JPS637374A - Method and apparatus for forming functional deposited film by microwave plasma cvd method - Google Patents

Method and apparatus for forming functional deposited film by microwave plasma cvd method

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JPS637374A
JPS637374A JP14943586A JP14943586A JPS637374A JP S637374 A JPS637374 A JP S637374A JP 14943586 A JP14943586 A JP 14943586A JP 14943586 A JP14943586 A JP 14943586A JP S637374 A JPS637374 A JP S637374A
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microwave
film
deposited film
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Yasutomo Fujiyama
藤山 靖朋
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    • G03G5/00Recording members for original recording by exposure, e.g. to light, to heat, to electrons; Manufacture thereof; Selection of materials therefor
    • G03G5/02Charge-receiving layers
    • G03G5/04Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor
    • G03G5/08Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor characterised by the photoconductive material being inorganic

Abstract

PURPOSE:To form a functional deposited film having a uniform film thickness over the entire surface of a large-area substrate by apparently closing an aperture of a discharge means to a film forming chamber by a space constructing member which discharges gases smoothly and shuts off the leakage of microwaves. CONSTITUTION:A microwave reflecting member 10 having the space construction is provided to the aperture part of the discharge pipe 5 to a vacuum chamber 7 and the aperture is apparently closed. The reflecting member 10 is constituted of a metal which does not give ill effect to the deposited film to be formed during the film formation and has preferably open cell structure or open network structure having about 1mm-3.58cm diameter of the spaces. Gaseous raw materials are released in this state from an annular gas releasing pipe 8 into a plasma inducing chamber 7 and microwaves 4 are projected from an introducing window 2. The microwaves 4 are effectively reflected by the member 10 and only the gases are smoothly discharged. The film forming chamber 7 acts as a microwave resonator and the desired deposited film is stationarily and stably formed on the substrate 6.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、基体上に堆積膜、とりわけ機能性膜、特に半
導体デバイス、電子写真用感光体デバイス、画像入力用
ラインセンサー、撮像デ・2イス、光起電力デバイス等
に用いるアモルファス半導体膜等の機能性堆積膜を形成
する方法及び装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical field to which the invention pertains] The present invention relates to a film deposited on a substrate, particularly a functional film, particularly a semiconductor device, a photoreceptor device for electrophotography, a line sensor for image input, and an imaging device. The present invention relates to a method and apparatus for forming functional deposited films such as amorphous semiconductor films used in chairs, photovoltaic devices, etc.

〔従来技術の説明〕[Description of prior art]

従来、半導体デバイス、電子写真用感光体デバイス、画
像入力用ラインセンサー、撮像デバイス、光起電力デバ
イス、その他各種エレクトロニクス素子、光学素子、等
に用いる素子部材トシて、アモルファス・シリコン、例
えば水素原子又は/及びノ・ロゲン原子(例えばフッ素
、塩素等)で補償されたアモルファス・シリコン(以下
、「a−3i(H,X) Jと表記する。)等のアモル
ファス半導体等の堆積膜が提案され、その中のいくつか
は実用に付されている。
Conventionally, element members used in semiconductor devices, photoreceptor devices for electrophotography, line sensors for image input, imaging devices, photovoltaic devices, and other various electronic devices, optical devices, etc., have been made of amorphous silicon, such as hydrogen atoms or A deposited film of an amorphous semiconductor such as amorphous silicon (hereinafter referred to as "a-3i (H, Some of them are put into practical use.

そして、こうした堆積膜は、プラズマCVD法、即ち、
原料ガスを直流、又は高周波、マイクロ波グロー放電に
よって分解し、ガラス、石英、耐熱性合成樹脂フィルム
、ステンレス、アルミニウムなどの基体上に薄膜状の堆
積膜を形成する方法により形成されることが知られてお
り、そのための装置も各種提案されている。
Then, such a deposited film is deposited using a plasma CVD method, that is,
It is known that it is formed by a method in which a raw material gas is decomposed by direct current, high frequency, or microwave glow discharge, and a thin film is formed on a substrate such as glass, quartz, heat-resistant synthetic resin film, stainless steel, or aluminum. Various devices have been proposed for this purpose.

ところで最近マイクロ波グロー放電分解によるプラズマ
CVD法(以下、rMW−PCVD法」と表記する。)
が工業的レベルでも注目されて来ており、該M W −
P CV D法により堆積膜を形成するための装置は、
代表的には第3図の略断面図で示される装置構成のもの
である。
By the way, the plasma CVD method (hereinafter referred to as rMW-PCVD method) using microwave glow discharge decomposition has recently been introduced.
has been attracting attention at the industrial level, and the M W −
The apparatus for forming a deposited film by the PCVD method is as follows:
A typical device configuration is shown in the schematic cross-sectional view of FIG.

