JPS62219524A - Method and apparatus for tuning microwave transmitting window - Google Patents
Method and apparatus for tuning microwave transmitting windowInfo
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- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/08—Dielectric windows
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Waveguide Connection Structure (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はマイクロ波透過窓を同調する方法と、装置、よ
り詳細には、窓を介して伝達されるパワーを最大化する
ための方法と装置に係る。本発明はマイクロ波パワーを
プラズマに伝達する場合に応用し得るものであるが、特
に非晶質半導体合金を組入れたようなプラズマ形システ
ムに適する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method and apparatus for tuning a microwave transparent window, and more particularly to a method and apparatus for maximizing the power transmitted through the window. Although the invention has application in the transfer of microwave power to plasmas, it is particularly suited to plasma-based systems such as those incorporating amorphous semiconductor alloys.
本発明はプラズマをマイクロ波エネルギーによって励起
して反応ガスからプラズマ堆積を行なうことにより、こ
のようなデバイスを作成するための方法と装置も含む。The present invention also includes methods and apparatus for making such devices by exciting plasma with microwave energy to perform plasma deposition from reactant gases.
本発明の最も重要な応用例の1つが、円筒状またはドラ
ム状の構造体の外表−〇 −
面に非晶質半導体合金を被覆または堆積して成る電子写
真デバイスの工業的製造である。本発明は非晶質半導体
合金を組入れた番ネ堵電子写真ドラムの工業的人聞生産
を助けるものである。One of the most important applications of the present invention is the industrial manufacture of electrophotographic devices in which an amorphous semiconductor alloy is coated or deposited on the outer surface of a cylindrical or drum-shaped structure. The present invention aids in the industrial production of flattened electrophotographic drums incorporating amorphous semiconductor alloys.
ケイ素は巨大な結晶質半導体産業の基礎を成す材料であ
り、宇宙飛行用の高価な高能率(18%)結晶質太陽電
池を生み出した材料でもある。結晶質半導体技術はそれ
が工業段階に達した時点で、今日のような巨大な半導体
装置製造産業の基盤となったのである。これは、科学者
たちが実質的に欠陥のないゲルマニウム及び特にケイ素
の結晶を成長さ仕た後それらを外因性物質に変えて、n
型とp型の導電型領域を形成することに成功したことに
よる。この技術は、このような結晶質材料の中に100
万分のいくつかのドナー(n)またはアクセプタ(p)
ドーパント材料を拡散して実質的に純粋な結晶質材料の
中にこれらのドーパントを置換不純物として導入するこ
とによりその導電性を増すと共に、導電型をp型にする
かn型にするかを制御する技術である。p−n接合結晶
の製造工程は極めて複雑で時間を要する上、製造費も高
価につく。太陽電池や電流制御装置に使用される結晶質
材料の製造は厳密に調整した条件下で個々の単結晶また
はゲルマニウム結晶を成長させ、p−n接合を要する場
合はこの単結晶を極めて小さい臨界量のドーパントでド
ープすることによってそれを行なっている。Silicon is the basis of the vast crystalline semiconductor industry and is the material that gave rise to expensive, high-efficiency (18%) crystalline solar cells for spaceflight. Once crystalline semiconductor technology reached the industrial stage, it became the basis of today's huge semiconductor device manufacturing industry. This is because scientists have grown virtually defect-free crystals of germanium and especially silicon and then turned them into exogenous materials.
This is due to the success in forming conductivity type regions of type and p type. This technology allows the production of 100% in such crystalline materials.
some donor (n) or acceptor (p) in ten thousand
Diffusing dopant materials to introduce these dopants as substitutional impurities into a substantially pure crystalline material, thereby increasing its conductivity and controlling its p-type or n-type conductivity type. It is a technology that The manufacturing process for pn junction crystals is extremely complicated and time consuming, and the manufacturing costs are also high. The production of crystalline materials used in solar cells and current control devices involves growing individual single crystals or germanium crystals under precisely controlled conditions, and when p-n junctions are required, growing these single crystals into extremely small critical masses. It does this by doping it with a dopant.
要するに結晶質ケイ素のデバイスはパラメータが固定さ
れていて必要に応じて変えることができない、大量の材
料を要する、相対的に小さい面積にしか製造できない、
製造コストが高く時間もかかる等の欠点がある。非晶質
ケイ素をベースとするデバイスは、結晶質ケイ素のこの
ような欠点、を無くすことができる。非晶質りイ素の光
吸収端は直接ギャップ半導体と同様の特性を有しており
、厚さ50ミクロンの結晶質ケイ素が吸収するのと同量
の日光を吸収するのに、厚されずか1ミクロンまたはそ
れ以下の材料しか要さない。また、結晶質ケイ素に比べ
て非晶質ケイ素の方が高速かつ容易に、そしてより大き
な面積に作製することができる。In short, crystalline silicon devices have fixed parameters that cannot be changed as needed, require large amounts of material, and can only be fabricated in relatively small areas.
It has drawbacks such as high manufacturing cost and time consuming. Devices based on amorphous silicon can eliminate these drawbacks of crystalline silicon. The optical absorption edge of amorphous silicon has properties similar to those of a direct gap semiconductor, meaning that it absorbs the same amount of sunlight as a 50 micron thick crystalline silicon, but is thinner. It requires only 1 micron or less of material. Furthermore, compared to crystalline silicon, amorphous silicon can be manufactured faster and more easily, and over a larger area.
従って必要な場合は堆積装置の大きさによってのみ制限
を受けるが比較的大きな面積に堆積することができ、し
かも結晶質半導体のp−n接合デバイスと等価のデバイ
スを構成したい場合にはドーピングによりp型およびn
型材料を容易に形成できる非晶質半導体合金または膜の
形成方法を開発するべく多大なる努力が成されて来たの
である。Therefore, if necessary, deposition can be carried out over a relatively large area, although this is limited only by the size of the deposition equipment.Moreover, if it is desired to construct a device equivalent to a p-n junction device of a crystalline semiconductor, p-type doping can be used. type and n
Significant efforts have been made to develop methods for forming amorphous semiconductor alloys or films that can easily form mold materials.
しかしこのような研究はほとんど実を結ぶことがなかっ
た。非晶質ケイ素またはゲルマニウム(IV族)膜は通
常の場合4手配位結合されておリ、微小空隙、ダングリ
ングボンド等の欠陥があるため、エネルギーギャップに
高密度の局在化状態を生じることが判明した。u1品質
ケイ素半導体膜のエネルギーギャップに高密度の局在化
状態が存在すると、結果的に光導電率が低くなると共に
キャリヤの寿命が短くなるのでこのような膜は光応答性
の用途には適さないということになる。さらにこのよう
な膜は十分にドープしたりその他の方法で変更すること
によりフェルミ準位を伝導帯または価電子帯の近くに移
動させることもできないため、太陽電池や電流制御装置
に用いるp−n接合を作製するのにも不適当である。However, such research bore little fruit. Amorphous silicon or germanium (group IV) films usually have defects such as 4-arranged bonding, micro voids, and dangling bonds, resulting in high-density localized states in the energy gap. There was found. The presence of a high density of localized states in the energy gap of U1-quality silicon semiconductor films results in low photoconductivity and short carrier lifetimes, making such films unsuitable for photoresponsive applications. That means no. Furthermore, such films cannot be sufficiently doped or otherwise modified to move the Fermi level closer to the conduction or valence bands, making them less pn-like for use in solar cells and current control devices. It is also unsuitable for making joints.
非晶質ケイ素およびゲルマニウムに関する上述のような
問題点を最小化する試みとして、スコツトランド、ダン
ディ−のダンディ−大学カーネギ−物理学研究所のW、
E、スペアとP、G、ル・コンバーが「非晶質ケイ素の
買換ドーピング法」に関する研究を行なっており、その
論文を5olidState Communicati
ons、 VOl、17. pp、1193−1196
゜1975の中に発表している。彼らの研究は、非晶質
ケイ素またはゲルマニウムのエネルギーギャップの局在
化状態を減少させて、これを真性結晶質ケイ素またはゲ
ルマニウムにさらに近似させること、および/または非
晶質材料を結晶質材料のドーピングの場合と同様適当な
ドーパントで置換ドープして結晶質材料をpまたはnの
導電型の外因性材料に変換することを目的としたもので
あった。In an attempt to minimize the above-mentioned problems with amorphous silicon and germanium, W.
E. Spare and P. G. Le Comber are conducting research on "repurchase doping method for amorphous silicon," and their paper is published in 5solidState Communicati.
ons, VOl, 17. pp, 1193-1196
Published in 1975. Their work aims to reduce the localized state of the energy gap in amorphous silicon or germanium to make it more similar to intrinsic crystalline silicon or germanium, and/or to reduce the localized state of the energy gap in amorphous silicon or germanium, making it more similar to intrinsic crystalline silicon or germanium, and/or As in the case of doping, the purpose was to transform the crystalline material into an extrinsic material of p or n conductivity type by substitution doping with a suitable dopant.
局在化状態の減少は、非晶質ケイ素膜をグロー放電jf
t積することによって達成された。シラン(S・H4)
ガスを反応管に通し、反応管の中で無線周波数(RF)
グロー放電によりガスを分解して基板温度約500〜6
00 ’K (227〜327°)の基板上に堆積した
のである。このようにして基板上に堆積された材料は、
ケイ素と水素から成る真性非晶質材料であった。ドープ
非晶質材料を作製するためには、n型導電用にはボスフ
ィン(PH3)ガス、n型導電用にはジボラン(B2
He )ガスを予めシランガスの中に混入しておき、こ
の混合ガスを同じ動作条件下のグD −放電反応管に通
した。ドーパントのガス濃度は約5 X 10’〜10
−2体積部であった。こうして堆積した材料にはおそら
く置換性リンまたはホウ素ドーパントが含まれていたら
しく、nまたはpの導電型の外因性材料であることが翔
明された。The decrease in localized states causes the amorphous silicon film to glow discharge jf
This was achieved by multiplying t. Silane (S/H4)
The gas is passed through a reaction tube and a radio frequency (RF)
The gas is decomposed by glow discharge and the substrate temperature is about 500~6
It was deposited on a substrate at 00'K (227-327°). The material deposited on the substrate in this way is
It was an intrinsically amorphous material consisting of silicon and hydrogen. To make doped amorphous materials, Bosfin (PH3) gas is used for n-type conductivity, and diborane (B2) is used for n-type conductivity.
He ) gas was mixed into the silane gas beforehand, and the mixed gas was passed through the GD-discharge reaction tube under the same operating conditions. The dopant gas concentration is approximately 5 x 10'~10
-2 parts by volume. The material thus deposited probably contained substitutive phosphorus or boron dopants and was found to be an extrinsic material of n or p conductivity type.
上記の研究者たちには知られてぃなかったが、他の研究
者の研究から現在周知となっているように、シラン中の
水素はグロー放電堆積中に最適温度でケイ素のダングリ
ングボンドの多くと結合し、エネルギーギャップの局在
化状態を実質的に減少させるため、非晶質材料の電子特
性を対応する結晶質材料の電子特性にさらに近似させる
ことかできる。Unknown to the researchers cited above, but now well known from the work of others, hydrogen in silane forms dangling bonds of silicon at optimal temperatures during glow discharge deposition. The electronic properties of the amorphous material can be more closely approximated to those of the corresponding crystalline material, since the energy gap localization is substantially reduced.
上記RF堆積法において水素を混入する方法は、シラン
中の水素対ケイ素の比率が決まっていることによる制限
があるだけでなく、さらに重大な問題として各種のS、
:Hの結合形態によって新たな反結合状態がもたらされ
、それによって材料に有害な結果が生じる場合がある。The method of incorporating hydrogen in the RF deposition method described above is not only limited by the fixed ratio of hydrogen to silicon in silane, but also has a more serious problem with various types of S,
The :H bond form introduces a new anti-bonding state, which may have deleterious consequences for the material.
