JP3673568B2 - Deposited film forming apparatus and deposited film forming method using the same - Google Patents

Deposited film forming apparatus and deposited film forming method using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒状導電性基体上に堆積膜、とりわけ機能性堆積膜、特に半導体デバイス、電子写真用光受容部材、画像入力用ラインセンサー、撮像デバイス、光起電力デバイス等に用いるアモルファス半導体等を形成するプラズマCVDによる堆積膜形成装置及びこれを用いた堆積膜形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
像形成分野において、光受容部材における光受容層を形成する光導電材料としては、高感度で、SN比[光電流(Ip)/暗電流(Id)]が高く、照射する電磁波のスペクトル特性に適合した吸収スペクトルを有すること、光応答性が早く、所望の暗抵抗値を有すること、使用時において人体に対して無害であること等の特性が要求される。特に、事務機としてオフィスで使用される電子写真装置内に組み込まれる電子写真用光受容部材の場合には、上記の使用時における無公害性は重要な点である。
【0003】
こうした要求を満足し得る材料としてアモルファスシリコン(a−Si)を用いた電子写真用光受容部材が挙げられる。例えば特開昭54−86341号公報には、a−Siを光導電層に用いた、耐湿性、耐久性、電気特性に優れた電子写真用光受容部材に関する技術が記載されている。また、特開昭62−168161号公報には、表面層として、シリコン原子と炭素原子と41〜70atomic%の水素原子を構成要素として含む非晶質材料で構成された材料を用いる技術が記載されている。
【0004】
こうした技術により電気的、光学的、光導伝的特性、および、使用環境特性や耐久性が向上し、更に、画像品位の向上の可能なa−Siで構成された電子写真用光受容部材が実用化されるところとなった。
【0005】
一方で、a−Si電子写真用光受容部材の製造には高度な技術が必要とされる。特に電子写真用光受容部材の場合、他のデバイスに比較して、大面積でかつ厚い膜厚が必要とされるので、どの様に均一性を確保するか、また、a−Si膜堆積中に異物を核として発生する膜の異常成長をどのように防止するかが重要な要素となる。
【0006】
その様な観点から、いかに工業的に安定して高品位なa−Si電子写真用光受容部材を製造するかの点についても様々な提案がなされて来た。特に電子写真用光受容部材については、コピー画像上に細かい白い点が発生するいわゆる「白ポチ」の原因となる球状突起の発生と、部位によって画像濃度が変化するムラが重大な問題となるので、これらの改善のための提案がなされている。
【0007】
例えば特開平4−26764号公報には、堆積膜形成装置において原料ガス導入装置を多重管構造とし電極と兼用することで、電子写真用光受容部材の特性ムラを改善するための技術が記載されている。また特開平4−247877号公報には、ガス放出穴近傍をセラミックで形成し球状突起の発生を防止する技術が記載されている。
【0008】
球状突起の発生原因としては、ほこりや堆積膜形成装置内部に付着した膜が剥れる事によって生じる破片などが基体や形成途中の堆積膜に付着し、これを核として堆積膜が異常成長を起こす事がわかっている。こうした堆積膜形成装置内部の膜の剥れを防止するために、堆積膜形成装置の内部構造をできるだけ単純化することが、堆積膜の密着性を向上させ、また膜が堆積する部分の表面積を減少させる上でも効果的である。その様な意味で、上述の従来技術の様に電極と原料ガス導入装置の機能を兼用させることは有効な手段である。
【0009】
以上の様な従来技術を用いることで、特性ムラや、球状突起の少ない電子写真用光受容部材を安定して得る事が可能になった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、電子写真装置は従来にも増して、高画質化、高速化、高耐久化が求められている。更に、サービスコストの低減のため、各部品の信頼性向上によりメンテナンス回数の低減が必要とされる。この様な状況のもとで、電子写真用光受容部材は様々な環境下でサービスマンのメンテナンスを受けないまま、以前にも増して長時間繰り返し使用を続けられる様になった。この様な状況下では、従来の電子写真用光受容部材は改善されるべき余地が残されている。
【0011】
例えば従来のガス導入管と電極を兼用した装置では、電極に高周波電力を印加する場合、条件によって微小な「白ポチ」が発生する場合があった。また画像濃度ムラについても条件によって発生する場合があった。この様な画像濃度ムラも画像形成の高速化が進むにつれて、従来は問題にならなかった軽微な特性ムラ、例えば光感度ムラ等が顕著に現れる様になってきた。
【0012】
「白ポチ」については、従来問題にならなかった程度の微小な球状突起が存在し且つ高速で画像形成を長期に渡って繰り返した際は、その部分の疲労が次第に進み、場合によっては球状突起部分が欠落することで「白ポチ」を発生させることがわかった。しかしながら、この様な微小な球状突起は、単に原料ガス導入装置のガス放出穴近傍の膜の密着性を向上させるように材質や表面性を検討してもその効果はほとんど得られなかった。
【0013】
また、画像濃度ムラについても、例えば原料ガス導入装置を三重管や四重管構造などにし、またガス放出穴の配置や直径等を調整しても本質的に防止することは困難であった。
【0014】
本発明の目的は、堆積膜の異常成長を抑制し、球状突起の発生を低減でき、特に画像品質に優れた電子写真用光受容部材の製造に好適な堆積膜形成装置およびこれを用いた堆積膜形成方法を提供することにある。
【0015】
また本発明の別の目的は、プラズマの局在化を防止し、原料ガスの供給を放電空間全域に渡って均一ならしめることで、全面に渡って高度に均質化された堆積膜を形成でき、特に画像品質に優れた電子写真用光受容部材の製造に好適な堆積膜形成装置およびこれを用いた堆積膜形成方法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の本発明により達成できる。
【0017】