第3図において、1は真空容器、2はマイクロ波導入窓
(石英、アルミナ、セラミックス等製)、3はマイクロ
波導波路、4は図示しないマイクロ波電源からのマイク
ロ波、5は図示しない排気装置にバルブ(図示せず)を
介して連通する排気管、6は基体、7は真空室、8は図
示しない原料ガス供給源に連通する原料ガス供給管、そ
して9は基体加熱ヒーター9′を内蔵する基体ホルダー
をそれぞれ示す。
In FIG. 3, 1 is a vacuum container, 2 is a microwave introduction window (made of quartz, alumina, ceramics, etc.), 3 is a microwave waveguide, 4 is a microwave from a microwave power source (not shown), and 5 is an exhaust device (not shown) 6 is a substrate, 7 is a vacuum chamber, 8 is a raw material gas supply pipe that communicates with a raw material gas supply source (not shown), and 9 is a built-in heater 9' for heating the base. The respective substrate holders are shown.

そしてこの装置による堆積膜形成は以下のようにして行
われる。即ち、真空容器1内部を、排気管5を介して2
 X 10−5torrの真空度になるように真空排気
すると共に、基体6をヒーター9により250℃に加熱
、保持する。次に、原料ガス供給手段(図示せず)を介
して、例えばアモルファスシリコン堆積膜を形成する場
合であれば、シランガス(例えば5IF4ガス)流量5
00secm、水素ガス(H2ガス)流量200 se
cmの混合原料ガスを、リング形状で内側に複数のガス
放出孔を有する原料ガス放出リング8を介して、真空容
器1内の基体6近傍にI X 10−2torrの真空
度を維持しながら放出する。
The deposited film is formed using this apparatus in the following manner. That is, the inside of the vacuum container 1 is
The substrate 6 is evacuated to a degree of vacuum of 10-5 torr, and the substrate 6 is heated and maintained at 250° C. with a heater 9. Next, in the case of forming, for example, an amorphous silicon deposited film, a silane gas (for example, 5IF4 gas) is supplied at a flow rate of 5 through a raw material gas supply means (not shown).
00sec, hydrogen gas (H2 gas) flow rate 200sec
cm of mixed raw material gas is discharged into the vicinity of the base 6 in the vacuum container 1 through the ring-shaped raw material gas discharge ring 8 having a plurality of gas discharge holes inside while maintaining a vacuum degree of I x 10-2 torr. do.

次にマイクロ波電源(図示せず)から、例えば周波数2
.45GH2のマイクロ波4をマイクロ波導波路3およ
びマイクロ波共振構造としたマイクロ波導入窓2を介し
て真空室7内に導入する。
Next, from a microwave power source (not shown), for example, a frequency 2
.. A microwave 4 of 45GH2 is introduced into the vacuum chamber 7 via the microwave waveguide 3 and the microwave introduction window 2 having a microwave resonant structure.

かくして真空室7にプラズマが生起し、化学的相互作用
をもたらして基体6の表面に堆積膜が形成されるところ
となる。
Plasma is thus generated in the vacuum chamber 7, causing chemical interaction and forming a deposited film on the surface of the substrate 6.

ところで真空室7内で生起・する前記プラズマは、電子
とイオン粒子からなる電離体であることから、−種の電
気的導体として作用する。特に、周波数2.45GHz
のマイクロ波電力によってプラズマを励起させた場合、
その高周波振動に追従運動可能なイオン粒子は、電子の
ように低質量のものに限られる。したがって、生起した
プラズマの密度を考慮する場合、電子密度に着目すれば
十分である。ところが、真空度2X10−2torrそ
して、マイクロ波電力200Wの条件下で生起したプラ
ズマが、電子温度がTe = 4電子ボルト(以下eV
と記す)程度であり、電子密度がne = l Q”m
−3程度の低圧放電プラズマであると、2.45GHz
のマイクロ波は導入窓から数10μmの距離のプラズマ
界面で反射されてしまい、プラズマ中に進入することが
出来なく、プラズマ密度は導入窓から遠ざかるに従って
、急激に減衰するところとなる。
By the way, since the plasma generated in the vacuum chamber 7 is an ionized body consisting of electrons and ion particles, it acts as an electrical conductor of -species. In particular, the frequency 2.45GHz
When the plasma is excited by microwave power of
Ion particles that can move to follow these high-frequency vibrations are limited to those with low mass, such as electrons. Therefore, when considering the density of the generated plasma, it is sufficient to focus on the electron density. However, the plasma generated under the conditions of vacuum degree of 2 x 10-2 torr and microwave power of 200 W has an electron temperature of Te = 4 electron volts (hereinafter referred to as eV).
), and the electron density is ne = l Q”m
-3 low pressure discharge plasma, 2.45GHz
The microwaves are reflected at the plasma interface at a distance of several tens of micrometers from the introduction window and cannot enter the plasma, and the plasma density rapidly attenuates as the distance from the introduction window increases.