従ってこれらの材料のpおよびnドープを有効に行なう
という意味で特に有害な局在化状態の密度を低減すると
ころに基本的な問題が存在すると言える。RFシラン堆
積した材料において結果的に生じる局在化状態密度によ
って空乏幅が狭められ、そのために自由担体のドリフト
により動作効率の決まる太陽電池その他の装置の効率が
制限される。ケイ素と水素のみ使用してこれらの材料を
作製するRF法でもやはり表面状態密度が高くなり、そ
れが上記のパラメータ全部に影響を及ぼす結果となる。Therefore, a fundamental problem lies in reducing the density of particularly harmful localized states in terms of effective p- and n-doping of these materials. The resulting localized density of states in RF silane deposited materials narrows the depletion width, thereby limiting the efficiency of solar cells and other devices whose operating efficiency is determined by free carrier drift. RF methods using only silicon and hydrogen to fabricate these materials also result in a high density of surface states, which affects all of the above parameters.
シランガスからケイ素のグロー放電堆積を行なう方法が
開発された後、アルゴン(スパッタリング堆積法で必要
とされる)と分子水素の混合物の雰囲気中で非晶質ケイ
素膜をスパッタ堆積する方法についての研究が行なわれ
、このような分子水素が堆積された非晶質ケイ素膜の特
性に与える結果が測定された。この研究から、水素が改
質剤のような働きをして、エネルギーギャップの局在化
状態を減少させる結合の仕方をザることが分かった。After the development of a method for glow discharge deposition of silicon from silane gas, research began on methods for sputter depositing amorphous silicon films in an atmosphere of a mixture of argon (required in sputter deposition methods) and molecular hydrogen. The effects of such molecular hydrogen on the properties of deposited amorphous silicon films were measured. The study found that hydrogen acts like a modifier, modifying the way the atoms bond to reduce the localization of the energy gap.
しかし、スパッタ堆積法においてエネルギーギャップの
局在化状態が減少する程度は、上述のシラン堆積法によ
って達成される減少の程度よりはるかに低いものであっ
た。上述のpおよびnドーパントガスをスパッタリング
工程にも導入して、pおよびnドープ材料を作製した。However, the degree of reduction in energy gap localization in sputter deposition was much lower than that achieved by the silane deposition method described above. The p and n dopant gases described above were also introduced into the sputtering process to produce p and n doped materials.
こうして得た材料のドープ効率は、グロー放雷法で製造
した材料より低かった。従ってどちらの方法でも工業的
にp−nまたはp−1−n接合デバイスを製造できる程
度に高いアクセプタ濃度を有する効果的なpドープ材料
を製造できなかったということになる。The doping efficiency of the material thus obtained was lower than that of the material produced by the glow lightning method. Therefore, neither method has been able to produce effective p-doped materials with acceptor concentrations high enough to produce p-n or p-1-n junction devices industrially.
nドープ効率もT集的に許容される水準より低かったが
、pドープは帯域幅を狭め、バンドギャップ内の局在化
状態の数を増大するため特に望ましくないものであった
。The n-doping efficiency was also lower than T-collectively acceptable levels, while p-doping was particularly undesirable because it narrowed the bandwidth and increased the number of localized states within the bandgap.
エネルギーギャップの局在化状態の密度を大幅に低減し
、高品質の電子特性を有する大幅に改良された非晶質ケ
イ素合金を、1980年10月7日発行のスタンフォー
ド・R,オプシンスキー化びにアラン・メイダンの米国
特許第4.226.898号、[結晶質半導体と等価の
非晶質半導体]に記載のグロー放電法、および1980
年8月12日発行のスタンフォード・R6□オプシンス
キー並びにマサラグ・イズの米国特許第4□217.3
74号、問題に記載の蒸着法によってそれぞれ製造する
ことに成功した。前2両特許は参考に本明細書中にも組
入れであるが、これらの特許に開示されている通り、非
晶質ケイ素半導体中にフッ素を導入して局在化状態密度
を低減できる。特に活性化フッ素は非晶質体の非晶質ケ
イ素中に拡散してこれと結合し易く、その中の局在化欠
陥状態密度を実質的に低減できる。これはフッ素原子が
小型であるために非晶質体の中に導入し易いためである
。フッ素がケイ素のダングリングボンドに結合して、結
合角度を自由に変えることのできる部分的イオン安定結
合と思われるものを形成し、その結果水素およびその他
の補償剤または改質剤によって形成されるより安定した
かつ効率の良い補償または改質が得られる。フッ素を単
独で、あるいは水素と共に用いた場合、それが極めて小
型であること、反応性が高いこと、科学的結合に特異性
があること、電気陰性度が最高であること等の理由から
、水素より効果的な補償剤または改質剤になると考えら
れる。故にフッ素は質的に他のハロゲンと異なるもので
あるため、超ハロゲンとみなされる。A significantly improved amorphous silicon alloy with a significantly reduced density of localized states in the energy gap and high quality electronic properties was proposed in Stanford R. Opsinski, published October 7, 1980. The glow discharge method described in Alan Meydan, U.S. Pat.
U.S. Patent No. 4□217.3 to Stanford R6□ Opsinski and Masarag Is, issued August 12, 2007.
No. 74, each was successfully manufactured by the vapor deposition method described in the problem. As disclosed in these two patents, which are incorporated herein by reference, fluorine can be introduced into an amorphous silicon semiconductor to reduce the localized density of states. In particular, activated fluorine easily diffuses into and bonds with the amorphous silicon of the amorphous body, and can substantially reduce the localized defect state density therein. This is because fluorine atoms are small and can be easily introduced into an amorphous material. Fluorine binds to the dangling bonds of silicon to form what appears to be a partially ionically stable bond that can change the bond angle at will, resulting in formation by hydrogen and other compensators or modifiers. More stable and efficient compensation or modification is obtained. When fluorine is used alone or in conjunction with hydrogen, hydrogen It is believed that it would be a more effective compensator or modifier. Fluorine is therefore qualitatively different from other halogens and is therefore considered a superhalogen.
例えば、フッ素単独またはごく少量(例えば1原子%)
の水素元素を添加したものを用いても補償を達成するこ
とがで□きる。但し、ケイ素・水素・フッ素合金を形成
するために最も望ましいフッ素および水素の使用量はこ
のような小さな割合ではなく、それよりはるバに大きく
なる。゛合金形成用のフッ素および水素の量は、例えば
1〜5%またはそれ以上となる。こうして形成した新合
金では、ダングリングボンドおよび同様の欠陥状態を亀
に中和するだけで達成される場合に比べて、エネルギー
ギャップ内の欠陥状態密度□が低くなると考えられる。For example, fluorine alone or in a very small amount (e.g. 1 atomic %)
Compensation can also be achieved by using a hydrogen element added with □. However, the most desirable amounts of fluorine and hydrogen to be used to form a silicon-hydrogen-fluorine alloy are not such small proportions, but are much larger. The amount of fluorine and hydrogen for alloy formation is, for example, 1 to 5% or more. The new alloy thus formed is believed to have a lower density of defect states in the energy gap than would be achieved by simply neutralizing dangling bonds and similar defect states.
特にこのように大量のフッ素が非晶質ケイ素含有材料の
新しい構造形態に実質的に゛参画すると、ゲルマニウム
等の他の合金材料の添加を助ける働きをすると考えられ
る。フッ素は以上に挙げた特性に加えて、誘導作m17
与ン効果を潜じてケイ素含有合金の局部構造の形成体に
もなると考えられる。フッ素はまた、状態密度低減用元
素として作用する一方、水素の寄与する炎陥状−密度の
低減に有利に作用することにより、尿素の結合にも影響
を与える。このような合金の中でフッ素がイオンとして
果す役割りは、最寄の隣接原子関係において重要な要素
になると考□えられる。It is believed that this substantial participation of fluorine in the new structural form of the amorphous silicon-containing material, in particular, assists the addition of other alloying materials such as germanium. In addition to the properties listed above, fluorine has an induction effect m17
It is thought that it may also form a local structure of silicon-containing alloys with a hidden effect. While fluorine acts as an element for reducing the density of states, it also affects the bonding of urea by favorably reducing the flame density contributed by hydrogen. The role played by fluorine as an ion in such alloys is considered to be an important factor in the relationship of nearest neighbors.
約45年前、C,カールソンが硫簀材料を基に最初の電
ゞ子写真法を開発した。その後−子写真用゛として、ポ
リビニルカルバゾール(βVK)等の有機物質、さらに
はセレニウム、けレニウム合金等のカルコゲニド類も提
案されるよう”になった□。し′かしこれらの材料は−
いずれ−b共通の欠点を有する。About 45 years ago, C. Carlson developed the first electrophotographic method based on sulfur materials. Later, organic materials such as polyvinylcarbazole (βVK) and chalcogenides such as selenium and chelenium alloys were proposed for use in child photography.However, these materials...
Both have common drawbacks.
すなわち、有毒であるために取扱いがむずかしく、軟質
であるために摩耗を受は易く、赤外部ηお゛ける感度が
劣る。That is, it is difficult to handle because it is toxic, it is easily abraded because it is soft, and its sensitivity to infrared η is poor.
これらの材料が、以上に挙げたような欠点をもつ点を考
慮して、ケイ素を基材とする非晶質半導体合金を電子写
真法において使用する可能性について調査が行なわれた
。非晶質ケイ素合金は硬質である上前性が無く、また赤
外線に対する光応答に優れているため、おそらくは有効
であると考えられた。また先にも触れた通り、これらの
材料は電子写真の複製に要する電位まで材料を荷電でき
ると考えられるところまで状態密度を下げて作成するこ
とができる。従って上述の方法で作成された非晶質半導
体合金は、電子写真用途に適する光応答特性と構造特性
を示している。しかしこれらの先行技術の方法は、堆積
速度が相対的に低く、反応ガス供給原料の変換効率も低
いという欠点をもっており、このような欠点は非晶質半
導体材料を工業的に利用するという観点から見て重要な
間題である。In view of the above-mentioned disadvantages of these materials, investigations were conducted into the possibility of using silicon-based amorphous semiconductor alloys in electrophotography. Amorphous silicon alloys are thought to be effective because they do not have the disadvantage of being hard and have excellent photoresponse to infrared rays. Also, as mentioned earlier, these materials can be made with the density of states reduced to a point where it is believed that the material can be charged to the potential required for electrophotographic reproduction. Accordingly, amorphous semiconductor alloys prepared by the method described above exhibit photoresponsive and structural properties suitable for electrophotographic applications. However, these prior art methods suffer from relatively low deposition rates and low conversion efficiencies of the reactant gas feedstock, which are disadvantageous in terms of industrial utilization of amorphous semiconductor materials. This is an important issue.
非晶質半導体合金を用い1c電子写真デバイスの新規か
つ改良された製造方法が、1984年2月14日にアネ
ット・G・ジョンコック並びにステファン・J・ハジエ
ンス名義で出願の米国特許出願第580、081号、「
光導電部月の改良された製造方法およびその方法で作製
された改良光導電部材」に開示されており(特開昭6O
−189274) 、その内容をここにも参照して組入
れる。前記特許出願に記載の方法はマイクロ波グロー放
電堆積法であり、堆積速度およびガス供給皿yp+の利
用率が大幅に増加している。非晶質半導体合金の多くの
用途の中で、このような材料を用いた電子写真デバイス
が商業的に採算をとれるかどうかを決定する最も重要な
要件は堆積速度、反応ガス供給原料の変換効率および利
用率が高いことである。堆積速度と供給原料変換効率お
よび利用率が高いことが必要であるのは、このようなデ
バイスでは約350ボルトの表面電位を印加できるよう
にするのに約15ミクロンまたはそれ以上の厚さの非晶
質半導体合金層を要するためである。結果的に非晶質半
導体合金は十分な速度で堆積することができ、所望の光
応答特性をもたせることができるため、このような材料
は電子写真デバイス用に工業的に利用可能なものである
。A new and improved method for manufacturing 1c electrophotographic devices using amorphous semiconductor alloys is disclosed in U.S. Patent Application No. 580, filed February 14, 1984, in the name of Annette G. Johncock and Stephen J. Hudziens. No. 081, “
``Improved manufacturing method for photoconductive parts and improved photoconductive members manufactured by the method'' (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 1989-1991).