反応容器内に原料ガスを導入し且つ高周波電力を導入する原料ガス導入装置兼電極を備え、前記高周波電力によってグロー放電を発生させることにより前記原料ガスを分解して前記反応容器内に配置した基体上に堆積膜を形成する堆積膜形成装置であって、前記原料ガス導入装置兼電極は、少なくとも前記高周波電力を導入するための円筒状または円柱状の電極と、該電極の表面を前記グロー放電領域より分離するために該電極を覆う円筒状の絶縁体とを有して成り、該絶縁体には、前記原料ガスを前記グロー放電領域へ導入する複数のガス放出穴が形成され、前記原料ガス導入装置兼電極には、供給された原料ガスを前記ガス放出穴に導入する原料ガス流路が、前記電極と前記電極を覆う絶縁体の電極側表面に囲まれた空間に形成されるか、または前記電極を覆う絶縁体の内部に形成された空間に形成され、前記原料ガス流路は前記原料ガス導入装置兼電極の周方向に複数配されており、且つ、各々の原料ガス流路の幅が0.5〜13mmであることを特徴とする堆積膜形成装置。
【0018】
上記本発明の堆積膜形成装置を用いた堆積膜形成方法において、前記堆積膜形成装置の反応容器内に基体を配置し、前記原料ガス導入装置兼電極のガス放出穴から原料ガスを前記基体側に導入し且つ前記原料ガス導入装置兼電極の電極から高周波電力を導入し、該高周波電力によってグロー放電を発生させることにより前記原料ガスを分解して前記基体上に堆積膜を形成することを特徴とする堆積膜形成方法。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明では、原料ガス導入手段と高周波導入手段とを兼用構造とし、しかも上述の特徴的構成にした原料ガス導入装置兼電極(原料ガス導入管兼電極)を用いることによって、堆積膜形成装置の内部構造を簡略化すると共に、電極に高周波を印加した場合であっても、従来の原料ガス導入装置兼電極で見られた球状突起の発生や、電子写真用光受容部材の特性ムラや、膜厚ムラを本質的に抑制できる。以下、本発明の作用を、本発明の完成に至った経緯と共に詳細に説明する。
【0020】
電子写真用光受容部材において、収率を左右する要因のひとつに球状突起の発生が挙げられる。この球状突起の発生の防止について、前述の様に電極と原料ガス導入装置を兼用することは有効な手段であった。しかし、この様な装置であっても、前述した様に微小な球状突起の発生や電子写真用光受容部材の膜厚ムラを含む特性ムラの発生を抑えることは困難である。そこで、本発明者は、従来の原料ガス導入装置兼電極におけるプラズマの局在化現像および原料ガス導入の偏りについて着目し、以下の様な解析を行った。
【0021】
ガス導入管のガス放出穴付近は堆積膜が剥れ易く、この部分での膜剥れが原因となって球状突起が形成される例が多い。この様なガス放出穴周辺の部分での膜の密着性を向上させる技術は、前述の特開平4−247877号公報に詳しく記載されている。しかしながら、本発明者が行なった解析によれば、ガス放出穴付近に剥れ易い膜を形成する様な本質的な現象が存在するので、この様に膜の密着性を向上させるだけでは効果が十分ではないことがわかって来た。
【0022】
ガス導入管の表面に形成されたガス放出穴の周辺には、周囲の放電よりも明るい放電領域が現れ、極端な場合はグロー放電中に目視においてもガス放出穴から炎を吹き出すように見える。以下、この現象を便宜上「吹き出し」と呼ぶ。
【0023】
本発明者の解析によれば、「吹き出し」部分ではプラズマ中の飽和電子電流が「吹き出し」の無い部分に比べて増加しており、プラズマが局在していることが確かめられた。この様な部分では、周囲の正常な部分に比べてかなり異なった活性種が生れていると考えられる。その結果、ガス放出穴の周囲に剥れやすい膜が堆積する。特に、条件によっては「吹き出し」部分の周囲にポリシラン様の粉体が発生する場合もある。これらの膜や粉体は、堆積膜形成過程において、原料ガスの突出圧力や堆積膜形成装置内部の圧力変化等の要因で原料ガス導入装置兼電極の表面から飛び散り、電子写真用光受容部材に微小な「白ポチ」を形成する核となることがわかった。
【0024】
また、上記の様なプラズマの局在状態が、電子写真用光受容部材の特性にも影響を与えることもわかった。本発明者の知見によれば、基体の堆積膜形成中の表面付近では、「吹き出し」部分に見られる様な飽和電子電流の顕著な上昇は確認されなかった。にもかかわらず、実際の電子写真用光受容部材では、ガス導入管のガス放出穴の位置に対応してムラが見られることが確認された。これは電子の移動度が高いので比較的早く拡散、散逸して平均化し、これにより電子飽和密度の測定では差が現れないが、一方、イオンや中性の活性種は電子に比べれば重く、拡散し難く基体表面付近まである程度の分布を持っているので、これが電子写真用光受容部材の特性に影響を与え、画像濃度ムラを引き起こす事によると推測される。
【0025】
こうした状況を緩和する目的で、例えば原料ガスの突出圧力が軽減する様に、ガス放出穴の径を大きくする等の対策は余り有効ではない。本発明者は、後に詳しく述べるが、ガス放出穴の直径を変化させた場合の電子写真用光受容部材上の球状突起の様子や特性ムラの変化を調べる実験を行なった。この実験によれば、ある程度まではガス放出穴の直径を広げるに従って、球状突起や特性ムラが改善される方向にあるものの、その効果は十分ではなかった。また、更にガス放出穴を広げると逆に球状突起が悪化すると同時に、膜厚ムラが悪化する傾向があることが確かめられた。これは、ガス放出穴径を大きくすると、ガスの突出圧力が下がり、プラズマの局在が緩和される効果がある反面、ガス導入管内部へのプラズマの回り込みが起こり易くなり、この部分からの膜剥がれが生じるためと考えられる。
【0026】
この様な点から、「吹き出し」の発生原因はガスの突出圧力が高い事に因るのではなく、電極の表面に開けられた穴(くぼみ)がプラズマ中に露出して穴(くぼみ)の周囲に電界が集中する事に因ると考えられる。また、本発明者は「吹き出し」の原因を確認するために、直径2mm、深さ2.5mmのくぼみを電極表面に設けて飽和電子電流の測定を行なったところ、実際に「吹き出し」が発生した事を確認している。
【0027】
本発明者はこうした経緯から、電極を絶縁体で被覆することで、グロー放電領域から分離する方法について検討した。しかしながら、原料ガス流路を原料ガス導入管兼電極内部に形成する場合、電極から放射された高周波電界が原料ガス流路に侵入するため、条件によっては原料ガス流路内部でグロー放電が発生する。このような場合、原料ガス流路内部のグロー放電で生成されたポリシラン様の粉体や、原料ガス流路の壁面に付着した膜が剥がれた破片などがガス放出穴から吹き出す結果となり、多量の粒状突起が発生すると同時に特性ムラも悪化する。
【0028】
以上の様な理由により、従来の原料ガス供給機構では、「白ポチ」の抑制と、電子写真用光受容部材の膜厚ムラまで含んだ特性の均一化を高いレベルで両立することは困難であった。
【0029】