そのため、上述のごとき従来装置により大面積基体にマ
イクロ波プラズマを用いて所望のアモルファス・シリコ
ン堆積膜を形成するとなると、大口径のマイクロ波導入
窓の使用が必要になり、その場合、いずれにしろそうし
た大口径のマイクロ波導入窓を装置に設置するところ、
装置規模は不可避的に犬きぐなってしまい、該マイクロ
波導入窓が真空容器1の一壁を兼ねることから、装置強
度に係る別途の問題を生じ装置設計上、特段の配慮を払
う必要性が生じるのに加えて、真空室7の容積がいきお
い大きくなるところ原料ガスの利用効率が低下してしま
うといった問題を惹起し、所望の成膜製品が得られたに
してもそれをかなりコスト高のものにしてしまう。
Therefore, if a desired amorphous silicon deposited film is to be formed on a large-area substrate using microwave plasma using the conventional apparatus described above, it is necessary to use a large-diameter microwave introduction window. When installing such a large-diameter microwave introduction window in the equipment,
The scale of the device is unavoidably small, and since the microwave introduction window also serves as one wall of the vacuum vessel 1, there is a separate problem regarding the strength of the device, and special consideration must be taken in the device design. In addition, when the volume of the vacuum chamber 7 becomes too large, the utilization efficiency of the raw material gas decreases. Make it into something.

以上は、基体が平板状の場合についてのところであるが
、基体を円筒状にしてその大面積化をはかる観点に立っ
て第3図に図示の装置原理で第2図に図示のように装置
設計して大面積円筒状基体表面に所望の堆積膜を形成す
るとなると、下述するように各種の問題が存在する。
The above is about the case where the base is flat, but from the viewpoint of making the base cylindrical and increasing its area, the device was designed as shown in Figure 2 using the device principle shown in Figure 3. When a desired deposited film is formed on the surface of a large-area cylindrical substrate, there are various problems as described below.

第2図において、1は円筒状の真空容器、2は円形マイ
クロ波導入窓(石英、アルミナ、セラミックス等M)、
3はマイクロ波導波管、4は図示しないマイクロ波電源
からのマイクロ波、5は図示しない排気装置に排気パル
プ(図示せず)を介して連通ずる排気管、6は基体保持
円筒9上に設置した円筒状基体、7は真空室、8は図示
しない原料ガス供給源に連通ずる原料ガス放出リング、
9は基体加熱ヒーター9′を内蔵する基体保持円筒をそ
れぞれ示す。
In Fig. 2, 1 is a cylindrical vacuum container, 2 is a circular microwave introduction window (made of quartz, alumina, ceramics, etc.),
3 is a microwave waveguide, 4 is a microwave from a microwave power source (not shown), 5 is an exhaust pipe that communicates with an exhaust device (not shown) via an exhaust pulp (not shown), and 6 is installed on the substrate holding cylinder 9 7 is a vacuum chamber; 8 is a raw material gas release ring communicating with a raw material gas supply source (not shown);
Reference numeral 9 indicates a substrate holding cylinder containing a substrate heating heater 9'.

そして、第2図に図示の装置による円筒状基体6上への
堆積膜形成は上述の第3図に図示の装置の場合と同様に
して行われる。
The formation of a deposited film on the cylindrical substrate 6 using the apparatus shown in FIG. 2 is performed in the same manner as in the case of the apparatus shown in FIG. 3 described above.

ところで、第2図に図示の装置による堆積膜形成を、成
膜操作時の真空室7の真空度(内圧)を2 X 10−
2Torrにする場合、8 X 10−3Torr K
する場合、そして5 X 10−3Torr Kする場
合の堆積膜形成状態を、円筒状基体の中心軸方向のa−
sl:H:X膜堆積速度分布の観点で観察してみると以
下のようである。
By the way, when forming a deposited film using the apparatus shown in FIG.
When setting it to 2 Torr, 8 X 10-3 Torr K
The state of deposited film formation in the case of 5 X 10-3 Torr K is
Observation from the viewpoint of the sl:H:X film deposition rate distribution is as follows.

即ち、第4図に示すグラフは、長さ400++onの円
筒状基体の上部からマイクロ波電力を投入した場合の膜
堆積速度分布を表わすものである。
That is, the graph shown in FIG. 4 represents the film deposition rate distribution when microwave power is input from the top of a cylindrical substrate having a length of 400++ on.

第4図のグラフにおいて、実線aは、2X10−”To
rrの真空度でのa−8i :H:Xの膜堆積の場合の
膜堆積速度分布であり、破線6は、8X10−3’I’
orrの真空度でのa−8i:H:Xの膜堆積の場合の
膜堆積速度分布である。
In the graph of Fig. 4, the solid line a is 2X10-”To
This is the film deposition rate distribution for a-8i:H:X film deposition at a vacuum degree of rr, and the dashed line 6 is 8X10-3'I'
It is a film deposition rate distribution in the case of film deposition of a-8i:H:X at a vacuum degree of orr.

この第4図のグラフからするに、曲線aに比べて曲線す
の方が成膜領域が拡大していることが理解される。この
ことからして、真空度が高くなるにつれて、成膜に寄与
する活性種の平均自由行程が延びそれにより成膜領域が
拡大するものと考えられはするものの、実際はそうでは
ない。
From the graph of FIG. 4, it can be seen that the film forming area is larger in curve A than in curve a. From this, one would think that as the degree of vacuum increases, the mean free path of the active species that contribute to film formation will lengthen, thereby expanding the film formation area, but this is not actually the case.