-189274), the contents of which are also incorporated herein by reference. The method described in said patent application is a microwave glow discharge deposition method, which significantly increases the deposition rate and utilization of the gas supply pan yp+. Among the many applications of amorphous semiconductor alloys, the most important requirement that determines whether electrophotographic devices using such materials will be commercially viable is the deposition rate, conversion efficiency of the reactant gas feedstock. and high usage rate. The need for high deposition rates and feedstock conversion efficiencies and utilization is that such devices require non-woven fabrics of about 15 microns or more in thickness to be able to apply surface potentials of about 350 volts. This is because a crystalline semiconductor alloy layer is required. Consequently, amorphous semiconductor alloys can be deposited at sufficient rates and have the desired photoresponsive properties to make such materials commercially viable for electrophotographic devices. .
工業的に使用される電子写真デバイスは通常円筒1人゛
またはドラム状部材の形態をとる。このようなドラムの
外表面全体に均等に非晶質半導体合金を堆積してその上
に電子写真デバイスを形成するのを助ける方法と装置に
ついては、1984年2月14日に本発明の発明者であ
るニージン・W・フルニ工、エリツク・B・ブジョナー
ル、アネット・G・ジョンコック、ショアキン・デュー
ラーの名義で出願の米国特許出願第580.086号、
「電子写真デバイスの製造方法と装置」に記載されてお
り、その内容(特開昭60−186849 )を参照し
て本明細書にも組入れる。これによるど、ガス供給原料
の利用率が高いことも含めてマイクロ波グロー放電法の
もつ利点全部も同時に実現J゛ることかできる。Electrophotographic devices used industrially usually take the form of cylindrical or drum-like members. A method and apparatus for assisting in depositing an amorphous semiconductor alloy evenly over the outer surface of such a drum to form an electrophotographic device thereon is described by the inventor of the present invention on February 14, 1984. U.S. Patent Application No. 580.086, filed in the names of Nijin W. Fourny, Eric B. Boujonard, Annette G. Johncock, and Shokin Durer;
``Method and Apparatus for Manufacturing Electrophotographic Devices,'' the contents of which are incorporated herein by reference (Japanese Patent Laid-Open No. 186849/1983). In this way, all the advantages of the microwave glow discharge process, including high utilization of the gas feedstock, can be realized at the same time.
本発明はマイクロ波窓を通じて堆積室の中に伝達される
パワーを最大化および安定化して、上記電子写真デバイ
スの製造に使用されるマイクロ波グロー放電法をさらに
改良するための方法と装置を提供する。The present invention provides a method and apparatus for maximizing and stabilizing the power transmitted into a deposition chamber through a microwave window to further improve the microwave glow discharge process used in the manufacture of the electrophotographic devices described above. do.
発明の要旨
本発明は、マイクロ波透過窓を介してマイクロ波プラズ
÷に伝達されるパワーを最大化しかつ安定させるように
該窓を同調覆るだめの方法と装置を提供する。、窓は所
望のプラズマ条件を達成するのに必要なパワーを透過す
るように同調される。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method and apparatus for tuning a microwave transparent window to maximize and stabilize the power transmitted to a microwave plasma through the window. , the window is tuned to transmit the power necessary to achieve the desired plasma conditions.
窓に1対の同調用構造体を取付けることによつて窓を介
してのパワー伝送を同調する。同調用構造体はアルミナ
等の誘電材料製小型ディスクまたはその他の形状の材料
片を複数個、窓外縁部に隣接して重合することにより形
成できる。同調用構造体の幅または径と高さを調節して
、透過係数を高くする他、プラズマ励起に一員性をもた
せて、例えばグロー放電堆積法においてプラズマを安定
させることもできる。本発明の利用例を特に挙げると、
上で引用した係属出願に記載の非晶質半導体合金を採用
した電子写真デバイスのffJ造において利用できる。Power transmission through the window is tuned by attaching a pair of tuning structures to the window. The tuning structure may be formed by polymerizing a plurality of small disks or other shaped pieces of dielectric material, such as alumina, adjacent the outer edge of the window. The width or diameter and height of the tuning structure can be adjusted to increase the transmission coefficient, as well as to provide uniformity to plasma excitation and stabilize the plasma, for example in glow discharge deposition. Particular examples of the use of the present invention include:
It can be used in the ffJ construction of electrophotographic devices employing the amorphous semiconductor alloy described in the above-cited pending application.
米国出願第580.086号は、少なくとも1対の円筒
状部材の外表面に材料層を堆積する方法と装置を提供し
ている。この方法は、円筒部材付をその縦軸を平行に配
列し、かつその外表面間に小さな間隔を設けて配列する
ことにより、内室を形成すると共に該円筒上部材間に前
記内室と連通ずる細い通路を形成する段階を含んでいる
。この方法はさらに前記細い通路を介して少なくとも1
種類の反応ガスを内室に導入し、前記少なくとも1種類
の反応ガスが少なくとも1種類堆積すべき元素を含んで
いる段階と、前記内室の中で前記少なくとも1種類の反
応ガスからプラズマを形成して円筒状部材の外表面上に
前記少なくとも1種類の元素を含む材料層を堆積する段
階:b含んでいる。US Application No. 580.086 provides a method and apparatus for depositing a layer of material on the outer surface of at least one pair of cylindrical members. In this method, an inner chamber is formed by arranging the cylindrical members with their longitudinal axes parallel to each other and with a small interval between their outer surfaces, and the inner chamber is communicated between the cylindrical upper members. forming a narrow passageway therethrough. The method further includes at least one
introducing a type of reactive gas into an inner chamber, the at least one type of reactive gas containing at least one type of element to be deposited, and forming a plasma from the at least one type of reactive gas in the inner chamber; depositing a layer of material containing the at least one element on the outer surface of the cylindrical member;
内室は複数の円筒1〈部材の縦軸を実質的に平行に配列
して実質的に閉じたループを形成することによって形成
する。この時隣接する部材の外表面間にわずかな間隔を
あけて、実質的に閉塞された内室を形成すると共に隣接
する部材間に内室と連通ずる細い通路を設ける。次に少
なくとも1種類のガスを少なくとも1つの通路を通して
導入する。The interior chamber is formed by arranging a plurality of cylinders 1 with their longitudinal axes substantially parallel to form a substantially closed loop. There is then a slight spacing between the outer surfaces of the adjacent members to form a substantially closed interior chamber and a narrow passageway between the adjacent members communicating with the interior chamber. At least one gas is then introduced through the at least one passageway.
反応ガスにはシラン(S・l−14) 、四フッ化ケイ
素(S・F4)、ゲルマン(GHa)、四ツe
ッ化ゲルマニウム(G F4)、ジボラン(B2H6
)、三フッ化ホウ素(BF3)、ホスフィン(PH3)
、五フッ化燐(’PF5)、アンモニア(NH3)、窒
素(N2)、酸素(02)、メタン(CH4)またはそ
れらの組合せを含ませることができる。マイクロ波透過
窓を介して内室ヘマイクロ波エネルギーまたは無線周波
数エネルギーを結合することによって内室の中にプラ女
マを形成することができる。The reaction gases include silane (S・l-14), silicon tetrafluoride (S・F4), germane (GHa), germanium tetrafluoride (GF4), and diborane (B2H6).
), boron trifluoride (BF3), phosphine (PH3)
, phosphorus pentafluoride ('PF5), ammonia (NH3), nitrogen (N2), oxygen (02), methane (CH4) or combinations thereof. A plasma can be formed within the interior chamber by coupling microwave or radio frequency energy into the interior chamber through a microwave transparent window.
米国特許出願第580.086号は少なくとも1対の゛
円筒状部材の外表面に材料層を堆積する装置も提供して
いる。この装置は実質的に閉塞された堆積室と、円筒状
部材の外表□面の間に小さな間隔をあけながら部材の縦
軸実質的に□平行に配列して堆積室の内部に実質的量t
された内室を形成すると共に該部材間に内室と連通ずる
細い通路を紐けるための手段を含んで成る。この装置は
さらに、前記−つら −
細い通路を介して少なくとも1種類の反応ガスを内室へ
導入するための手段も含んでおり、その少なくとも1種
類の反応ガスは、部材の外表面に鎗積すべき元素を少な
くとも1種類含む。装置はさらに内室の中で前記少なく
とも1種類の反応ガスからプラズマを形成して前記少な
くとも1種類の元素を含tr材料の層を円−状部材の外
表面に堆積する手段も含んでいる。U.S. Patent Application No. 580.086 also provides an apparatus for depositing a layer of material on the outer surface of at least one pair of cylindrical members. The apparatus includes a substantially closed deposition chamber and an outer surface of a cylindrical member arranged substantially parallel to the longitudinal axis of the member with a small spacing between the outer surface and the outer surface of the cylindrical member.
and means for forming a narrow interior chamber and for stringing between the members a narrow passage communicating with the interior chamber. The apparatus further includes means for introducing at least one reactive gas into the interior chamber via the narrow passageway, the at least one reactive gas being deposited on the outer surface of the member. Contains at least one type of element. The apparatus further includes means for forming a plasma from the at least one reactant gas within the chamber to deposit a layer of tr material containing the at least one element on the outer surface of the circular member.
この装置は複数の円筒状部材を、その縦軸を実質的に平
行に配置すると共に隣接する部材の外表面間に小さな間
隔を設けながら配列することにより、実質的にmsgれ
た内室を形成すると共に各部材対の間に内室と連通ずる
細い通路を設けるための手段を含むことができる。反応
ガス導入手段を少なくとも1つの細い通路を介して反応
ガスを内室へ導入する・ように配設する。This device forms a substantially msg inner chamber by arranging a plurality of cylindrical members with their longitudinal axes substantially parallel and with a small spacing between the outer surfaces of adjacent members. and may include means for providing a narrow passage between each pair of members communicating with the interior chamber. Reaction gas introduction means are arranged to introduce the reaction gas into the interior chamber via at least one narrow passage.
プラズマ形成手段はマイクロ波透過窓を介して内室ヘマ
イクロ波エネルギーを結合するための手段を含む。円筒
状部材の外表面に均等な堆積を行なうのを助けるために
、装置はさらに円筒状部材をその縦軸の周りで回転させ
るための手段とマイクロ波エネルギーの極性を回転させ
るための手段を含むことができる。反応ガス導入手段は
少なくとも1つの細い通路を介して内室へ反応ガスを内
室へ導入するための手段と、反応ガスを導入する時に用
いたのと異なる少なくとも1つの通路を介して内室から
未使用反応ガスを排出するための手段を含むのが望まし
い。The plasma forming means includes means for coupling microwave energy into the interior chamber through the microwave transparent window. The apparatus further includes means for rotating the cylindrical member about its longitudinal axis and means for rotating the polarity of the microwave energy to facilitate uniform deposition on the outer surface of the cylindrical member. be able to. The reaction gas introducing means includes means for introducing a reaction gas into the inner chamber through at least one narrow passage, and means for introducing a reaction gas into the inner chamber through at least one narrow passage, and a means for introducing a reaction gas into the inner chamber through at least one passage different from that used when introducing the reaction gas. It is desirable to include means for venting unused reaction gases.
好適実施態様の詳細な説明
第1〜第4図は米国特許出願第580.086号の方法
および装置から、第5図の無線周波数によるー・実施態
様を削除して示したものである。米国特許第580.0
86号の主題を本発明に応用できる点については第1〜
4図に関連して説明し、本発明のその他の新しい開示事
項と構成については第5図以降の図面および該当1−る
明細書部分において詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIGS. 1-4 depict the method and apparatus of US patent application Ser. No. 580.086, with the radio frequency embodiment of FIG. 5 removed. U.S. Patent No. 580.0
Regarding the application of the subject matter of No. 86 to the present invention, see No.
This will be explained with reference to FIG. 4, and other new disclosures and structures of the present invention will be explained in detail in the drawings after FIG. 5 and the corresponding portion of the specification.