本発明は、上記の様な解析に基づき完成された。すなわち、本発明に用いる原料ガス導入装置兼電極においては、電極の表面(従来プラズマに接していた部分)が絶縁体で覆われてグロー放電領域より分離され、原料ガスはこの絶縁体に形成されたガス放出穴を通して放電空間に放出され、且つ原料ガス流路の幅を0.5〜13mmの範囲とすることで、上述の様なガス放出穴周辺での電界の集中が発生せず、原料ガス流路の内部でグロー放電の発生を防止できるので、この結果ガス放出穴周辺での堆積膜の密着性が向上すると共に、ポリシラン様の粉体の発生を効果的に防止することができる。更には、「吹き出し」が根本的に発生しないので、プラズマの局在化を防止でき、堆積膜のムラの発生を本質的に抑止できる。
【0030】
本発明では、原料ガス流路の幅を0.5mm以上13mm以下とすることが重要である。原料ガス流路の幅を0.5mm未満にすると、原料ガス流路とガス放出穴のコンダクタンスの関係から、実用的なガス放出穴の配置や大きさでは、原料ガスを均一にグロー放電領域に供給することが困難なため、膜厚ムラ、特性ムラが大きくなる傾向がある。一方、原料ガス流路の幅を広げていくと、原料ガス流路の内部で放電が起り易い傾向が顕著になる。また、原料ガス流路の内部で原料ガスのよどみが発生し易くなる。こうしたよどみ部分ではダスト等が滞留し易く、堆積膜形成中に徐々にダストが放電空間に放出される傾向があるため、球状突起の発生に繋がる場合がある。
【0031】
したがって本発明の目的を達成するためには、原料ガス流路の幅を0.5以上13mm以下にすることが重要であり、最適には1mm以上5mm以下の範囲にすることが望ましい。なお、本発明において原料ガス流路の幅とは、原料ガスが流れる方向に対して垂直の断面における最長の幅を指す。また、上述の原料ガス流路の幅は例えば熱膨張などを考慮した上で、実際の堆積膜形成時の条件での幅をさす。
【0032】
本来、このような空間の大きさと放電の起き易さの関係は、パッシェンの法則に従って理論的に計算される。しかし、パッシェンの法則では、ガス種や圧力、高周波電源の周波数、電極の形状などがパラメータとして含まれているため、実際の放電条件は厳密には決めにくい。本発明者は実験を繰り返すことによって、原料ガス流路の内部でのグロー放電の発生を防止し、球状突起の発生と電子写真用光受容部材の特性の悪化を防止する条件を経験的に見い出したものである。
【0033】
本発明に用いる原料ガス導入装置兼電極は、少なくとも高周波電力を供給するための電極と電極の表面をグロー放電領域より分離するために覆う絶縁体とを有して成る。例えば、電極の表面を公知のコーティング法に従い絶縁体で被覆すれば、電極の耐性も向上した原料ガス導入装置兼電極が得られる。コーティングの材料としては、アルミナ、二酸化チタン、酸化マグネシウム等が挙げられる。特に、アルミナ、二酸化チタン等の耐酸性の良好な材料およびこれらの混合材料が適している。コーティング方法には特に制限は無く、CVD法、メッキ法、溶射法等が採用できる。特に溶射法は、コスト面やコーティング対象物の大きさ形状の制限を受け難い点から好ましい。とりわけプラズマ溶射法は、気孔率が低く密着性も良好なのでより好ましい。
【0034】
電極の形状と、この電極を覆う絶縁体の形状は、加工性や原料ガスを均等に放出する観点から円筒形状(または円柱形状)が望ましい。また、電極および絶縁体の配置についても同様の理由から同心円状に配置することが望ましい。
【0035】
電極を覆う絶縁体の大きさには特に制限は無い。ただし、複数の円柱状導電性基体を同一円周上に配置し、原料ガス導入装置兼電極を円柱状導電性基体の配置円内に設置する場合には、円筒形状の絶縁体の大きさ(すなわち円柱形状の原料ガス導入装置兼電極全体としての大きさ)は、この基体が配置される円周の直径に対して4〜25%程度の直径にすることが好ましい。また、円筒形状の絶縁体の被覆厚も特に制限は無いが、加工上の問題から0.5〜20mm程度の厚さが実用的である。更に、円筒形状(または円柱形状)の電極自体の直径についても特に制限は無く、上述の絶縁体の直径と原料ガスの流路の幅を満足できる範囲にすればよい。実用的には直径2mm以上が望ましい。
【0036】
原料ガス導入装置兼電極の長さには特に制限は無い。ただし、電子写真用光受容部材の特性の均一化の点から、基体の長さに対して90〜125%程度の長さが望ましい。ここで言う原料ガス導入装置兼電極の長さとは、電極を覆う絶縁体に同一方向(原料ガス導入装置兼電極の長さ方向)に開けられた複数の原料ガス放出穴のうち、最も離れた2つの穴の中心点の距離を指す。電極単体の長さは、絶縁体内部に電極を保持する点からは、原料ガス導入装置兼電極の長さに対して100〜150%程度の長さが望ましい。ただし、逆に原料ガス導入装置兼電極に対して100%未満の長さであっても、本発明の効果を得るには何等差し支えない。ここで言う電極単体の長さとは、実質的に放電空間内に高周波を放出する作用を有する部分を指す。
【0037】
絶縁体に形成するガス放出穴の大きさと個数は、原料ガスの流量、圧力などの条件と関連づけて決定すればよい。ガス放出穴が丸穴の場合、その大きさは直径0.4mm〜2.5mm程度が好ましい。直径0.4mm未満ではガス放出穴の周辺に堆積した膜によってガス放出穴が詰まる傾向にあり、逆に直径2.5mmを越えると電子写真用光受容部材の膜厚ムラや特性ムラを均一化するのが困難な傾向にある。ガス放出穴の個数については特に制限は無いが、電極を覆う絶縁体の単位表面積に対して、0.04〜0.31個/cm2 程度が好ましい。これらのガス放出穴の配置には特に制限は無いが、複数の方向に原料ガスを放出させるように配置することが望ましい。
【0038】
特に同一円周上に複数の円筒状導電性基体を配置し、この円周内に原料ガス導入管兼電極を配置する構成とした場合には、円筒状導電性基体の個数をnとして、n、またはn/2(nが偶数の場合)の方向に等配置するのが望ましい。
【0039】
電極の材質は、導電性のものであれば何れも使用できるが、Al、Cr、Mo、Au、In、Nb、Ni、Te、V、Ti、Pt、Pb、Fe等の金属の他、これらの合金、例えばステンレス等が使用できる。また、表面を導電処理した絶縁体も使用でき、この場合、絶縁体としては、アルミナセラミックス、窒化アルミニウム、窒化ほう素、シリコン、コージェライト、ジルコンコージェライト、酸化ケイ素、酸化ベリリウム、マイカ系セラミックス、石英ガラス、パイレックスガラス等が使用できる。
【0040】
電極を覆う絶縁体の材質は、前述したコーティング材料に限られず、例えば、アルミナセラミックス、窒化アルミニウム、窒化ほう素、シリコン、コージェライト、ジルコンコージェライト、酸化ケイ素、酸化ベリリウム、マイカ系セラミックス、石英ガラス、パイレックスガラス等も使用できる。また加工性などの点から、テフロン、ポリスチレン等の樹脂を用いることもできる。
【0041】