即ち、真空室7の真空度(内圧)を5X10−3Tor
rにして前述と同様にして成膜操作すると、断続放電罠
なってしまい安定して成膜を行うことができなくなる。
That is, the vacuum degree (internal pressure) of the vacuum chamber 7 is set to 5X10-3 Torr.
If the film formation operation is performed in the same manner as described above with the temperature r, an intermittent discharge trap will occur and stable film formation will not be possible.

また、暗導電率σd(Ω−’cm−’)及び明/暗導電
率比(S/N比)について観察してみると以下のようで
ある。
Further, when observing the dark conductivity σd (Ω-'cm-') and the bright/dark conductivity ratio (S/N ratio), it is as follows.

即ち、第4図のグラフに示したa−8i :H:X堆積
膜についての暗導電率σd(Ω−’crn”’)の基体
軸方向分布は第5図のグラフに示すとおりであり、また
それら堆積膜の明/暗導電率比の基体軸方向分布は第6
図のグラフに示すとおりである。なお、第5及び6図の
グラフにおいて、実線aは、2 X 10−2Torr
の真空度でのa −Si :H:Xの堆積膜の場合につ
いてのものであり、破線すは、真空度8 X 1O−3
Torrの真空度でのa −Si :H:Xの堆積膜の
場合についてのものである。
That is, the distribution of the dark conductivity σd(Ω-'crn'') in the substrate axis direction for the a-8i:H:X deposited film shown in the graph of FIG. 4 is as shown in the graph of FIG. In addition, the distribution of the bright/dark conductivity ratio of these deposited films in the direction of the substrate axis is 6th.
As shown in the graph in the figure. In addition, in the graphs of FIGS. 5 and 6, the solid line a is 2 X 10-2 Torr
This is for a deposited film of a-Si:H:X at a vacuum level of 8 x 1O-3.
This is for a deposited film of a-Si:H:X at a vacuum degree of Torr.

第6図のグラフからするに、膜堆積速度が遅い領域はど
S/N比のよい膜が得られるということができはするも
のの、要するに特性分布は基体軸方向に暗導電率で一桁
程度もの差を生じてしまう。
Judging from the graph in Figure 6, it can be said that a film with a good S/N ratio can be obtained in the region where the film deposition rate is slow, but in short, the characteristic distribution is about one digit in terms of dark conductivity in the direction of the substrate axis. It makes a difference.

したがって、第2図に図示の類の装置によっては、大面
積円筒状基体への所望の堆積膜を定常的に安定して形成
するのは極めて困難であることが理解される。
Therefore, it is understood that it is extremely difficult to regularly and stably form a desired deposited film on a large-area cylindrical substrate using an apparatus of the type shown in FIG.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、上述した類の装置における上述の諸問
題を克服して、アモルファスシリコン(a−3i)半導
体膜、特に大面積の半導体デバイス、光起電力素子、電
子写真感光体デバイス、その他の各種エレクトロニクス
素子、光学素子等に用いられる素子部材としての機能性
堆積膜を、MW−PCVD法により安定して形成する方
法及び装置を提供することにある。
It is an object of the present invention to overcome the above-mentioned problems in devices of the above-mentioned type, and to improve the production of amorphous silicon (a-3i) semiconductor films, especially large-area semiconductor devices, photovoltaic devices, electrophotographic photoreceptor devices, etc. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for stably forming functional deposited films as element members used in various electronic elements, optical elements, etc., by MW-PCVD.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

本発明は、本発明者が前述した類の装置における諸問題
を解決して上記本発明の目的を達成すべく鋭意研究を重
ね、下述する知見を得、該知見に基いて更なる研究を行
った結果完成するに至ったものである。
The present invention was developed by the inventor of the present invention, who has conducted extensive research in order to solve various problems in the above-mentioned type of apparatus and achieve the above-mentioned object of the present invention. As a result of my efforts, I was able to complete it.

本発明者はまず、マイクロ波で励起されるような低圧放
電プラズマ(電子密度ne=1015〜1017rr?
)を十分に自己励起させようとする場合、プラズマ生起
室(真空室)の形状がマイクロ波共振器として作用する
構造のものである必要のあることを見極めた。
The inventor first developed a low-pressure discharge plasma (electron density ne=1015 to 1017rr?) excited by microwaves.
), we determined that the shape of the plasma generation chamber (vacuum chamber) must have a structure that acts as a microwave resonator.

即ち、前出の第2図に図示する類の中心導体(円筒状基
体)を有する装置構造のものについていえば、プラズマ
生起室(真空室)がマイクロ波に対して同軸若しくは半
同軸共振器としての構造を有することが必要である。
In other words, in the case of a device having a structure having a central conductor (cylindrical base) as shown in FIG. It is necessary to have the structure of

この知見をもって前出の第2図に図示する類の装置につ
いて検討したところ、該装置における高真空雰囲気下で
マイクロ波プラズマが不安定放電になる原因は、プラズ
マ生起室(真空室)がマイクロ波に対して同軸若しくは
半同軸共振器となる構造を有さないことから、プラズマ
の生起領域が真空度によって変化して望ましい共振条件
からズしてしまうことにあることが判明した。
Based on this knowledge, we investigated the type of equipment shown in Figure 2 above and found that the reason why the microwave plasma becomes unstable in the high vacuum atmosphere in this equipment is that the plasma generation chamber (vacuum chamber) However, it has been found that because the plasma does not have a coaxial or semi-coaxial resonator structure, the plasma generation region changes depending on the degree of vacuum and deviates from the desired resonance conditions.