まず第1図を参照すると、第1図は本発明を用いて各種
材料を円筒状部材12の外表面に墳積することにより形
成することのでさる電子写真デバイス10を示す部分断
面図である。円筒状部材12が電子写真デバイス10の
基板を形成している。デバイス10は基板12上に堆積
された第1遮断層14と、第1遮断層14上に堆積され
ている光導電層16と、光電導層16上に堆積されてい
る第2遮断層18とを含んでいる。光導電層16は非晶
質半導体合金、より詳細にはケイ素と水素おにび/また
はフッ素を含有する非晶質ケイ素合金から形成するのが
望ましい。選択する遮断層14.18の種類およびデバ
イス10の荷電に使用する電荷の種類により、光導電領
域16にホウ素等のドーパントを少量含まぜて実質的に
固有の特性を有する領域16とする場合もある。Referring first to FIG. 1, FIG. 1 is a partial cross-sectional view illustrating an electrophotographic device 10 formed by depositing various materials on the outer surface of a cylindrical member 12 using the present invention. Cylindrical member 12 forms the substrate of electrophotographic device 10. Device 10 includes a first barrier layer 14 deposited on substrate 12, a photoconductive layer 16 deposited on first barrier layer 14, and a second barrier layer 18 deposited on photoconductive layer 16. Contains. Photoconductive layer 16 is preferably formed from an amorphous semiconductor alloy, more particularly an amorphous silicon alloy containing silicon and hydrogen and/or fluorine. Depending on the type of blocking layer 14,18 selected and the type of charge used to charge the device 10, the photoconductive region 16 may also include a small amount of a dopant, such as boron, to provide the region 16 with substantially unique properties. be.
同様に、領t@16にドーパントを含ませずにややn型
の領域とすることもできる。Similarly, the region t@16 can be made into a slightly n-type region without containing a dopant.
底部遮断層14を設けることにより、基板12から光導
電領域16へ電荷が注入されないにう防止している。こ
の目的のために底部遮断層14はケイ素と炭素、ケイ素
と酸素またはケイ素と窒素を含む非晶質合金から形成し
て絶縁性にすることができる。このような底部遮断層を
形成する場合、シラン(S i H4)および/または
四フッ化ケイ素(S i Fa )にメタン(C)−1
4)、アンモニア(NHa)、窒素(N2)または酸素
の何れかを加えた混合反応ガスを使用することができる
。この遮断層は電子写真デバイス10を正に荷電する場
合にも負に荷電する場合にも有効である。The bottom blocking layer 14 prevents charge injection from the substrate 12 into the photoconductive region 16. To this end, the bottom barrier layer 14 may be formed from an amorphous alloy containing silicon and carbon, silicon and oxygen, or silicon and nitrogen to be insulating. When forming such a bottom barrier layer, methane (C)-1 is added to silane (S i H4) and/or silicon tetrafluoride (S i Fa ).
4) A mixed reaction gas containing either ammonia (NHa), nitrogen (N2) or oxygen can be used. This blocking layer is effective when electrophotographic device 10 is charged either positively or negatively.
電子写真デバイス10を正に荷電したい場合であれば、
底部電子遮断層14を例えばケイ素および/−9Q
−
または四フッ化ケイ素にジボランB2 He )または
三フッ化ホウ素(BF3)”7のn型ドーパント含有化
合物を混合した反応ガスから形成するp型非晶質ケイ素
合金とすることが′又・”きる。この場合、光導電領域
16も実質的に固イ→の特性を達成する少量のn型ドー
パントを含む非晶質ケイ素合金から形成するのが望まし
い。If you want to positively charge the electrophotographic device 10,
The bottom electron blocking layer 14 is made of, for example, silicon and/-9Q.
- Alternatively, a p-type amorphous silicon alloy formed from a reaction gas containing a mixture of silicon tetrafluoride and an n-type dopant-containing compound such as diborane (B2He) or boron trifluoride (BF3) can be used. Wear. In this case, photoconductive region 16 is also preferably formed from an amorphous silicon alloy containing a small amount of n-type dopant to achieve substantially solid i→ properties.
負に荷電したい場合は、底部正孔遮断層を例えばn型の
非晶質ケイ素合金とすることができる。このような遮断
層を形成するためには、シランおよび/または四フッ化
ケイ素にホスフィン(PHa )や五フッ化燐(PF5
)等のn型ドーパントを含む化合物を混合した反応ガ
スを使用することができる。この場合、光導電層16も
ややn型の非晶質ケイ素合金から形成するのが望ましい
。If a negative charge is desired, the bottom hole blocking layer can be, for example, an n-type amorphous silicon alloy. To form such a barrier layer, silane and/or silicon tetrafluoride must be combined with phosphine (PHa) or phosphorous pentafluoride (PF5).
) can be used as a reaction gas mixed with a compound containing an n-type dopant such as. In this case, it is desirable that the photoconductive layer 16 is also formed from a slightly n-type amorphous silicon alloy.
上部遮断層18は底部遮断層14に関して挙げた材料の
何れからでも形成することができる。すなわち上部遮断
層は上述のような絶縁性材料またはn型またはn型の非
晶質半導体合金から形成することができる。本発明を利
用して作製できる電子写真デバイスの形状および材料に
f3Q ′?する特定例を挙げての詳細説明については
前出の米国特許出願第580、081号を参照されたい
。Top barrier layer 18 may be formed from any of the materials listed for bottom barrier layer 14. That is, the upper barrier layer can be formed from an insulating material or an n-type or n-type amorphous semiconductor alloy as described above. f3Q'? For a detailed description of specific examples, see the aforementioned US patent application Ser. No. 580,081.
上述の出願に開示されている通り、光導電領域16の厚
さを10〜25ミクロン程度と厚くして、デバイスの表
面電位特性を十分にできるようにするのが望ましい。や
はり前記継続出願に開示されている通り、このようなデ
バイスを商業ベースで生産するためには光導電領域16
を形成する材料を堆積速度の高い方法で堆積する必要が
ある。従来の無線周波数グロー放電堆積技術では厚さ1
0〜25ミクロンの光導電領域16全部を形成するには
十分でない。ところが上記出願に記載の通り、マイクロ
波励起したグロー放電プラズマは、光導電領域16の堆
積を助ける働きをし、そのIff積速度は関連デバイス
の製造を商業的に採算のとれる程度になる。As disclosed in the above-mentioned application, it is desirable to have a thick photoconductive region 16, on the order of 10-25 microns, to provide adequate surface potential characteristics of the device. As also disclosed in said continuing application, photoconductive region 16 is required for commercial production of such devices.
It is necessary to deposit the materials forming the structure using a method with a high deposition rate. Conventional radio frequency glow discharge deposition techniques have a thickness of 1
This is not sufficient to form the entire photoconductive region 16 from 0 to 25 microns. However, as described in the above-referenced application, the microwave-excited glow discharge plasma serves to aid in the deposition of photoconductive region 16 such that the Iff deposition rate is such that the manufacture of the associated devices is commercially viable.
本発明の装置と方法はプラズマを形成するマイクロ波エ
ネルギーの利用法を改良して、ガス供給原料をこれまで
は不可能であった利用率で利用しながら電子写真デバイ
スの各材料を商業的に見合う速度で堆積できるようにす
ることを目的とする。The apparatus and method of the present invention improves the use of microwave energy to form plasmas to commercially improve the use of materials in xerographic devices while utilizing gaseous feedstocks at previously unachievable utilization rates. The purpose is to enable deposition at a reasonable rate.
光導電領域16は、マイクロ波グロー放電プラズマと無
線周波数グロー放電プラズマの両方から形成することが
でき、また無線周波数エネルギーはプラズマの点弧に使
用することもできる。無線周波数を利用して光導電領域
16の一部を堆積する場合、その領域16の大半をマイ
クロ波エネルギーグロー放電プラズマから形成した後、
残余部または光導電領域16の頂部を無線周波数グロー
放電プラズマから形成する。本発明の装置および方法は
、電子写真コピー機のドラムに所望の光応答特性と電荷
保持特性を持たせて当該デバイスを電子写真複写に特に
有用なものにできるように、両モードでの動作に対応さ
せている。Photoconductive region 16 can be formed from both microwave glow discharge plasmas and radio frequency glow discharge plasmas, and radio frequency energy can also be used to ignite the plasma. When depositing a portion of photoconductive region 16 using radio frequencies, after forming the majority of the region 16 from a microwave energy glow discharge plasma,
The remainder or top of photoconductive region 16 is formed from a radio frequency glow discharge plasma. The apparatus and method of the present invention are capable of operating in both modes so that the drum of an electrophotographic copier can have the desired photoresponsive and charge retention properties that make the device particularly useful for electrophotographic reproduction. We are making it compatible.
次に第2図と第3図を参照すると、装置20が示されて
いる。装置20は望ましくは非晶質半導体合金の材料か
ら成る1つまたは複数の層を複数のドラムまたは円筒状
部材12上に堆積するように構成された本発明を実施し
得る装置である。装置20は堆積室22を含む。堆積室
22は排出口24を含ん、でおり、これを適宜ポンプに
接続して堆積室から反応生成物を排出し、堆積室内部の
圧力を維持することにより堆積工程を助けるように構成
されている。Referring now to FIGS. 2 and 3, apparatus 20 is shown. Apparatus 20 is an apparatus capable of practicing the present invention that is configured to deposit one or more layers of preferably amorphous semiconductor alloy material onto a plurality of drums or cylindrical members 12. Apparatus 20 includes a deposition chamber 22 . Deposition chamber 22 includes an outlet 24, which is optionally connected to a pump and configured to evacuate reaction products from the deposition chamber and assist the deposition process by maintaining pressure within the chamber. There is.
堆積室22はさらに複数の反応ガス導入口2G、28.
30も含んでおり、ここから反応ガスを後述のような方
法で堆積雰囲気中に導入する。The deposition chamber 22 further includes a plurality of reaction gas inlets 2G, 28.
30 from which the reactant gas is introduced into the deposition atmosphere in a manner described below.
堆積室22の内部に複数の円筒状部材またはドラム12
が支持されている。ドラム12はその縦軸を実質的に平
行に配置すると共に隣接するドラムの外表面間に小さな
間隔を設けるように配列し、実質的に閉塞されたループ
を形成することにより内室32を構成している。ドラム
12をこのように配置するために、堆積室22は1対の
直立壁34.36を含んでおり、これらの壁を渡すよう
にして複数の静止シャフト38が支持されている。ドラ
ム12はそれぞれ1対のディスク状スペー−IJ40,
42によってシャフト38の1つに回転自在に装?−さ
れる。スペーサ40.42の外径がドラム12の内径に
対応しており、それによってドラム12の内側表面と摩
擦係合しているため、各ドラムを相互に関して正確に位
置決めすることができる。スベー・す40ば駆動チェー
ン46と係合するように構成されたスプロケット44を
含んでいる。駆動チェーン46はスプロケット44とモ
ータ50の駆動スプロケット48の周りで連続ループを
形成する。図ではドラム12が堆積室22内に支持およ
び駆動機構を備えているように示されているが、この構
造は必要に応じて室22の外部に適当な真空貫通シール
と共に設けることもできる。上記構成により、後述する
ように堆積工程中にモータ50が(=I勢されると各ド
ラムをそれ自身の縦軸の周りで回転させる。これによっ
てドラム12の外表面全体に材料を均等に堆積すること
が容易になる。A plurality of cylindrical members or drums 12 are arranged inside the deposition chamber 22.
is supported. The drums 12 are arranged with their longitudinal axes substantially parallel and with a small spacing between the outer surfaces of adjacent drums to define an interior chamber 32 by forming a substantially closed loop. ing. To arrange the drum 12 in this manner, the deposition chamber 22 includes a pair of upright walls 34,36 across which a plurality of stationary shafts 38 are supported. Each drum 12 has a pair of disc-shaped spacers IJ40,
42 rotatably mounted on one of the shafts 38? - to be done. The outer diameter of the spacers 40,42 corresponds to the inner diameter of the drums 12, thereby frictionally engaging the inner surface of the drums 12, thereby allowing accurate positioning of each drum with respect to each other. The base 40 includes a sprocket 44 configured to engage a drive chain 46. Drive chain 46 forms a continuous loop around sprocket 44 and drive sprocket 48 of motor 50 . Although drum 12 is shown with support and drive mechanisms within deposition chamber 22, this structure could be provided externally to chamber 22 with a suitable vacuum penetration seal if desired. The above configuration allows the motor 50 to rotate each drum about its own longitudinal axis when energized during the deposition process, as described below, thereby depositing material evenly over the entire outer surface of the drum 12. It becomes easier to do.