更に、この絶縁体の少なくとも放電空間に接する側の表面に、主として堆積膜の膜剥れを防止する目的で凹凸を設けることもできる。この場合、凹凸の大きさとしては、2.5mmを基準長さとする+点平均粗さ(Rz)で5μm以上200μm以下の範囲が好ましい。表面に凹凸を設ける手段としては、特に制限はないが、例えば投射体を吹きつけるブラスト加工等が実用的に好ましい。
【0042】
本発明では、電極と電極を覆う絶縁体の表面に囲まれた領域に、電極の周方向に複数に分離された原料ガスの流路を設けることができる。本発明において、原料ガス導入管兼電極の内部に形成され且つ電極の周方向に複数配置された原料ガス流路とは、単に二重管構造にして内部に原料ガスを流入可能とした単一流路の従来の原料ガス導入管兼電極とは異なり、例えば、複数の障壁が二重管構造内部に周方向に等間隔に存在しており、この障壁が周方向への原料ガスの流れを制限するような構成を指す。この場合絶縁体に形成されたガス放出穴は周方向に配置された原料ガス流路の各々に対応して設ければ良い。また、こうして分離された各々の原料ガス流路の幅は前述の範囲にあることは言うまでもない。
【0043】
上記の様に原料ガス流路を電極の周方向に複数に分離した原料ガス導入管兼電極では、原料ガス流路を複数に分離しない場合の原料ガス導入管兼電極に比べて、原料ガス流路の幅を同じとした場合、原料ガス流路内部での原料ガスのよどみを減少させることができるので球状突起の発生をより効果的に防止できる。また、原料ガスの電極の周方向の流れが制限されるので、原料ガス導入管兼電極の周方向に渡って、原料ガスの供給が均一化される。したがって、反応容器内の同一円周上に複数の円筒状基体を配置し、この円周内に原料ガス導入管兼電極を設けた堆積膜形成装置の構成をとる場合には、複数の円筒状基体の間の堆積膜の特性のばらつきが効果的に抑制できる。
【0044】
本発明で、原料ガス流路を電極の周方向に複数に分離する場合、電極の表面と絶縁体の電極側表面とを密着させることが、原料ガス流路の分離を容易にする点から望ましい。ただし、機械加工上の問題点や電極の温度上昇による熱膨張などが問題となる場合は、隙間を設けてもさしつかえない。この場合、隙間の幅は原料ガスの流れを制御する立場から、0.5mm未満にすることが望ましい。ここで言う隙間の幅は、熱膨張等を考慮した実際の堆積膜形成時の条件での隙間の値を指す。本発明において、原料ガス流路を電極の周方向に複数配することは、電極の周方向への原料ガスの流れを実質的に制限しうる複数の障壁を設けることを指す。例えば上述の様な隙間が存在する場合であっても、電極の周方向への原料ガスの流れが実質的に制限されていれば、本発明の効果が得られる。
【0045】
原料ガス流路を形成するための方法としては、例えば、電極の表面に溝を切ることで原料ガス流路を形成する方法、絶縁体の電極側表面に溝を切ることで原料ガス流路を形成する方法、絶縁体内部に原料ガス流路を形成する方法、電極と電極を覆う絶縁体が形成する隙間に中子を挿入する方法等が挙げられる。
【0046】
以下、図面を用いて、原料ガス流路が内部に形成された原料ガス導入装置兼電極の例を説明する。
【0047】
図1は参考例であり、電極を絶縁体で覆い、電極と絶縁体の電極側表面に囲まれた空間によって原料ガス流路を形成した場合の円柱形状の原料ガス導入管兼電極を例示する模式図であり、図1(a)は直径方向の断面図、図1(b)は母線方向(伸線方向)の断面図である。
【0048】
図1の例では、原料ガス導入管兼電極102は円柱形状であり、円柱形状の電極112を絶縁体113でおおい、電極112と絶縁体113の電極側表面で囲まれた空間により原料ガス流路117を形成する構成より成る。絶縁体113には、所望の位置に所望の個数のガス放出穴116が貫通形成されている。原料ガス流路114の上端には上部から原料ガスを供給するための原料ガス導入口115が開口されている。図1の例では、原料ガス流路117の幅は、原料ガス流路117内に取れる電極112の接線の長さとして定義される。すなわち、母線方向を含む面に垂直に交わる断面において最も長い直線距離である。
【0049】
図1の例では、原料ガス導入装置(不図示)より供給される原料ガスは、原料ガス導入口115を通して原料ガス流路117に導入された後、絶縁体113に形成されたガス放出穴116を通して放電空間に放出される。
【0050】
図1の例では、原料ガス流路117の上端に1個の原料ガス導入口115を形成したが、本発明はなんらこれに限定されず、所望に応じて予め原料ガスの配管を分岐して複数の原料ガス導入口115より原料ガスを導入しても良い。また、原料ガスの導入口115は原料ガス流路117の下端に形成されても良いし、上記の様に予め分岐した原料ガスの配管をもって、原料ガス流路の上下に形成されてもさしつかえない。
【0051】
図2は、電極の表面に溝を切ることで原料ガス流路を形成した場合の円柱形状の原料ガス導入装置兼電極を例示する模式図であり、図2(a)は直径方向の断面図、図2(b)は電極表面に形成された原料ガス流路を示すための電極表面の展開図である。
【0052】
図2の例では、原料ガス導入装置兼電極102は円柱形状であり、円柱形状の電極112の表面を絶縁体113の層で覆った構成より成る。原料ガス流路117は円柱形状の電極112の表面に周方向に等間隔となる4箇所の位置(すなわち断面円における角度が、0度、90度、180度および270度の位置)に伸線方向に伸びた溝を切ることで形成された流路であり、この電極112の溝面と電極を覆う絶縁体113の電極側表面に囲まれた空間から成る。すなわち、電極112の表面の溝以外の部分が原料ガス流路を周方向に分離する障壁として機能する。また、原料ガス流路117の各々の側面を構成する絶縁体113には、所望の位置に所望の個数のガス放出穴116が貫通形成されている。原料ガス流路114は、円柱形状の電極112の表面に各2本の原料ガス流路117の中間の2箇所の位置(すなわち断面円における角度が、45度および225度の位置)に伸線方向に伸びた溝を切ることで形成された流路であり、この電極112の溝面と電極を覆う絶縁体113の電極側表面に囲まれた空間から成る。また、原料ガス流路114の各々の上端には外部から原料ガスを供給するための原料ガス導入口115が開口形成されている。原料ガス流路121は、円柱形状の電極112の表面に各1本の原料ガス流路114とこの両側に隣接する各2本の原料ガス流路117とが連通する様に伸線方向に対し垂直に伸びた溝を上下2本切ることで形成された流路であり、この電極112の溝面と電極を覆う絶縁体113の電極側表面に囲まれた空間から成る。
【0053】
図2の例では、原料ガス導入装置(不図示)より供給される原料ガスは、原料ガス導入口115を通して原料ガス流路114内に導入され、原料ガス流路121を通して原料ガス流路117に導入された後、更に絶縁体113に形成されたガス放出穴116を通して放電空間に放出される。