即ち、同軸共振器構造となる空間以外の、たとえば排気
口等の空間がマイクロ波の進入可能な開口を有する場合
には、該空間もマイクロ波共振器の一部として作用し、
とりわけ高真空雰囲気中でのマイクロ波伝搬経路内に排
気口等がある場合には共振条件はズレるところとなる。
That is, if a space other than the space forming the coaxial resonator structure, such as an exhaust port, has an opening through which microwaves can enter, the space also acts as a part of the microwave resonator,
In particular, if there is an exhaust port or the like in the microwave propagation path in a high vacuum atmosphere, the resonance conditions will deviate.

因みに、前出の装置の設計は、−般的には同軸形プラズ
マ生起室(真空室)について、そのマイクロ波導入窓を
TE11モードのものにし、そして真空室を公知の同軸
共振器理論に沿った形状のものにし、そこに周波数2.
45GH2のマイクロ波を投入するようにし、そして排
気管についてその開口直径を3.58cn1以上のもの
にするところ、該排気口にもマイクロ波は進入し共振器
の一部として作用して上述の問題を惹起するところ、こ
の問題を回避すべく装置設計を別途前えねばならない。
Incidentally, the design of the above-mentioned apparatus is as follows: - Generally speaking, the microwave introduction window of the coaxial plasma generation chamber (vacuum chamber) is set to the TE11 mode, and the vacuum chamber is constructed in accordance with the well-known coaxial resonator theory. It has a shape with a frequency of 2.
When a microwave of 45GH2 is injected and the opening diameter of the exhaust pipe is set to be 3.58cn1 or more, the microwave also enters the exhaust port and acts as part of the resonator, causing the above-mentioned problem. However, in order to avoid this problem, the equipment must be designed separately.

しかしながら、このような複数な構造を考慮して共振条
件を設定することは実用上困難である。
However, it is practically difficult to set resonance conditions in consideration of such a plurality of structures.

こうしたところにあって本発明者は、基体を円筒形状の
ものにする場合に主眼して、第2図に図示の装置につい
て、プラズマ発生室(真空室)以外の空間、即ち排気管
の前記室内への開口部に多数の貫通穴(1ran〜3.
58 cml )を有する金属板(パンチングメタル)
、その他に金属メツシュ網板1個〜3.58crnのメ
ツシュサイズを見かけ上前記聞口部を塞ぐように設置し
て、装置を操作して円筒形状基体表面への成膜を試みた
ところ、前述の問題は解消されて基体が大面積のもので
あっても該基体の表面全体に亘って均一に所望の堆積膜
が形成されることがわかった。
Under these circumstances, the present inventor focused on the case where the base body is made into a cylindrical shape, and developed the apparatus shown in FIG. A large number of through holes (1ran~3.
58 cm) metal plate (punching metal)
In addition, one metal mesh screen plate to a mesh size of 3.58 crn was installed so as to apparently cover the opening, and the apparatus was operated to try to form a film on the surface of the cylindrical substrate. It has been found that the problem has been solved and a desired deposited film can be formed uniformly over the entire surface of the substrate even if the substrate has a large area.

本発明はかくして得られた知見また確認した事実に基い
て完成するに至ったものであり、本発明の機能性堆積膜
の形成装置は内部に基体保持手段を有し原料ガス供給手
段と排気手段を備えていてマイクロ波電源からする一方
向からのマイクロ波の透過を許すマイクロ波透過窓が成
膜室の壁を構成するMW−PCVD法による機能性堆積
膜の形成装置であって、少くとも前記排気手段の前膜室
への開口部がマイクロ波を有効に反射し得る材料で形成
されていてガスの円滑な排出を許すと共に前記マイクロ
波の漏れを遮断する間隙構造部材で見かけ上閉塞されて
いることを特徴とするものである。
The present invention has been completed based on the knowledge obtained and the confirmed facts, and the functional deposited film forming apparatus of the present invention has a substrate holding means inside, a source gas supply means and an exhaust means An apparatus for forming a functional deposited film by the MW-PCVD method, in which a wall of the film forming chamber is constituted by a microwave transmitting window that allows microwaves from a microwave power source to pass through from one direction. The opening of the exhaust means to the front membrane chamber is formed of a material that can effectively reflect microwaves, and is apparently closed with a gap structure member that allows smooth gas discharge and blocks leakage of the microwaves. It is characterized by the fact that

上記構成内容の本発明のMW−PCVD法による機能性
堆積膜の形成装置は、代表的には第1図に図示の形式の
ものである。
The apparatus for forming a functional deposited film by the MW-PCVD method of the present invention having the above-mentioned configuration is typically of the type shown in FIG.

しかしこれは飽くまでも例示であり、したがって本発明
は、該装置例により何ら限定されるものではない。
However, this is merely an example, and the present invention is not limited to this device example in any way.