先にも述べたように、ドラム12はその外表面の間に小
さな間隔をあけて配置して内室32を形成するように配
列される。第3図から分かるように、用積プラズマを形
成する反応ガスが、1対の隣接ドラム12の間に形成さ
れる複数の細い通路52の少なくとも1つを介して内部
室32の中へ導入される。As previously mentioned, the drums 12 are arranged with small spacing between their outer surfaces to form an interior chamber 32. As can be seen in FIG. 3, the reactant gases forming the bulk plasma are introduced into the interior chamber 32 through at least one of a plurality of narrow passageways 52 formed between a pair of adjacent drums 12. Ru.
望ましくは、1つおきの通路52を通して反応ガスを内
部室32へ導入する
第3図を参照して分かるように、プラズマは内室32の
中に閉込められる。ドラム12の表面が回転して室32
内に入った後に再び出て行くに従ってプラズマの強度が
変わる。この結果、細い通路52の中またはそれに隣接
するプラズマの弱い領域で欠陥が形成されるおそれがあ
る。回転ドラム12の表面に材料を堆積するのに伴って
複数の欠陥領域または欠陥層が形成されるのを防止する
ために、ドラム12を1回または数回罫回転させて高品
質の材料を所望の厚さに堆積できるj:うにすると良い
。Preferably, the plasma is confined within the interior chamber 32, as can be seen with reference to FIG. 3, where reactant gases are introduced into the interior chamber 32 through every other passageway 52. The surface of the drum 12 rotates and the chamber 32
The intensity of the plasma changes as it enters and exits again. As a result, defects may form in areas of weak plasma within or adjacent to the narrow passageway 52. To prevent the formation of multiple defective areas or layers as material is deposited on the surface of the rotating drum 12, the drum 12 is rotated one or more times to obtain the desired high quality material. It is best to deposit the material to a thickness of .
例えばドラム12を1回だけ回転させることJ:す、所
要の厚さの材料を堆積して底部遮断層14を形成するこ
とができる。For example, by rotating drum 12 only once, the desired thickness of material can be deposited to form bottom barrier layer 14.
第3図から判るように、隣接する1対のドラム12毎に
ガスシュラウド54が設けられている。各シュラウド5
4が導管56によって反応ガス導入口中26、38.3
0の何れかに接続されている。各シュラウド54が反応
ガスを導入する通路に隣接して反応ガス貯蔵部58を形
成している。シュラウド54はざらに側方伸長部60も
含んでおり、伸長部60は貯蔵部58の両側からドラム
12の円周に沿って伸び、シュラウド伸長部60とドラ
ム12の外表面との間に細いチャネル62を形成してい
る。As can be seen from FIG. 3, a gas shroud 54 is provided for each pair of adjacent drums 12. Each shroud 5
4 in the reaction gas inlet 26, 38.3 by the conduit 56
0. Each shroud 54 defines a reactive gas reservoir 58 adjacent the passageway through which the reactive gas is introduced. The shroud 54 also includes a roughly lateral extension 60 that extends around the circumference of the drum 12 from either side of the reservoir 58 and narrows between the shroud extension 60 and the outer surface of the drum 12. A channel 62 is formed.
シコラウド54が上述のような形状をとるため、ガス貯
蔵部58が反応ガス誘導作用を比較的高くできるのに対
し、細いチャネル62は反応ガスに高抵抗を与え、誘導
作用が低くなる。この時、反応ガス貯蔵部58の垂直伝
導力をドラム間の細い通路52の伝導力よりはるかに大
きくすることが望ましい。The shape of the cicoroud 54 as described above allows the gas reservoir 58 to have a relatively high reaction gas guiding effect, whereas the narrow channel 62 provides a high resistance to the reactive gas, resulting in a low guiding effect. At this time, it is desirable that the vertical conductivity of the reaction gas storage section 58 be much larger than the conductivity of the narrow passage 52 between the drums.
さらに細い通路52の伝導力を細いチャネル62の伝導
力よりはるかに大きくする。これによって反応ガスの大
部分が内室32に流入するようになり、ドラム12の横
方向全体に沿って均等なガス流が生まれる。Furthermore, the conductive force of the narrow passageway 52 is much greater than the conductive force of the narrow channel 62. This allows a large portion of the reactant gas to flow into the interior chamber 32, creating an even gas flow along the entire lateral direction of the drum 12.
シュラウド54はさらにドラム12の端部およびスペー
サ42.44と重なり合う側部64を含んでいる。Shroud 54 further includes sides 64 that overlap the ends of drum 12 and spacers 42,44.
側部64はドラム12の端部おにびスペーサ42.44
から小さな間隔をあけて配置されており、ドラムの端部
から端部へ通る細いチャネル62に続いている。The sides 64 are attached to the end spacers 42, 44 of the drum 12.
They are spaced apart from each other at small intervals and follow narrow channels 62 that run from one end of the drum to the other.
側部64はそれによって反応ガスがドラムの端部の周り
を流れるのを阻止する。出願人は装置20がシュラウド
54無しでも使用できることを発見した。Sides 64 thereby prevent reactant gas from flowing around the ends of the drum. Applicants have discovered that device 20 can be used without shroud 54.
第3図から分かるように、この実施態様によると、反応
ガスを内室32へ導入するのに使用されない通路66を
用いて反応生成物を内室32および堆積室22から導出
している。排出口24に接続したポンプが付勢されると
、室22の内部と内室32の排気が行なわれる。この時
内室の排気は細い通路66を介して行なわれる。こうし
て反応生成物が室22から取り出され、内室32の内部
を堆積に適当な圧力に維持することができる。As can be seen in FIG. 3, according to this embodiment, passageways 66 that are not used to introduce reaction gases into interior chamber 32 are used to conduct reaction products from interior chamber 32 and deposition chamber 22. When the pump connected to the exhaust port 24 is energized, the inside of the chamber 22 and the inner chamber 32 are evacuated. At this time, the interior chamber is evacuated via the narrow passage 66. The reaction products are thus removed from chamber 22 and the interior of interior chamber 32 can be maintained at a pressure suitable for deposition.
第2図において参照符号68で示す堆積プラズマの形成
を容易にするために、この好適実施態様による装置20
はさらに第1マイクロ波エネルギー源70と第2マイク
ロ波エネルギー源72を含んでいる。マイクロ波エネル
ギー源70.72はアンテナスタブ74.76をそれぞ
れ備えている。マイクロ波エネルギー源70.72は例
えば出力周波数2.45GHzのマイクロ波周波数マグ
ネトロンとすることができる。マグネトロン70.72
がそれぞれ円筒状導波管構造体78.80に装着される
。スタブ74.76が導波管78.80の後方壁79.
81から導波管の波長の約4分の1だけ距離をあけて配
置される。このように間隔をあけることによって、スタ
ブから導波管へのマイクロ波エルギーの結合を最大化す
ることができる。導波管構造体78.80はそれぞれ別
の導波管82.84に回転自在に装着される。導波管8
2.84は堆積室22の中に突出しており、ドラム12
の縁部近くで終わっている。導波管82,84の端部に
リップ部86.88が含まれる。各リップ部86□88
に当接して密封用Oリング90.92が配置されており
、各Oリングがリップ部86.88と共にそれぞれのマ
イクロ波透過窓94.96を支持している。マイクロ波
透過窓94.96はドラム12と共に実質的に閉塞され
た内室32を形成する。本発明を利用して、窓94゜9
6を介して伝達されるマイクロ波パワーを最大化し安定
化することができる。Apparatus 20 according to this preferred embodiment to facilitate the formation of a deposition plasma, shown at 68 in FIG.
further includes a first microwave energy source 70 and a second microwave energy source 72. The microwave energy sources 70.72 each include an antenna stub 74.76. The microwave energy source 70.72 can be, for example, a microwave frequency magnetron with an output frequency of 2.45 GHz. Magnetron 70.72
are each mounted on a cylindrical waveguide structure 78,80. Stubs 74.76 are connected to the back wall 79. of the waveguide 78.80.
81 at a distance of approximately one quarter of the wavelength of the waveguide. This spacing maximizes the coupling of microwave energy from the stub to the waveguide. Waveguide structures 78,80 are each rotatably mounted to a separate waveguide 82,84. waveguide 8
2.84 protrudes into the deposition chamber 22, and the drum 12
ends near the edge of Lips 86,88 are included at the ends of waveguides 82,84. Each lip part 86□88
Sealing O-rings 90.92 are disposed against each other, each O-ring supporting a respective microwave transparent window 94.96 with a lip 86.88. The microwave transparent windows 94 , 96 together with the drum 12 form a substantially closed interior chamber 32 . Using the present invention, the window 94°9
6 can be maximized and stabilized.
導波管78,82はマグネトロン70によって生成され
たマイクロ波エネルギーを内室32に結合する結合手段
を形成する。これと同様に、導波管80,84はマグネ
トロン72によって生成されたマイクロ波エネルギーを
内室32に結合する結合手段を形成する。マグネトロン
70.72ににっで生成されたマイクロ波エネルギーは
アンテナスタブ74.76によって放射される。アンテ
ナスタブ74.76によって放射マイクロ波エネルギー
の極性が決定される。スタブ74と76の間での干渉作
用を防止するために、アンテナスタブを相互から角度的
に変位するのが望ましい。この好適実施態様によると、
スタブ間の角度は約60°である。しかしドラムの数を
ここに示したような6本ではなくそれより多くしたシス
テムでは、アンテナスタブ74.76間の変位角度も変
わって来る。各スタブが内室32の中に同一かつ均等な
マイクロ波エネルギー界を形成するように、アンテナス
タブをドラム12に関して変位させるのが望ましいため
である。Waveguides 78 , 82 form coupling means for coupling the microwave energy produced by magnetron 70 into interior chamber 32 . Similarly, waveguides 80 , 84 form coupling means for coupling microwave energy generated by magnetron 72 into interior chamber 32 . Microwave energy generated by magnetron 70.72 is radiated by antenna stub 74.76. Antenna stubs 74, 76 determine the polarity of the radiated microwave energy. To prevent interference effects between stubs 74 and 76, it is desirable to angularly displace the antenna stubs from each other. According to this preferred embodiment:
The angle between the stubs is approximately 60°. However, in systems with more drums than six as shown here, the angle of displacement between the antenna stubs 74, 76 will also change. This is because it is desirable to displace the antenna stubs with respect to the drum 12 such that each stub creates the same and uniform microwave energy field within the interior chamber 32.
マイクロ波透過窓94.96は内室32を取囲む他にマ
グネトロン70.72を反応ガスから保護する働きもす
る。また、マグネトロンプローブ74.76においてプ
ラズマが形成されるのを防止する働きもすると共に、内
室32へのマイクロ波エネルギーの結合損失を小ざくす
る。この目的のため、窓94.96はアルミナ等の材料
から形成して、その厚さを導波管82,84へ入る反射
パワーを小さくする程度とする。In addition to enclosing the interior chamber 32, the microwave transparent windows 94,96 also serve to protect the magnetrons 70,72 from the reactant gases. It also serves to prevent plasma formation in the magnetron probes 74, 76 and reduces coupling loss of microwave energy into the interior chamber 32. To this end, the windows 94,96 are formed from a material such as alumina and have a thickness that reduces the reflected power into the waveguides 82,84.
するためには、各マグネトロンを順次付勢すると良い。To achieve this, it is best to energize each magnetron in sequence.