【0054】
図2の例の様に電極表面に溝を切って原料ガス流路を形成した場合、比較的簡単な機械加工で複雑な原料ガス流路が形成できるため、絶縁体に貫通形成された各々のガス放出穴から放出される原料ガスの流量の調節が容易であり、この結果特に原料ガスの流量が比較的少ない条件で堆積膜の上下方向の膜厚の均一化が図り易い。また、前述したコーティング法により電極の耐性を向上させることが容易である。
【0055】
図2の例では、1本の原料ガス流路117あたり上下2本の原料ガス流路121を形成したが、本発明は何等これに限定されず、原料ガス流路121は所望に応じて1本にしても良いし、3本以上の多数本を並列に配置させた構成にしても良い。また、図2の例では、予め原料ガスの配管を分離して、2本の原料ガス流路114(2つの原料ガス導入口115)から原料ガスを導入する構成にしたが、本発明は何等これに限定されず、所望に応じて1本の原料ガス流路114から原料ガスを導入してから分岐しても良いし、3本以上の多数の原料ガス流路114を設けても良い。また、図2の例では、電極の表面に溝を切ることで原料ガス流路を形成したが、電極の表面ではなく、絶縁体の電極側表面に同様の溝を切ることで同様の原料ガス流路を形成しても良い。
【0056】
図3は、電極を覆う絶縁体内に原料ガスの流路を形成した場合の円柱形状の原料ガス導入装置兼電極を例示する模式図であり、図3(a)は直径方向の断面図、図3(b)は母線方向(伸線方向)の断面図である。
【0057】
図3の例では、原料ガスの流路117は電極を覆う絶縁体113の内部に形成されている。また、原料ガス流路117の各々の上端には外部から原料ガスを供給するための原料ガス導入口115が貫通形成されており、更に、原料ガス流路117の各々の外側(放電空間側)の面を構成している絶縁体113には、所望の複数個のガス放出穴116が貫通形成されている。
【0058】
図3の例では、原料ガス導入装置(不図示)より供給される原料ガスは、原料ガス導入口115を通して原料ガス流路117内に導入され、更に絶縁体113に形成されたガス放出穴116を通して放電空間に放出される。
【0059】
図3の例の様に絶縁体内部に原料ガス流路を形成した場合には、電極表面が直接原料ガスと接触しない構造となるため、上記の様なコーティング法を用いること無しに耐性に富んだ電極が得られる。
【0060】
図4は参考例であり、電極と電極を覆う絶縁体が形成する隙間に中子を挿入して原料ガス流路を形成した場合の円柱形状の原料ガス導入装置兼電極を例示する模式図であり、図4(a)は直径方向の断面図、図4(b)は母線方向の断面図である。
【0061】
図4の例では、原料ガス導入装置兼電極102は円柱形状であり、円柱形状の電極112の表面を所望形状の中子120を介して絶縁体113の層で覆った構成より成る。原料ガス流路117は周方向に等間隔となる4箇所の位置に伸線方向に伸びた溝が構成される様に中子120を予め加工して形成した流路であり、中子120の外側(絶縁体113側)の加工面(溝面)と絶縁体113の中子側表面に囲まれた空間から成る。すなわち、中子120自体が原料ガス流路を周方向に分離する障壁として機能する。また、各原料ガス流路117の伸線方向のほぼ中間点おいても溝は遮られており、これにより原料ガス流路117は更に上下に分割されている。また、原料ガス流路117の各々の側面を構成する絶縁体113には、各原料ガス流路117のほぼ上端、下端、その中間の3箇所の位置にガス放出穴116が貫通形成されている。原料ガス流路114は、原料ガス流路117と周方向における同位置(4箇所)に伸線方向に伸びた溝が構成される様に中子120を予め加工して形成した流路であり、中子120の内側(電極112側)の加工面(溝面)と電極112の中子側表面に囲まれた空間から成り、同様に中子120自体が原料ガス流路を周方向に分離する障壁として機能する。また、原料ガス流路114の各々の上端には外部から原料ガスを供給するための原料ガス導入口115が貫通形成されている。また内部ガス放出穴118は、周方向における同位置の各々の原料ガス流路114から原料ガス流路117に原料ガスが放出される貫通穴が構成される様に中子120を予め加工して形成した穴である。この内部ガス放出穴118は、1本の原料ガス流路114毎に2つ設けられ、各々が原料ガス流路117に連通している。
【0062】
図4の例では、原料ガス導入装置(不図示)より供給される原料ガスは、原料ガス導入口115を通して原料ガス流路114に導入された後、内部ガス放出穴118を通して原料ガス流路117に流入し、更に電極を覆う絶縁体113に設けられたガス放出穴116を通して放電空間に供給される。
【0063】
図4の例の様に、中子を用いて原料ガス流路を形成する場合、中子の材質としては、電極に用いられる金属の他、電極を覆う絶縁体に用いられる絶縁体が好適に使用できる。
【0064】
図4の例の様に、中子を用いて原料ガス流路を形成すれば、中子によって多重管構造(図4の例では2重管構造)が構成できるため、堆積膜の上下方向の均一化が更に得やすい。また前述したコーティング法により電極の耐性向上も容易に図れる。
【0070】
次に、図面を用いて、本発明の堆積膜形成装置全体の構成の例を説明する。
【0071】
は、複数の円筒状導電性基体を同一円周上に配置した構成をとった場合の本発明の堆積膜形成装置の一例を示す模式図であり、図(a)は水平方向の断面図、図(b)は垂直方向の断面図である。
【0072】
に示す堆積膜形成装置は、大別すると減圧可能な(真空気密可能な)反応容器100、原料ガス導入装置(不図示)、反応容器100内を減圧するための排気装置(不図示)、原料ガス導入装置兼電極102に電力を供給するための電源107から構成される。
【0073】
反応容器100内には円筒状で導電性の基体101が所望に応じて配置され、基体加熱用ヒーター104、原料ガス導入装置兼電極102が設置されている。原料ガス導入装置兼電極102には高周波マッチングボックス106を介して電源107が接続されている。基体101はホルダー(不図示)を介して回転軸108に保持されており、回転軸108は真空シール(不図示)を通して反応容器100の外(大気側)に貫通し、ギア110を介してモーター109に接続されている。
【0074】
基体101は同一円周上に配置され、基体が取り囲む領域で放電空間111が形成される。基体101の本数は放電空間を形成できる本数であれば何本でもよいが、4本以上が好適である。図では基体を8本配置した例を示している。基体101は反応容器100内に設置された基体加熱用ヒーター104で内側から加熱されるようになっている。基体加熱用ヒーター104は、真空仕様のものであれば何れでもよく、例えばシースヒーターをパイプに巻きつけたもの、板状ヒーター、セラミックヒーター等の電気抵抗体の他、ハロゲンランプ等の熱放射体、気体や液体を媒介し熱交換手段による発熱体などが使用できる。