以下に、上記第1図に図示の装置例により本発明の内容
を更に詳しく説明する。なお、第1図において前出の図
に共通するところは同一の記号をもって示した。
The content of the present invention will be explained in more detail below using the example of the apparatus shown in FIG. 1 above. In FIG. 1, parts common to the previous figures are indicated by the same symbols.

本発明の、M W−プラズマCVD法による堆積膜形成
装置は、成膜室7をマイクロ波共振器として作用するも
のにした点で第2図に図示の装置とは根本的に異る。
The deposited film forming apparatus using the MW-plasma CVD method of the present invention is fundamentally different from the apparatus shown in FIG. 2 in that the film forming chamber 7 is made to act as a microwave resonator.

即ち第1図に図示の装置例で代表される本発明の装置は
、排気管5の真空室7への開口に、間隙構造のマイクロ
波反射部材10が該開口部を見かけ上閉塞するように設
置されている。そして該間隙構造のマイクロ波反射部材
は、マイクロ波を有効に反射せしめると同時に、ガスの
円滑な排出を許し且つマイクロ波の漏れを遮断するよう
に作用する必要がある。そしてまた該間隙構造のマイク
ロ波反射部材は、成膜時にマイクロ波の作用で形成する
堆積膜に悪影響を与えるイオン、粒子等が発生しない金
属で構成されていることも必要である。こうしたことか
ら、前記間隙構造のマイクロ波反射部材は、間隙構造と
して連続穿入構造、連続網目構造、場合により連続格子
構造であることができるが、連続穿入構造又は連続網目
構造であるのが望ましい。
That is, the apparatus of the present invention, represented by the example of the apparatus shown in FIG. is set up. The microwave reflecting member having the gap structure must function to effectively reflect microwaves, allow smooth discharge of gas, and block microwave leakage. It is also necessary that the microwave reflecting member having the gap structure be made of a metal that does not generate ions, particles, etc. that would adversely affect the deposited film formed by the action of microwaves during film formation. For this reason, the gap structure of the microwave reflecting member with the gap structure can be a continuous perforation structure, a continuous network structure, or in some cases a continuous lattice structure. desirable.

そしてそれらのサイズについては、穿入構造の場合、直
径1++aw〜3.58αの範囲で任意に選択できるが
、好ましいところはICrn程度の直径のものである。
In the case of a perforated structure, their size can be arbitrarily selected within the range of diameter 1++aw to 3.58α, but a diameter of approximately ICrn is preferable.

また網目構造の場合も同様で、そのメツシュサイズは、
1期〜3.58crnの範囲で任意に選択できるが、好
ましぐは1crn程度のものである。また構成金属材料
については、アルミニウム、ステンレス(SUS)、純
銅、ニッケルでメツキした鉄等が好ましいものとして例
示できる。
The same is true for mesh structures, and the mesh size is
It can be arbitrarily selected within the range of 1st period to 3.58 crn, but is preferably about 1 crn. Preferred examples of the constituent metal materials include aluminum, stainless steel (SUS), pure copper, and nickel-plated iron.

以上述べたところは、基体が円筒形である場合について
のものであるが、第3図に図示の装置構造をもって平板
基体を大型のものにする場合についても本発明は勿論有
効であり、その場合にあっても排気口に前述の間隙構造
部材を取り付けることにより所望の機能性堆積膜を形成
することができる。
The above description is for the case where the base is cylindrical, but the present invention is of course effective also when the device structure shown in FIG. 3 is used to make a large flat base. Even in such cases, a desired functional deposited film can be formed by attaching the above-mentioned gap structure member to the exhaust port.

〔実施例〕〔Example〕

以下に、本発明のMW−プラズマCVD法による機能性
堆積膜の形成装置を操作して所望の機能性堆積膜を形成
するところを実施例を挙げて説明するが、本発明はそれ
ら実施例により何ら制限されるものではない。
Hereinafter, the formation of a desired functional deposited film by operating the apparatus for forming a functional deposited film by the MW-plasma CVD method of the present invention will be explained with reference to Examples. There are no restrictions whatsoever.

実施例1(機能性堆積膜の形成) 第1図の装置において、シランガス(SiF4)流量5
00sccm、水素ガス(H2)流量200 secm
の混合原料ガスを、MW導入窓近傍に設けたリング状ガ
ス放出パイプ8からプラズマ生起室7内に放出した。プ
ラズマ生起室(真空室7)の構造は、直径20c!n、
  長さ43crnの円筒金属チャ/バーの中心に(基
体として8α(直径)×42.5crn(長さ)のアル
ミシリンダーを配置した。
Example 1 (Formation of functional deposited film) In the apparatus shown in FIG. 1, the silane gas (SiF4) flow rate was 5.
00sccm, hydrogen gas (H2) flow rate 200secm
The mixed raw material gas was discharged into the plasma generation chamber 7 from a ring-shaped gas discharge pipe 8 provided near the MW introduction window. The structure of the plasma generation chamber (vacuum chamber 7) is 20cm in diameter! n,
An aluminum cylinder of 8α (diameter) x 42.5 crn (length) was placed in the center of a cylindrical metal chamber/bar with a length of 43 crn (as a base).