例えば、マグネトロンの付勢に交流電流を使用している
場合、交流の半−IJ−イクルの間に交Hに付勢するこ
とができる。この方法でマグネトロン間の干渉作用をさ
らに低減することができる。For example, if an alternating current is used to energize the magnetron, it can be energized to alternating current during a half-IJ-cycle of alternating current. In this way, interference effects between magnetrons can be further reduced.
先にも述べたように、導波管78,80はそれぞれの導
波管82.84の上に回転自在に装着される。その結果
、マグネトロン源70.72の各々が導波管82゜84
の縦軸を中心として回転1.てマイクロ波エネルギーの
極性を回転し、マイクロ波エネルギー界を均等化する。As previously mentioned, waveguides 78, 80 are rotatably mounted over respective waveguides 82,84. As a result, each of the magnetron sources 70, 72 has a waveguide 82° 84
Rotation around the vertical axis of 1. to rotate the polarity of the microwave energy and equalize the microwave energy field.
このように回転することによって、堆積種の時間平均密
度を半径方向に均等にすることができる。分極を円形に
してもエネルギー界を均等化することができる。This rotation makes it possible to equalize the time-averaged density of deposited species in the radial direction. Even if the polarization is made circular, the energy field can be equalized.
第2図と第3図の装置20を用いてドラム12の外表面
に材料を堆積する場合、より詳細には材料層を堆積して
電子写真複写機ドラムを形成する場合、まずドラム12
を図示のように、また上述のように装着する。その後導
入口26.28.30から反応ガスを導入しながら、排
出口24に接続したポンプによって室22から排気する
。反応ガスが内室32に導入されると、マグネトロン7
0.72が付勢されてマイクロ波周波数エネルギーを内
室32に結合し、その中でグロー放電プラズマを形成す
る。内室そのものがマイクロ波周波数で導波管構造を形
成しているため、マイクロ波エネルギーは容易に内室3
2に結合できる。When using the apparatus 20 of FIGS. 2 and 3 to deposit material on the outer surface of drum 12, and more particularly when depositing a layer of material to form an electrophotographic reproduction machine drum, drum 12 is first
Attach as shown and as described above. Thereafter, the reaction gas is introduced through the inlets 26, 28, and 30 while the chamber 22 is evacuated by a pump connected to the outlet 24. When the reactant gas is introduced into the inner chamber 32, the magnetron 7
0.72 is energized to couple microwave frequency energy into the interior chamber 32 to form a glow discharge plasma therein. Since the inner chamber itself forms a waveguide structure at microwave frequencies, microwave energy can easily flow into the inner chamber 3.
Can be combined with 2.
次にモータ50を付勢してドラム12をその縦軸を中心
にして回転させる。その後前述のようにマグネトロン7
0.72も導波管82.84の周りで回転させても良い
。以上の動作の結果、ドラム12の外表面全体に均等な
材料堆積が行なわれる。Motor 50 is then energized to rotate drum 12 about its longitudinal axis. After that, as mentioned above, the magnetron 7
0.72 may also be rotated around the waveguide 82.84. As a result of the above operations, material is deposited evenly over the entire outer surface of drum 12.
堆積工程中、ドラム12を加熱するのが望ましい。It is desirable to heat the drum 12 during the deposition process.
そのために装置20はさらに複数の加熱素子100をス
ペーサ102により静止シAシフト38に装着して含ん
でいる。シャフト38が静止しているため、加熱素子1
00もドラム12の中で静11−する。ヒータ100は
抵抗加熱素子または白熱電球の形をとることができる。To this end, apparatus 20 further includes a plurality of heating elements 100 mounted to stationary A-shift 38 by spacers 102. As shown in FIG. Since the shaft 38 is stationary, the heating element 1
00 is also static 11- in the drum 12. Heater 100 can take the form of a resistive heating element or an incandescent light bulb.
非晶質半導体合金をJ(を積するためにはドラム12を
予め20〜400℃、望ましくは約300℃に加熱して
おく。また、反応ガスも内室32へ導入する前に加熱し
ておくのが望ましい。これはシュラウド54の中にスラ
グヒータを組込むが電灯を堆積領域の外にあるシュラウ
ド54に隣接して配置してシュラウド54を約300℃
に加熱することで達成できる。In order to load the amorphous semiconductor alloy with J(), the drum 12 is heated in advance to 20 to 400°C, preferably to about 300°C.The reaction gas is also heated before being introduced into the inner chamber 32. This incorporates a slag heater within the shroud 54, but the electric light is placed adjacent to the shroud 54 outside the deposition area to keep the shroud 54 at about 300°C.
This can be achieved by heating.
第1図に示したような電子写真用ドラムを作成するため
に、上記のような第1遮断層14を絶縁性材料、または
n型非晶質ケイ素合金、またはn型非晶質ケイ素合金か
ら形成することができる。遮断層14を窒化ケイ素、炭
化ケイ素、二酸化ケイ素等の絶縁性材料から形成する場
合、堆積工程中に内室へ導入する反応ガスはシラン(S
t)−14)および/または四フッ化ケイ素(S i
F4 )にメタン、窒素、アンモニア、または酸素を加
えたもので良い。電子写真用ドラムを正に荷電する場合
と負に荷電する場合の両方にこのような遮断層を使用す
ることができる。To make an electrophotographic drum such as that shown in FIG. can be formed. When the barrier layer 14 is formed from an insulating material such as silicon nitride, silicon carbide, silicon dioxide, etc., the reactive gas introduced into the interior chamber during the deposition process is silane (S).
t)-14) and/or silicon tetrafluoride (S i
F4) to which methane, nitrogen, ammonia, or oxygen is added may be used. Such a barrier layer can be used for both positively and negatively charging electrophotographic drums.
遮断層14をn型非晶質ケイ素合金とする時、内室32
に導入する反応ガスはシランおよび/または四フッ化ケ
イ素にジボランまたは三フッ化ホウ素を加えたもので良
い。このような遮断層は電子写真用ドラムを正に荷電す
る場合に有効である。When the blocking layer 14 is made of an n-type amorphous silicon alloy, the inner chamber 32
The reaction gas introduced may be silane and/or silicon tetrafluoride plus diborane or boron trifluoride. Such a blocking layer is effective when positively charging an electrophotographic drum.
遮断層14をn型非晶質ケイ素合金から形成する場合、
内室に導入する反応ガスはシランおよび/または四フッ
化ケイ素とホスフィンまたは五フッ化燐から成るガスで
良い。このような遮断層は電子写真デバイスを負に荷電
する場合に有効である。When the blocking layer 14 is formed from an n-type amorphous silicon alloy,
The reaction gas introduced into the inner chamber can be a gas consisting of silane and/or silicon tetrafluoride and phosphine or phosphorous pentafluoride. Such a blocking layer is effective in negatively charging electrophotographic devices.
光導電領域16を作製するためには、光導電領域16を
非晶質ケイ素合金にケイ素、水素および/またはフッ素
を組入れたものとすることができる。To fabricate photoconductive region 16, photoconductive region 16 can be an amorphous silicon alloy incorporating silicon, hydrogen and/or fluorine.
このような材料は、シランおよび/または四フッ化ケイ
素と水素から成る反応ガスから堆積することができる。Such materials can be deposited from reactive gases consisting of silane and/or silicon tetrafluoride and hydrogen.
光導電領域を実質的に真性にしたい場合は、三フッ化ホ
ウ素ガスまたはジボランガスも使用できる。ややn型に
したい場合はドーパントを使用しない。Boron trifluoride gas or diborane gas may also be used if the photoconductive region is desired to be substantially intrinsic. If you want to make it slightly n-type, do not use a dopant.
前記米国特許出願第580.081号に詳しく記載され
ているように、場合によっては光導電領域の中にその上
部にに向かって光導電領域全体よりバンドギャップの狭
い材料層を組入れるのが望ましいこともある。このよう
な材料を堆積するためにはゲルマン(GeH,a )ま
たは四フッ化ゲルマニウム(GeF4)ガスを内室32
へ導入すれば良い。As described in detail in the aforementioned U.S. patent application Ser. There is also. To deposit such materials, germane (GeH,a) or germanium tetrafluoride (GeF4) gas is introduced into the interior chamber 32.
It would be better to introduce it to
ゲルマンまたは四フッ化ゲルマニウムはシランおよび/
または四フッ化ケイ素と共に、赤外線光応谷用途に適す
るバンドギャップを狭くした非晶質ケイ素ゲルマニウム
合金を形成することになる。Germane or germanium tetrafluoride is silane and/or germanium tetrafluoride.
Alternatively, it can be used with silicon tetrafluoride to form an amorphous silicon-germanium alloy with a narrow bandgap suitable for infrared photoresistance applications.
これも米国特許出願第580.081号に詳しく記載さ
れている通り、RF堆積法により上部遮断層18の前に
上部遮断強化層を堆積することもできる。A top barrier enhancement layer can also be deposited before top barrier layer 18 by RF deposition, also as described in detail in US Patent Application No. 580.081.
最後に上部遮断層18を形成するためには、底部遮断層
14の形成に関して先に挙げた材料および混合ガスの何
れを用いても良い。層14,113.18の何れを堆積
する場合にも、アルゴンのような耐プラズマガスを導入
するのが望ましい。また、内室の中の圧力は約0.05
t−ルまたはそれ以下にすべきである。Finally, to form the top barrier layer 18, any of the materials and gas mixtures listed above for forming the bottom barrier layer 14 may be used. When depositing either layer 14 or 113.18, it is desirable to introduce a plasma resistant gas such as argon. Also, the pressure inside the inner chamber is approximately 0.05
It should be less than or equal to 10,000 yen.
次に第4図を参照すると、本発明の方法を実施し得る別
の装置110が示されている。装置110は大力の点で
第2図の装置20と本質的に同じである。Referring now to FIG. 4, another apparatus 110 is shown that may carry out the method of the present invention. Apparatus 110 is essentially the same as apparatus 20 of FIG. 2 in terms of power.
従って装置110については装置110と第2図の装置
20との相異点についてのみ説明するに留める。Therefore, description of device 110 will be limited to the differences between device 110 and device 20 of FIG. 2.
第4図から分かるように、装置110はマイク日波エネ
ルギー源のマグネトロン70を1つしか含まない。他方
のマグネトロンは除去され、その代わりにプレート11
2が設けられている。プレート112は円筒管114と
接触しており、円筒管がそのプレート112と反対側の
端部に窓96を、中間部に壁116を支持している。そ
の結果、1つのマグネトロン70を用いてマイクロ波エ
ネルギーを内室31に結合することができる。この場合
も堆積を行なう間にマグネトロン70を導波管82の周
りで回転してマイクロ波界の分極を回転させることがで
きる。As can be seen in FIG. 4, the device 110 includes only one microwave energy source magnetron 70. The other magnetron is removed and replaced by plate 11
2 is provided. The plate 112 is in contact with a cylindrical tube 114 which supports a window 96 at its end opposite the plate 112 and a wall 116 at its intermediate portion. As a result, one magnetron 70 can be used to couple microwave energy into the interior chamber 31. Again, magnetron 70 can be rotated about waveguide 82 during deposition to rotate the polarization of the microwave field.
やはり第4図から分かるように、装@110は金網また
はスクリーンで形成した円筒状導波管構造体120を含
んでいる。導波管構造体120は内室32の中に、望ま
しくはドラム12に関して小さな間隔をあけて配置され
る。この導波管構造”体120を用いて導波□管構造体
をさらに均等かつ連続的にする□ことができそれによっ
て内室32内・でのマイクロ波エネルギーの伝播をより
効率的に行なうことができる。しかし堆積が導波管構造
体120上で行なわれるため、導波管構造体120・が
システムの□ガス利用率を多少低下することになる。As can also be seen in FIG. 4, the enclosure 110 includes a cylindrical waveguide structure 120 formed of wire mesh or screen. Waveguide structure 120 is disposed within interior chamber 32, preferably at a small spacing with respect to drum 12. This waveguide structure 120 can be used to make the waveguide structure more uniform and continuous, thereby making the propagation of microwave energy within the interior chamber 32 more efficient. However, since the deposition is performed on the waveguide structure 120, the waveguide structure 120 will somewhat reduce the gas utilization of the system.