【0075】
これらの基体加熱用ヒーター104は、反応容器100内に設けられる他、反応容器とは別に基体加熱用容器を設けその中に設置して、あらかじめ基体加熱用容器で基体を加熱した後、反応容器100に基体101を真空中で搬送する手段も採れる。また、基体加熱用容器による基体の加熱と、反応容器100内での基体の加熱を併用することもできる。基体101の温度は、目的とする堆積膜の特性により適宜最適範囲が選択されるが、通常の場合、20〜500℃が望ましく、更に50〜480℃が好ましく、更に100〜450℃が最適である。
【0076】
次に、図に示した装置を用いて堆積膜を形成する方法の例を説明する。
【0077】
まず、反応容器100内に、あらかじめ脱脂洗浄した基体101を配置し、不図示の排気装置(例えば真空ポンプ)により反応容器100内を排気する。続いて、基体101を回転させながら、ヒーター104により基体101の温度を20℃〜500℃の所望の温度に制御する。基体101が所望の温度になったところで、原料ガス供給系(不図示)より原料ガスを原料ガス導入装置兼電極102を通して内部チャンバ内に供給する。このときガスの突出等、極端な圧力変動が起きないよう注意する。次に、原料ガスの流量が所定の流量になったところで、真空計(不図示)を見ながら排気バルブ(不図示)を調整し、所望の内圧を得る。
【0078】
内圧が安定したところで、高周波電源107を所望の電力に設定して、高周波マッチングボックス106を通じて原料ガス導入装置兼電極102に高周波電力を印加し、グロー放電を生起させる。この放電エネルギーによって反応容器100内に導入された原料ガスが分解され、基体101上に所望の堆積膜が形成される。この際、基体101をモーター109によって堆積膜形成中に回転させておくことで、基体101の全面に堆積膜が形成される。所望の膜厚の形成が行われた後、高周波電力の供給を止め、反応容器への原料ガスの流入を止め、堆積膜の形成を終える。目的とする堆積膜の特性に応じて基体上に複数の層からなる堆積膜を形成する場合には、前記の操作を繰り返すことによって、所望の複数層構成の堆積膜を得ることができる。
【0079】
基体101として例えば円筒状のものが使用されるが、その材質は導電性材料または表面を導電処理した材料が通常使用される。例えばAl、Cr、Mo、Au、In、Nb、Ni、Te、V、Ti、Pt、Pb、Fe等の金属の他、これらの合金、例えばステンレスなどが使用できる。また、表面を導電処理した材料としてはアルミナセラミックス、窒化アルミニウム、窒化ほう素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化ケイ素、酸化ベリリウム、石英ガラス、パイレックスガラスなどの他、ポリカーボネート、テフロン等の合成樹脂が使用できる。表面を導電処理した材料を基体として使用する場合、堆積膜を形成する側と反対側も導電処理することが望ましい。
【0080】
堆積膜形成に使用される原料ガスは、例えばアモルファスシリコンを形成する場合にはSiH4 、Si2 H等のガス状態の、またはガス化し得る水素化珪素(シラン類)が、Si供給用ガスとして有効に使用できる。また、水素化珪素の他にも、弗素原子を含む珪素化合物、いわゆる弗素原子で置換されたシラン誘導体、具体的には、例えばSiF4 、Si26 等のフッ化珪素や、SiH3 F、SiH22 、SiHF3 等の弗素置換水素化珪素等、ガス状の、またはガス化し得る物質もSi供給用ガスとして有効である。また、これらのSi供給用の原料ガスを必要に応じてH2 、He、Ar、Ne等のガスにより希釈して使用しても何等差し支えない。
【0081】
更に前記のガスに加えて、必要に応じて周期律表3族に属する原子または周期律表5族に属する原子を、いわゆるドーパントとして用いることもできる。例えばホウ素原子を用いる場合には、B26 、B410等の水素化珪素、BF3 、BCl3 等のハロゲン化珪素が挙げられる。またリン原子を用いる場合には、PH3 、P24 等の水素化燐が使用できる。
【0082】
また、例えばアモルファスシリコンカーバイト(a−SiC)を形成する場合には、前記の原料ガスのほかに、炭素原子導入用のガスとして、CとHとを構成原子とする、例えば炭素数1〜5の飽和炭化水素、炭素数2〜4のエチレン系炭化水素、炭素数2〜3のアセチレン系炭化水素等を使用できる。具体的には、飽和炭化水素としては、メタン(CH4 )、エタン(C26 )等、エチレン系炭化水素としては、エチレン(C24 )、プロピレン(C36 )等、アセチレン系炭化水素としては、アセチレン(C22 )、メチルアセチレン(C34 )等が挙げられる。
【0083】
また、例えばアモルファス酸化シリコン(a−SiO)を形成する場合には、前記の原料ガスの他に、酸素原子導入用のガスとして使用できるものとして、酸素(O2 )、オゾン(O3 )、一酸化窒素(NO)、二酸化窒素(NO2 )、一二酸化窒素(N2 O)、三二酸化窒素(N23 )、四二酸化窒素(N24 )、五二酸化窒素(N25 )、三酸化窒素(NO3 )、シリコン原子(Si)と酸素原子(O)と水素原子(H)とを構成原子とする、例えばジシロキサン(H3 SiOSiH3 )、トリシロキサン(H3 SiOSiH2 OSiH3 )等の低級シロキサン等を挙げることができる。
【0084】
例えばアモルファス窒化シリコン(a−SiN)を形成する場合には、前記の原料ガスの他に、窒素原子導入用のガスとして使用できるものとして、窒素(N2 )、アンモニア(NH3 )、ヒドラジン(H2 NNH2 )、アジ化水素(HN3 )等のガス状のまたはガス化し得る窒素、窒化物及びアジ化物等の窒素化合物を挙げることができる。この他に、窒素原子の供給に加えて、ハロゲン原子の供給も行えるという点から、三弗化窒素(F3 N)、四弗化窒素(F42 )等のハロゲン化窒素化合物を挙げることができる。
【0085】
反応容器内のガス圧も同様に目的とする堆積膜の特性により適宜最適範囲が選択されるが、通常の場合、好ましくは0.01〜1000Pa、好ましくは0.03〜300Pa、最適には0.1〜100Paとするのが好ましい。
【0086】
高周波電力の周波数は特に制限はないが、発明者の知見によれば、周波数が20MHz未満の場合は、条件によっては放電が不安定となり、堆積膜の形成条件に制限が生じる場合があった。また450MHzより大きいと、高周波電力の伝送特性が悪化し、場合によってグロー放電を発生させること自体が困難になることもあった。したがって20MHz〜450MHzの周波数範囲が本発明には最適である。高周波の波形は、何れのものでも差し支えないが、サイン波、矩形波等が適する。また高周波電力の大きさは、目的とする堆積膜の特性等により、適宜決定されるが、基体1個あたり10〜5000Wが望ましく、さらに20〜2000Wがより望ましい。