排気管5は、マイクロ波導入窓2と相対する反射端面に
有り、その開口部には前記金属製マイクロ波反射板10
を配設した。
The exhaust pipe 5 is located at the reflecting end face facing the microwave introduction window 2, and the metal microwave reflecting plate 10 is provided at the opening of the exhaust pipe 5.
was installed.

該装置において、基体表面温度250℃、真空度5 X
 10−3torrと2 X 10−” torrで、
周波数2.45GH2のマイクロ波電力を800W投入
した。かぐしてプラズマは自己励起し、放電安定性を調
べるため1時間放電を行ったが、第2図の装置の場合と
比較して、きわめて安定した放電であった。
In this device, the substrate surface temperature is 250°C and the degree of vacuum is 5X.
At 10-3 torr and 2 x 10-” torr,
800 W of microwave power with a frequency of 2.45 GH2 was input. The plasma was self-excited by the smell, and the discharge was carried out for one hour to examine the discharge stability, but the discharge was extremely stable compared to the case of the apparatus shown in FIG.

上述の条件でa−3i:H:Fで構成される膜を堆積さ
せ、得られた円筒基体表面上に堆積された膜について、
その基体軸方向膜厚分布、および暗導電率、明/暗導電
率比(SlN比)を測定した。各測定値を第7図、第8
図および第9図に示す。
A film composed of a-3i:H:F was deposited under the above conditions, and the resulting film was deposited on the surface of the cylindrical substrate.
The film thickness distribution in the axial direction of the substrate, dark conductivity, and bright/dark conductivity ratio (SIN ratio) were measured. Each measurement value is shown in Figures 7 and 8.
9 and 9.

第7図から明らかなように、前記第2図の装置において
、8 X 10−3torrの真空度でa−8i膜堆積
を行った時の堆積速度分布(第4図の曲線b)と比較し
て、成膜領域が大巾に拡大した。
As is clear from FIG. 7, compared with the deposition rate distribution (curve b in FIG. 4) when a-8i film was deposited at a vacuum of 8 x 10-3 torr using the apparatus shown in FIG. As a result, the film formation area has expanded significantly.

また、5 X 10−3torr曲線aよりも、2 X
 1O−3torr曲線すの真空度においてa−8i膜
を堆積した場合の方が、さらに成膜領域が拡大し、マイ
クロ波透過窓から25crnの距離までほぼ均一な堆積
速度分布を得ることができた。また、暗導電率(第8図
、曲線a、b)と明/暗導電率比(第9図、曲線a、b
)の分布についても、均一な領域が拡大した。
Also, compared to the 5 X 10-3 torr curve a, the 2
When the A-8i film was deposited at a vacuum level of 1O-3 torr curve, the film formation area was further expanded and a nearly uniform deposition rate distribution could be obtained up to a distance of 25 crn from the microwave transmission window. . In addition, the dark conductivity (Fig. 8, curves a, b) and the bright/dark conductivity ratio (Fig. 9, curves a, b)
), the uniform area has also expanded.

実施例2(感光体ドラムの作成) 実施例1におけると同様に第1図に図示の装置を構成し
、円筒形基体6として実施例IKおいて使用したものと
同様のアルミンリンダを使用して、成膜条件を下記の表
Aに示すとおりにし、装置操作は実施例1と同様にして
三層(電荷注入阻止層、感光層そして表面層)で構成さ
れる光受容層を有する感光体ドラムを作成した。
Example 2 (Preparation of photoreceptor drum) The apparatus shown in FIG. 1 was constructed in the same manner as in Example 1, and an aluminum cylinder similar to that used in Example IK was used as the cylindrical base 6. The film forming conditions were as shown in Table A below, and the apparatus was operated in the same manner as in Example 1. It was created.

以上のようにして作成した感光体ドラムを、キャノン製
複写機NP7550の改造機に取りつけ、画像を出した
ところ、プロセススピードをあげA4サイズ紙100枚
/分で出力しても、まったく画像ムラも画像メモリもな
い良好な画像が得られた。
When the photoreceptor drum created as described above was attached to a modified Canon copier NP7550 and an image was produced, no image unevenness was observed even when the process speed was increased to output 100 sheets of A4 size paper per minute. Good images were obtained without image memory.

又、この条件で加速テストとしてトナー中に研磨剤を入
れ耐久を行なったところ、A4サイズ紙100万枚出力
後も、表面層の膜厚に摩耗による変化はみられたものの
、画像ムラ、画像メモリ等の問題は全く認められなかっ
た。
In addition, when we tested the durability by adding abrasive to the toner as an accelerated test under these conditions, we found that even after printing 1 million sheets of A4 size paper, changes in the thickness of the surface layer due to wear were observed, but image unevenness and No memory problems were observed.