次に本発明について説明する。出願人らは透過窓を通し
て伝送されるパワーの同調が当初の予測はど簡単でない
ことを発見した。考慮すべき重要条件が下記のように多
数存在することが分かったた、めであ邊。
・ °“111、マイクロ
波パワーゼネレータ゛またはマグネトロンの周波数を固
定しない。周波数はマグネトロンの出力パワーによって
決まるため、電源出力脈動と同期して帯域内(約50H
H2)で振動する。周一 4 q −
波数はまたマグネトロンの渇磨によっても変動し、マグ
ネトロン冷却水の温度および圧りの変化と共に揺らぐ。Next, the present invention will be explained. Applicants have discovered that the tuning of power transmitted through a transparent window is not as simple as originally predicted. It turns out that there are many important conditions to consider, as listed below.
・°“111, Do not fix the frequency of the microwave power generator or magnetron.The frequency is determined by the output power of the magnetron, so it is synchronized with the power supply output pulsation within the band (approximately 50H).
H2) vibrates. Shuichi 4 q - The wave number also fluctuates due to wear of the magnetron, and fluctuates with changes in the temperature and pressure of the magnetron cooling water.
2、グロー放電工程を行なうに従って、透過窓の温度変
化により窓が膨張するため、堆積室の大きさに変化が生
じるのは避けられない。2. As the glow discharge process is performed, the window expands due to temperature changes in the transmission window, so it is inevitable that the size of the deposition chamber will change.
3゜原・理的には従来の同調器を別個に設けることによ
り、透過窓が導波管にもたらす誘電不連続性を補償する
ことができる。しかし出願人らが確認したところでは、
このような分離型同調器’ (42′タブユニ・ット等
)は不整合が大きくなるに′従ってより多ぐのパワーを
吸収する。場合によっては、従来形□同調器を別個に設
けた結果、パワー吸収率が90%以上に達した。In principle, a separate conventional tuner can compensate for the dielectric discontinuity that the transmission window introduces into the waveguide. However, as confirmed by the applicants,
Such a separate tuner (such as a 42' tab unit) absorbs more power as the mismatch increases. In some cases, separate conventional □ tuners have resulted in power absorption rates of 90% or more.
4、窓、から処理ガスに伝達されるマイグロ□、波パワ
ーまたは放射線がグロー放電プラズ□マを°点弧する゛
と共にプラズマの“雑持を行なわねばならない。4. Migro, wave power or radiation transmitted from the window to the process gas must ignite the glow discharge plasma and also carry out plasma "retention."
とオン条件の両方に関して堆積システムを同調すること
は不可能である。これは、点弧されたプラズマの複素誘
電率がプラズマオフの堆積システム内のガスの複素誘電
率と同じでないためである。It is not possible to tune the deposition system for both the and on conditions. This is because the complex permittivity of the ignited plasma is not the same as the complex permittivity of the gas in the plasma-off deposition system.
何らかの妥協案を要する。Some kind of compromise is required.
5、各種の処理ガスを使用する場合、プラズマオン状態
の同調が必ずしも安定しない。プラズマの複素誘電率と
プラズマに吸収されるマイクロ波パワーとがマイクロ波
伝送における変化を通じて相互に結合するためである。5. When using various processing gases, the synchronization of the plasma-on state is not necessarily stable. This is because the complex dielectric constant of the plasma and the microwave power absorbed by the plasma couple together through changes in microwave transmission.
各種の反応ガスから存在する種のようなプラズマ条件は
、プラズマに伝達されるパワーの量に一部依存するため
、反射されるパワーはマイクロ波エネルギーの受けるプ
ラズマ条件に関連する。The reflected power is related to the plasma conditions to which the microwave energy is subjected, since the plasma conditions, such as the species present from the various reactant gases, depend in part on the amount of power transferred to the plasma.
出願人らは、上記第3項では窓の構造に窓に近接して低
損失同調素子を備え、同調器の定左波電流を減少させる
ことが必要であることを発見した。Applicants have discovered that item 3 above requires that the window structure be provided with a low loss tuning element in close proximity to the window to reduce the constant left wave current of the tuner.
上記第4項および第5項については容認し得る解決策が
見つかっているため、これ以上同調器の構造に変更を加
える必要はない。Since acceptable solutions have been found for items 4 and 5 above, no further changes to the tuner structure are necessary.
出願人らは当初、窓はパラメータ1つに関して整合すれ
ば良く、そのパラメータとは許容できる広い帯域に亘っ
て適当な透過率にすることであると予測した。さらに研
究を行った結果、処理すべき第2のパラメータが出現し
た。第5図に示される窓によって反射されたパワーと、
第6図の窓によって透過されたパワーを参照すると、2
つの主な反射ピーク150.152が存在1゛ることが
分かる(測定用計器の相違のため、第5図と第6図では
X軸とY軸の方向が逆になっていることに注意を要する
)。ピーク150.152は次のような特徴を有する。Applicants originally predicted that the window would need to be matched with respect to one parameter, and that parameter would be adequate transmission over an acceptably wide band. As a result of further research, a second parameter emerged to be addressed. The power reflected by the window shown in FIG.
Referring to the power transmitted by the window in Figure 6, 2
It can be seen that there are two main reflection peaks 150 and 152 (note that the directions of the X and Y axes are reversed in Figures 5 and 6 due to the difference in measuring instruments). required). Peak 150.152 has the following characteristics.
(1)これらのピークは幅が極めて狭く、2HH2程度
である。発見するのにさえ、計測器を厳密に調整しなけ
ればならないほどである。幅が狭いために当初は発見も
できなかった。(1) The width of these peaks is extremely narrow, about 2HH2. Measuring instruments must be precisely calibrated to even detect it. Initially, it could not be discovered due to its narrow width.
(2) ピークの生じる周波数は透過窓の直径により
決まる。よって窓の変化に従って、あるいは上述のよう
な各種の揺らぎが生じるに従ってピークがマグネトロン
周波数帯域に入り込む場合もある。(2) The frequency at which the peak occurs is determined by the diameter of the transmission window. Therefore, the peak may enter the magnetron frequency band as the window changes or as various fluctuations as described above occur.
(3) ピークは窓をプラズマに整合する際に大ぎな
不連続性をもたらす。(3) The peak introduces a large discontinuity in aligning the window to the plasma.
出願人らはピーク150.152を透過窓におけるモー
ドシフトであると解釈した。アルミナのような窓の材料
は誘電率が高いため、窓の光学的大きさくこの例では直
径4インチ)を4種類の伝播モードを維持できるだけの
ものとする。マグネトロンの動作周波数は図示の例では
2.45GHzである。本発明によるとそれ以外の周波
数も使用できる。553一
番目の伝播モードのカットオノ周波数は、実質的に動作
周波数となるように決定した。この堆積その他のプラズ
マシステムは、窓を通る伝播モードの数をいくつ槃にし
ても十分に動作できるが、マイクロ波伝播エネルギーを
無作為にあちこち切換えるとうまく動作しないようであ
る。この時プラズマ条件が不安定になってtg積パラメ
ータを変化させ、プラズマがオフ状態になることがある
。Applicants interpreted peak 150.152 to be a mode shift in the transmission window. Because the window material, such as alumina, has a high dielectric constant, the optical size of the window (4 inches in diameter in this example) is large enough to support the four propagation modes. The operating frequency of the magnetron is 2.45 GHz in the illustrated example. Other frequencies can also be used according to the invention. The cut-on frequency of the 553 first propagation mode was determined to be substantially the operating frequency. Although this deposition and other plasma systems can operate satisfactorily with any number of propagation modes through the window, they do not seem to operate well when the microwave propagation energy is randomly switched around. At this time, the plasma condition may become unstable and change the tg product parameter, causing the plasma to turn off.
この他に考慮に入れるべき動作条件を第7図のグラフに
示した。プラズマ強度(I)と反射パワー(R)の関係
を動作部1!111511が表わしている。Other operating conditions that should be taken into consideration are shown in the graph of FIG. Operating section 1!111511 represents the relationship between plasma intensity (I) and reflected power (R).
最小Rの点156は損失Rが最低の点であるため最適動
作条件のように見えるが、プラズマ条件が強度を弱める
方向に動くと、Rが急速または不安定に上昇するため、
プラズマが消失する。従ってシステムを動作させる妥協
的な動作領域158をそれよりやや高く、R損失領域で
はあるが安定したプラズマ動作領域でもあるところに設
定する。The point of minimum R 156 appears to be the optimal operating condition because it is the point with the lowest loss R, but as the plasma conditions move toward decreasing intensity, R increases rapidly or erratically;
Plasma disappears. Therefore, a compromise operating region 158 in which the system operates is set slightly higher than that, in the R loss region but also in the stable plasma operating region.
上記の各条件を補償するために、出願人らは次のような
同調方法および装置を発明した。第8図と第9図を参照
すると、マイクロ波透過窓160がマイクロ波透過シス
テム162の−・端部に装着されている。プラズマ(不
図示)は窓160の自由側に存在することになる。1対
の同調構造体164.166が本発明を実施する。図示
のように各構造体164゜166は複数の個別部分16
8モから形成されており、これらの個別部分は窓160
と同じ誘電材料から形成して所要の低損失同調構造体を
提供する。これらの部分はディスク状168としても良
いし、長方形168°などの他の形状とすることも可能
である。To compensate for each of the above conditions, applicants have invented the following tuning method and device. Referring to FIGS. 8 and 9, a microwave transmission window 160 is mounted at the - end of a microwave transmission system 162. Referring to FIGS. A plasma (not shown) will be present on the free side of window 160. A pair of tuning structures 164,166 implement the invention. As shown, each structure 164, 166 includes a plurality of individual portions 16.
It is formed from 8 parts, and these individual parts have windows 160.
to provide the required low loss tuning structure. These portions may be disk-shaped 168 or may have other shapes such as rectangular 168°.
部分168の大きさおよび同調構造体164,166の
高さをi整して、窓の透過率を高くするのと同時にプラ
妾マモ□−ド励起を安定させる。次に構造体164.1
66をテープまたはその他の接着剤等により一55二
固定し、窓160を所要のシステム動作に同調させる。The size of portion 168 and the height of tuning structures 164, 166 are adjusted to provide high window transmission while stabilizing the prism mode excitation. Next, structure 164.1
66 is secured with tape or other adhesive, etc., and the window 160 is tuned to the desired system operation.
部分168とテープまたは接着剤はマイクロ波吸収性が
最小になるように選択し、窓160と同じ材料またはそ
の他の適当な誘電材料から形成することができる。プラ
ズマオフ状態とオン状態の間の妥協点にシステムを同調
する。この同調なプラズマを点弧できる程度のレベルに
行なう。この時RFその他の信号を別個に用いてプラズ
マを点弧することも可能である。同調栃造体164,1
66は窓160自体の表面上に配置されるためパワー損
失を実質的に可能な限り最小化できる。窓160に近接
して、但しこれとは別個に配設される従来形スタブのよ
うな同調構造体では1.パワーがスタブと窓の間で反射
されてシステムを加熱し、従ってパワー損失を生む結果
となる。第5図、第6図を参照すると、マグネトロン動
作周波数をビーク150と152の中間点まで移動して
、ピーク間に安定動作領域を提供するように部分168
の幅が選択されている。また動作R点を最小量に向かっ
て移動させるように同調構造体164,166の高さが
選択される。Portion 168 and tape or adhesive are selected to minimize microwave absorption and may be formed from the same material as window 160 or other suitable dielectric material. Tuning the system to a compromise between plasma off and on states. This synchronized plasma is brought to a level that can be ignited. At this time, it is also possible to use RF or other signals separately to ignite the plasma. Synchronized Tochizo body 164,1
66 is located on the surface of the window 160 itself so that power loss is substantially minimized as much as possible. A tuning structure, such as a conventional stub, placed adjacent to, but separate from, window 160:1. Power is reflected between the stub and the window, heating the system and thus resulting in power loss. 5 and 6, section 168 moves the magnetron operating frequency to the midpoint between peaks 150 and 152 to provide a stable operating region between the peaks.
width is selected. The heights of the tuning structures 164, 166 are also selected to move the operating R point toward a minimum amount.