【0087】
【実施例】
以下に本発明の効果を実証するため、より具体的な実施例、実験例等を説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。
【0088】
参考実験例1>
図5に示した堆積膜形成装置に図1に示した電極と電極を覆う絶縁体の隙間により原料ガス流路を形成した構造の原料ガス導入装置兼電極を設置し、シングルプローブ(ラングミュアプローブ)を用いて飽和電子電流の測定を行なった。
【0089】
図1に示した原料ガス導入装置兼電極102の長さは420mmとし、直径は25mm(電極112の直径10mm)とし、原料ガス流路117の幅は12.5mmとし、ガス放出穴116の直径は1.2mmとし、ガス放出穴116は60mm間隔で4方向に計32個開けたものを使用した。また、円筒状導電性基体101の直径は80mm、長さは357mmとした。
【0090】
シングルプローブは、真空中で移動可能な機構とし、原料ガス導入装置兼電極の表面と基体表面までの最短距離を1とした場合に原料ガス導入装置兼電極の表面からの距離が0.4と0.9となる位置で、それぞれ原料ガス導入装置兼電極の母線方向へ10mm毎に飽和電子電流を計測した。この際ガス放出穴116の配列方向とシングルプローブの方向は一致させた。
【0091】
放電条件を下記表1に示す。
【0092】
【表1】

Figure 0003673568
こうして測定した結果を図にグラフとして示す。なお図における飽和電子電流の値は、原料ガス導入装置兼電極表面から0.4と0.9の位置でそれぞれの最大値を1とした場合の相対値である。
【0093】
から明らかな様に、本発明によれば、ガス放出穴周辺のプラズマの局在化がほとんど発生していないことがわかる。
【0094】
<比較実験例1>
に示した堆積膜形成装置に、従来の原料ガス導入装置兼電極を設置した以外は、実験例1と全く同様に飽和電子電流の測定を行なった。
【0095】
本比較実験例で使用した原料ガス導入装置兼電極は、電極を覆う絶縁体113を金属(SUS304)とし、上から1つ目のガス放出穴116と、上から2つ目のガス放出穴116の中間に直径2mm、深さ2.5mmのくぼみを設け、更にガス放出穴116の近傍に厚さ100μmのアルミナセラミックスをプラズマ溶射法にて形成したものである。なお、アルミナセラミックスで形成された部分の表面粗さはRzで約23μm〜52μmであった。これら以外の形状については、実験例1で使用したものと同一である。
【0096】
本比較実験例で測定した結果を図にグラフとして示す。図から明らかな様に、従来の原料ガス導入装置兼電極では、特に原料ガス導入装置兼電極の表面から0.4の位置でガス放出穴によるプラズマの局在化が顕著であると同時に、原料ガスを放出していないくぼみの周辺でもプラズマの局在化が見られた。更に、中子が無いことにより、原料ガスの上下方向の不均一に伴って、電子飽和電流が上部から下部に向かって減少する上下ムラの傾向が見られる。
【0097】
<比較実験例2>
比較実験例1で使用した原料ガス導入装置兼電極のガス放出穴の直径を4.5mmに広げた以外は同様にして飽和電子電流を測定した。
【0098】
本比較実験例で測定した結果を図にグラフとして示す。図から明らかな様に、ガス放出穴を広げることで、プラズマの局在化は比較実験例1よりも緩和されてはいるものの、根本的には解決していないことがわかる。またガス放出穴を大きくしたので、原料ガスが上部に偏って供給された事に起因すると見られる、上下ムラが比較実験例1に比べて更に悪化している。
【0099】
参考例1>
図5に示した堆積膜形成装置に、図2で示した電極に溝を切ることで原料ガス流路を形成した構造の原料ガス導入装置兼電極を設置し、図9に示す様な基体1102上に、電荷注入阻止層1103、光導電層1104、表面層1105を順次積層した層構成の電子写真用光受容部材1101を作製した。
【0100】
円筒状導電性基体として、直径108mm、長さ357mmのアルミニウム製シリンダーを用いた。また原料ガス導入装置兼電極は、電極112の直径を25mmとし、電極を覆う絶縁体113の直径を30mmとした。その他の形状は実験例1で使用したものと同一である。
【0101】
放電条件を下記表2に示す。
【0102】
【表2】
Figure 0003673568
なお上記表2中の「層厚」は、電子写真用光受容部材設計上のおおよその目安である。
【0103】
参考例では、原料ガス導入装置兼電極のガス放出穴116を0.2mmから4.5mmまで変化させて電子写真用光受容部材を作製し、下記方法に従い膜厚ムラ、球状突起の数、電位ムラを測定した。
【0104】
(1)膜厚ムラ
各々の電子写真用光受容部材の母線方向に2cm間隔で合計17点について渦電流式膜厚計を用いて膜厚を測定した。こうして測定した値を、それぞれの測定点について、同時に作製した8本の電子写真用光受容部材の間で平均値をとって、各原料ガス放出穴の径ごとに母線方向のムラについて最大の膜厚に対する最小の膜厚の割合を算出し、母線方向の膜厚ムラとして比較した。測定結果を図10(a)にグラフとして示す。
【0105】
また同時に、作製した8本の電子写真用光受容部材の中央部の膜厚について8本間の最大の膜厚に対する最小の膜厚の割合を算出し、8本間の膜厚ムラとして比較した。測定結果を図10(b)にグラフとして示す。図10(b)における「8本間の膜厚ムラ」の値は、ガス放出穴の直径を1.5mmとした時のその膜厚ムラを1とした場合の相対値である。
【0106】
(2)球状突起の数
各々の電子写真用光受容部材の表面を光学顕微鏡で観察し、10cm2 あたりの直径15μm以上の球状突起の個数を、同時に作製される電子写真用光受容部材8本全てについて調べた後、その平均値を算出し、球状突起の数として比較した。測定結果を図11にグラフとして示す。図11における「球状突起の数」は、ガス放出穴の直径を1.5mmとした時のその球状突起の数を1とした場合の相対値である。
【0107】
(3)画像濃度ムラ
各々の電子写真用光受容部材を電子写真装置(キャノン社製NP6060を本テスト用に改造したもの)にセットして、キャノン製中間調チャート(部品番号:FY9−9042)を原稿台に置いてコピーし、得られたコピー画像上の任意の50点の画像濃度を反射濃度計で測定し、各々の電子写真用光受容部材について最も画像濃度が濃い部分に対する最も画像濃度が薄い部分の割合を算出し、更に同時に作製される電子写真用光受容部材8本全てについて上記の測定を行ない最終的にそれらの割合を平均した値を画像濃度ムラとして比較した。測定結果を図11にグラフとして示す。図11における「画像濃度ムラ」の値は、ガス放出穴の直径を1.5mmとした時のその画像濃度ムラを1とした場合の相対値である。この比較法では数値が小さくなるほど画像濃度ムラが大きくなることを示している。