〔発明の効果の概略〕[Summary of effects of the invention]

本発明によれば、成膜室をマイクロ波共振器として作用
するように、該成膜室に係る排気口等の空間をガスの通
過をさまたげないようにして投入するマイクロ波を遮断
することにより、前記成膜室の共振条件が内圧によって
変動することなしに高真空に保持された前記成膜室内で
の低電離プラズマの安定生起を可能にし、それにより大
面積基体であってもその全表面に均一膜厚にして均質で
あり、そして優れた所望特性を発揮する機能性堆積膜を
膜堆積速度を低下させることなく効率的に形成すること
ができる。
According to the present invention, in order to make the film-forming chamber act as a microwave resonator, the microwaves input into the space such as the exhaust port related to the film-forming chamber are blocked so as not to obstruct the passage of gas. , the resonance conditions of the film forming chamber do not fluctuate due to internal pressure, making it possible to stably generate low ionization plasma in the film forming chamber maintained at high vacuum, thereby making it possible to generate stable low ionization plasma on the entire surface of a large substrate. A functional deposited film that is homogeneous, has a uniform thickness, and exhibits excellent desired properties can be efficiently formed without reducing the film deposition rate.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明のMW−プラズマCvD法による装置の
透視略図である。第7図は、前記本発明の装置における
膜堆積速度分布を示し、第8図は前記本発明の装置によ
り形成された堆積膜の暗導電率分布を示し、第9図は該
堆積膜の明/暗導電率比の分布を示す。第3図は従来の
平板基体用MW−PCVD装置の断面略図であり、第2
図はこれを円筒形基体用のものにした堆積装置の断面略
図である。第4図はその装置における堆積速度分布を示
し、第5図および第6図は、それぞれ、該装置により形
成された堆積膜の暗導電率分布そして明/暗導電率比分
布を示す。 図において、 1・・・真空容器、2・・・マイクロ波導入窓、3・・
・導波管、4・・・マイクロ波、5・・・排気口、6・
・・基体、7・・・成膜室(プラズマ生起室)、8・・
・原料ガス放出リング、9・・・基体加熱用ヒーター、
10・・・間隙構造部材(マイクロ波シールド部材)。
FIG. 1 is a schematic perspective view of an apparatus using the MW-plasma CvD method of the present invention. FIG. 7 shows the film deposition rate distribution in the apparatus of the present invention, FIG. 8 shows the dark conductivity distribution of the deposited film formed by the apparatus of the present invention, and FIG. 9 shows the bright conductivity distribution of the deposited film. /Dark conductivity ratio distribution. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a conventional MW-PCVD apparatus for flat substrates.
The figure is a schematic cross-sectional view of a deposition apparatus adapted for use on cylindrical substrates. FIG. 4 shows the deposition rate distribution in the apparatus, and FIGS. 5 and 6 respectively show the dark conductivity distribution and bright/dark conductivity ratio distribution of the deposited film formed by the apparatus. In the figure, 1...vacuum container, 2...microwave introduction window, 3...
・Waveguide, 4...Microwave, 5...Exhaust port, 6.
...Substrate, 7... Film formation chamber (plasma generation chamber), 8...
- Raw material gas release ring, 9... heater for heating the substrate,
10... Gap structure member (microwave shielding member).

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)マイクロ波プラズマCVD法により機能性堆積膜
を基体表面上に形成するに際して、マイクロ波が一方向
から投入される成膜室がマイクロ波共振器として作用す
るように、該成膜室の排気口等の空間をガスの通過をさ
またげないようにしてそこに投入するマイクロ波を遮断
するようにしたことを特徴とするマイクロ波プラズマC
VD法による機能性堆積膜の形成法。
(1) When forming a functional deposited film on a substrate surface by the microwave plasma CVD method, the film forming chamber into which microwaves are injected from one direction acts as a microwave resonator. Microwave plasma C characterized in that the space such as the exhaust port is designed so as not to obstruct the passage of gas and to block microwaves input therein.
A method for forming a functional deposited film using the VD method.
(2)内部に基体保持手段を有し原料ガス供給手段と排
気手段を備えていてマイクロ波電源からする一方向から
のマイクロ波の透過を許すマイクロ波透過窓が成膜室の
壁を構成するマイクロ波プラズマCVD法による機能性
堆積膜の形成装置であつて、少くとも前記排気手段の前
記成膜室への開口部がマイクロ波を有効に反射し得る材
料で形成されていてガスの円滑な排出を許すと共に前記
マイクロ波の漏れを遮断する間隙構造部材で見かけ上閉
塞されていることを特徴とするマイクロ波プラズマCV
D法による機能性堆積膜の形成装置。
(2) The wall of the film forming chamber is composed of a microwave transmission window which has a substrate holding means inside, is equipped with a raw material gas supply means and an exhaust means, and allows transmission of microwaves from a microwave power source from one direction. In the apparatus for forming a functional deposited film by a microwave plasma CVD method, at least an opening of the exhaust means to the film forming chamber is formed of a material that can effectively reflect microwaves, and the gas can flow smoothly. A microwave plasma CV characterized in that it is apparently closed by a gap structure member that allows discharge and blocks leakage of the microwave.
A device for forming a functional deposited film using the D method.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5024182A (en) * 1988-07-15 1991-06-18 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Thin film forming apparatus having a gas flow settling device
DE4133030A1 (en) * 1990-10-05 1992-04-09 Hitachi Ltd Microwave plasma treatment appts. for semiconductor - useful for thin film and etching in electronics, comprises chamber partition of microwave transparent material
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