(第5図参照)。(See Figure 5).
さらに、以上本発明について電子写真用ドラ、ムの形成
に関連して詳細に説明して来たが、当業声には理解され
るように本発明の方法と装置はマイクロ波透過窓の種類
およびプラズマの、−類を問わず使用することが1きる
。ケイ素を堆積する場合はアルミナが窓の材料として望
ましい祇プラズマエッチンシステム等のケイ素を含まな
、いプラズマの場合、石英等の誘電材料を使用すること
も可能である。出願人らの得た知見による11ケイ゛素
□を使用する場合は窓面に堆積するケイ素の結晶化を防
ぐために窓160を冷却しなければならないので、石英
は望ましくない材料であった。窓面にケイ素が堆積して
結晶化すると熱上昇を生じ、従ってシステム動作の停止
Fが必要になる場合があるためである。熱伝導率の高い
アルミナ等の誘電材料は、ケイ素堆積プラズマと共に使
用する場合に望かる。Further, although the present invention has been described in detail in connection with the formation of electrophotographic drums, those skilled in the art will appreciate that the method and apparatus of the present invention can be applied to any type of microwave transparent window. and plasma, regardless of type. When silicon is deposited, alumina is preferred as the window material. For silicon-free plasmas, such as the Mi plasma etch system, dielectric materials such as quartz can also be used. Quartz was an undesirable material because the window 160 would have to be cooled to prevent crystallization of the silicon deposited on the window surface when using 11 silicon □ according to applicants' findings. This is because if silicon is deposited on the window surface and crystallized, heat will rise, and therefore system operation may need to be stopped F. Dielectric materials such as alumina with high thermal conductivity are desirable for use with silicon deposition plasmas.
第1図は米−特許出願第580,086.号により各種
、材料を堆積した円筒状部材を示す部分断面図であり、
堆積材料番λ本発明を実施し得る電子写真デバイスとし
て使、用する円筒状部材を構成している。
第2図は米晶特許出願第580,086号による本発明
を実施し得る装置を示す部分断面側面図である。
第3図は第2図の3−3線に沿って取った断面図である
。
第4図は米国特許出願用580.086号による水弁明
を実施し得る別の装置を示す部分断面側面図である。
第5図は1つの透過窓から反則されるマイクロ波パワー
の説明図である。
第6図は第5図の窓によって透過されるマイクロ波パワ
ーの説明図である。
第7図は反射パワーとプラズマ強度の関係を示すグラフ
である。
第8図は本発明の実施態様を示す略側面図である。
第9図は第8図の実施態様の略平面図である。
10・・・・・・電子写真デバイス、12・・・・・・
円筒状部材、22・・・・・・堆積室、32・・・・・
・内室、70.72・・・・・・マイクロ波エネルギー
源、74.76・・・アンテナスタブ、78、80.8
2.84・・・・・・導波管、94,96,160・・
・マイクロ波透過窓、164.166・・・・・・同調
構造体、168・・・・・・誘電部分。Figure 1 is US Patent Application No. 580,086. It is a partial cross-sectional view showing a cylindrical member deposited with various materials according to No.
The deposited material number λ constitutes a cylindrical member used as an electrophotographic device in which the present invention can be practiced. FIG. 2 is a side view, partially in section, of an apparatus in which the present invention may be practiced according to US patent application Ser. No. 580,086. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 3--3 in FIG. FIG. 4 is a partial cross-sectional side view of another apparatus capable of implementing water defense according to US patent application Ser. No. 580.086. FIG. 5 is an explanatory diagram of microwave power reflected from one transmission window. FIG. 6 is an explanatory diagram of the microwave power transmitted by the window of FIG. 5. FIG. 7 is a graph showing the relationship between reflected power and plasma intensity. FIG. 8 is a schematic side view showing an embodiment of the present invention. 9 is a schematic plan view of the embodiment of FIG. 8; FIG. 10... Electrophotographic device, 12...
Cylindrical member, 22...Deposition chamber, 32...
・Inner chamber, 70.72...Microwave energy source, 74.76...Antenna stub, 78, 80.8
2.84... Waveguide, 94,96,160...
- Microwave transmission window, 164.166... Tuning structure, 168... Dielectric part.
Claims (20)
波生成手段を設ける段階と、 プラズマ室を設ける段階と、 前記プラズマ室を前記マイクロ波生成手段に誘電マイク
ロ波透過窓を介して連結する段階と、少なくとも2つの
同調構造体を設けてこれを前記窓の外縁部に隣接して配
置することにより、前記マイクロ波生成手段によつて、
生成され、前記窓を介して前記プラズマ室内に伝達され
るパワーを最大化するべく前記窓を同調する段階とから
成る方法。(1) A method for tuning a microwave transmission window, which includes the steps of providing a microwave generation means, providing a plasma chamber, and connecting the plasma chamber to the microwave generation means via a dielectric microwave transmission window. by the microwave generating means by providing a step and at least two tuning structures disposed adjacent the outer edge of the window;
tuning the window to maximize the power generated and transmitted through the window into the plasma chamber.
電部分を重合して形成することを含む、特許請求の範囲
第1項に記載の方法。2. The method of claim 1, wherein said tuning step includes forming each of said tuning structures by polymerizing a plurality of dielectric portions.
に前記誘電部分の幅を定寸し、前記同調構造体の高さを
調節することを含む、特許請求の範囲第2項に記載の方
法。3. The tuning step includes sizing the width of the dielectric portion and adjusting the height of the tuning structure to maximize the transmitted power. Method.
べく前記誘電部分を同調することをさらに含んで成る、
特許請求の範囲第3項に記載の方法。(4) further comprising tuning the dielectric portion to stabilize modes propagating into the plasma chamber;
A method according to claim 3.
スを前記プラズマ室内へ導入し、前記反応ガスからプラ
ズマを形成することを含んで成る、特許請求の範囲第1
項に記載の方法。(5) introducing at least one reactant gas into the plasma chamber before tuning the window and forming a plasma from the reactant gas.
The method described in section.
合物である、特許請求の範囲第5項に記載の方法。(6) The method according to claim 5, wherein the at least one reactive gas is a semiconductor-containing compound.
、特許請求の範囲第6項に記載の方法。(7) The method according to claim 6, wherein the at least one reaction gas contains silicon.
に維持する段階をさらに含んで成る、特許請求の範囲第
1項に記載の方法。8. The method of claim 1, further comprising the step of: (8) maintaining a pressure within the interior chamber at about 0.05 torr or less.
1〜1ワット/cm^3に調整する段階をさらに含んで
成る、特許請求の範囲第1項に記載の方法。(9) The power density of the microwave energy is approximately 0.
2. The method of claim 1, further comprising the step of adjusting from 1 to 1 watt/cm^3.
ギガヘルツである、特許請求の範囲第1項に記載の方法
。(10) The frequency of the microwave energy is 2.45
2. The method of claim 1, which is gigahertz.
て、 生成手段と、 誘電マイクロ波透過窓を介して前記生成手段に連結され
ているプラズマ堆積室と、 前記生成手段によって生成され、前記窓を介して前記堆
積室内へ伝達されるパワーを最大化するべく前記窓を同
調するための手段とを含んで成り、前記同調手段が少な
くとも2つの同調構造体を前記窓の外縁部に隣接して含
んでいる装置。(11) An apparatus for tuning a microwave transmission window, comprising: a generation means; a plasma deposition chamber connected to the generation means via a dielectric microwave transmission window; means for tuning the window to maximize power transmitted through the window into the deposition chamber, the tuning means including at least two tuning structures adjacent an outer edge of the window. equipment that includes.
して形成されている、特許請求の範囲第11項に記載の
装置。12. The apparatus of claim 11, wherein each of the tuning structures is formed from a plurality of polymerized dielectric portions.
部分が幅で定寸され、前記同調構造体の高さが調整され
ている、特許請求の範囲第12項に記載の装置。13. The apparatus of claim 12, wherein the dielectric portion is sized in width and the height of the tuning structure is adjusted to maximize the transmitted power.
れるモードを安定化するように構成されている、特許請
求の範囲第12項に記載の装置。14. The apparatus of claim 12, wherein the dielectric portion is configured to stabilize modes transmitted into the deposition chamber.
ている、特許請求の範囲第12項に記載の装置。15. The apparatus of claim 12, wherein the window and the dielectric portion are formed from alumina.
であつて、前記システムが該透過窓を介してプラズマ堆
積室に連結されているマイクロ波生成手段を含んでおり
、前記同調窓が、 前記マイクロ波生成手段を連結しかつ該手段を前記堆積
室から分離する誘電窓部材と、前記生成手段によって生
成され前記誘電窓部材を介して前記堆積室内へ伝達され
るパワーを最大化するべく前記誘電窓部材を同調するた
めの手段とを含んで成り、前記同調手段が少なくとも2
つの同調構造体を前記誘電窓部材の外縁部に隣接して含
んでいる同調マイクロ波透過窓。(16) A tuned microwave transmission window for a plasma deposition system, wherein the system includes microwave generation means coupled to a plasma deposition chamber via the transmission window, and wherein the tuning window a dielectric window member for coupling generation means and isolating the means from the deposition chamber; and a dielectric window member for maximizing the power generated by the generation means and transmitted through the dielectric window member into the deposition chamber. and means for tuning at least two
a tuned microwave transparent window including two tuning structures adjacent an outer edge of the dielectric window member.
して形成されている、特許請求の範囲第16項に記載の
装置。17. The apparatus of claim 16, wherein each of the tuning structures is formed from a plurality of polymerized dielectric portions.
部分が幅で定寸され、前記同調構造体の高さが調整され
ている、特許請求の範囲第17項に記載の装置。18. The apparatus of claim 17, wherein the dielectric portion is sized in width and the height of the tuning structure is adjusted to maximize the transmitted power.
れるモードを安定化するように構成されている、特許請
求の範囲第18項に記載の装置。19. The apparatus of claim 18, wherein the dielectric portion is configured to stabilize modes transmitted into the deposition chamber.
形成されている、特許請求の範囲第17項に記載の装置
。20. The apparatus of claim 17, wherein the dielectric window member and the dielectric portion are formed from alumina.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US82547186A | 1986-02-03 | 1986-02-03 | |
US825471 | 1986-02-03 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPS62219524A true JPS62219524A (en) | 1987-09-26 |
Family
ID=25244073
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2227187A Pending JPS62219524A (en) | 1986-02-03 | 1987-02-02 | Method and apparatus for tuning microwave transmitting window |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0231531A3 (en) |
JP (1) | JPS62219524A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5038712A (en) * | 1986-09-09 | 1991-08-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Apparatus with layered microwave window used in microwave plasma chemical vapor deposition process |
US6440504B1 (en) | 1996-12-12 | 2002-08-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Vacuum processing apparatus and vacuum processing method |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115966863A (en) * | 2022-12-30 | 2023-04-14 | 浙江工业大学 | High-power microwave window assembly |
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US3728650A (en) * | 1971-07-23 | 1973-04-17 | Raytheon Co | Ghost-mode shifted dielectric window |
JPS60186849A (en) * | 1984-02-14 | 1985-09-24 | エナージー・コンバーション・デバイセス・インコーポレーテッド | Method and apparatus for making xerographic device |
JPS60189274A (en) * | 1984-02-14 | 1985-09-26 | エナージー・コンバーシヨン・デバイセス・インコーポレーテツド | Method of forming photoconductive element and photoconductive element formed thereby |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1986
- 1986-12-31 EP EP86118180A patent/EP0231531A3/en not_active Withdrawn
-
1987
- 1987-02-02 JP JP2227187A patent/JPS62219524A/en active Pending
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0231531A2 (en) | 1987-08-12 |
EP0231531A3 (en) | 1988-10-05 |
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