。
（ホ）成膜基体を取出したカセット本体をクリーニングする。A thin film deposition method in which a film is formed on a film-forming substrate by a hot wire CVD method through the following steps (a) to (e).
(A) The photoreceptor cassette of claim 1 is installed in a reaction chamber.
(B) The gas supplied into the reaction chamber is introduced into the photoreceptor cassette through the gas passage hole, the heating element is heated, and a film is formed on the substrate for film formation by a hot wire CVD method.
(C) Remove the photoconductor cassette in the previous step from the reaction chamber.
(D) The film-forming substrate is taken out of the photoconductor cassette taken out in the previous step.
(E) Cleaning the cassette body from which the film-forming substrate has been removed.

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