【0108】
10および図11から明かな様に、本発明においては、ガス放出穴の直径0.4mm〜2.5mmの範囲内で、膜厚ムラ、球状突起の数、画像濃度ムラ共に非常に良好な結果が得られることがわかる。一方、ガス放出穴の直径を0.2mmとしたときは、ガス放出穴の一部の堆積膜による詰まりが認められた。
【0109】
<比較例1>
図1で示した原料ガス導入装置兼電極の電極を覆う絶縁体113を金属(SUS304)に変更し、原料ガス放出穴の近傍をアルミナセラミックス(表面粗さはRzで約28μm〜63μm)で形成した以外は、実施例1で使用したものと同じ原料ガス導入装置兼電極を使用し、ガス放出穴を直径0.2mmから4.5mmまで変化させて、参考例1と同様に膜厚ムラ、球状突起の数、画像濃度ムラについて測定した。測定結果を同様に図12および図13に示す。
【0110】
図12および図13から明かな様に、ガス放出穴の直径を0.4mm〜2.5mmにすることで球状突起の数、画像濃度ムラ共に良化する傾向が見られるが、「吹き出し」の影響によりその効果は十分ではない。また、ガス放出穴を0.2mmとした場合は、参考例1と同様にガス放出穴の一部に堆積膜による詰まりが認められた。
【0111】
参考例2>
図5に示した堆積膜形成装置に、図3に示した電極を覆う絶縁体の内部に原料ガスの流路を形成した原料ガス導入装置兼電極を設置し、直径108mm、長さ357mmのアルミニウムシリンダーを基体として、図9に示した層構成の電子写真用光受容部材を作製した。
【0112】
参考例では、原料ガスの放出穴116の直径を1.2mmとし、原料ガス流路117の幅を4mmとした。また電極112の直径は15mm、電極を覆う絶縁体113の直径を32mmとし、その他の形状は参考実験例1で用いた原料ガス導入装置兼電極と同一とした。
【0113】
放電条件を下記表3に示す。
【0114】
【表3】
Figure 0003673568
なお上記表3中の「層厚」は、電子写真用光受容部材設計上のおおよその目安である。
【0115】
<比較例2>
図5に示した堆積膜形成装置に、従来の原料ガス導入装置兼電極を設置し参考例1と同様にして電子写真用光受容部材を作製した。なお本比較例で使用した原料ガス導入装置兼電極は、原料ガス流路117を電極112内部に形成した以外は参考例1と同様の形状にした。すなわち、電極を覆う絶縁体113を設けずに電極112の直径を32mmとし、電極内部に4mm幅の原料ガス流路を形成した。なおガス放出穴の近傍はセラミックで形成し、その際の表面粗さは約32μm〜48μmであった。
【0116】
次に、参考例2および比較例2で作製した電子写真用光受容部材について参考実験例1と同様にして、膜厚ムラ、球状突起の数、画像濃度ムラを評価した。その結果を下記表4に示す。なお、表4における各評価項目は、参考例2の値を1とした場合の相対値で表した。
【0117】
【表4】
Figure 0003673568
表4から明らかな様に、原料ガスの流路を周方向の分離した本発明の原料ガス導入装置兼電極では、膜厚ムラ、球状突起の数、画像濃度ムラ共に良好な結果が得られるのに対して、従来の原料ガス導入装置兼電極では、球状突起、画像濃度ムラも悪化することがわかる。
【0118】
<実施例
図5に示した堆積膜形成装置に、図2に示した電極の表面に溝を切ることで原料ガスの流路を形成した原料ガス導入装置兼電極を設置し、直径108mm、長さ357mmのアルミニウムシリンダーを基体として図9に示した層構成の電子写真用光受容部材を作製した。
【0119】
本実施例では、原料ガスの放出穴116の直径を1.2mmとし、原料ガス流路114、117の幅を0.5mm〜15mmまで変化させた。また電極112の直径は30mm、電極を覆う絶縁体113の直径は35mmとし、その他の形状は参考例1で用いた原料ガス導入装置兼電極と同一とした。
【0120】
放電条件を下記表5に示す。
【0121】
【表5】
Figure 0003673568
なお上記表中の「層厚」は、電子写真用光受容部材設計上のおおよその目安である。
【0122】
こうして作製した電子写真用光受容部材について参考例1と同様にして、膜厚ムラ、球状突起の数、画像濃度ムラを評価した。その結果を下記表6に示す。表6において各項目は、原料ガスの流路の幅を5.0mmとした時の値を1とした場合の相対値で表した。
【0123】
【表6】
Figure 0003673568
表6から明らかな様に、原料ガスの流路を13mm以下にした原料ガス導入装置兼電極では、膜厚ムラ、球状突起の数、画像濃度ムラ共に特に良好な結果が得られることがわかる。また、原料ガスの流路の幅を0.5mm〜8mm、更に1.0mm〜5.0mmの範囲にすることで、球状突起、画像濃度ムラ共に特に良好な結果が得られることがわかる。一方、原料ガスの流路を14mmおよび15mmとした場合(これらの場合は本発明に対する比較例となる)は、球状突起の数、画像濃度ムラ共に悪化する傾向が見られた。
【0124】
<実施例
図5に示した堆積膜形成装置に、図2で示した電極の表面に溝を切ることで原料ガスの流路を形成した原料ガス導入装置兼電極を設置し、直径108mm、長さ357mmのアルミニウムシリンダーを基体として、図9に示した層構成の電子写真用光受容部材を作製した。
【0125】
原料ガスの流路114、117の幅は4.0mmとし、電極112の直径は25mm、電極を覆う絶縁体113の直径は30mmとし、その他の形状は参考実験例1で用いた原料ガス導入装置兼電極と同一とした。
【0126】
また本実施例では、3層の形成の全てにおいて、電極に印加する高周波電力の周波数を20MHz〜450MHzの範囲で変化させた。その他の放電条件および層厚を下記表7に示す。
【0127】
【表7】
Figure 0003673568
なお上記表7中の「層厚」は、電子写真用光受容部材設計上のおおよその目安である。
【0128】
こうして作製した電子写真用光受容部材について、参考例1と同様にして、膜厚ムラ、球状突起の数、画像濃度ムラを評価した。その結果を下記表8に示す。表8において各項目は、実施例における原料ガスの流路の幅を5.0mmとした時の値を1とした場合の相対値で表した。
【0129】
【表8】
Figure 0003673568
表8から明らかな様に、高周波電力の周波数が20MHz〜450MHzの範囲ではいずれの周波数であっても良好な結果が得られた。
【0140】
参考
図5に示した堆積膜形成装置に、図14に示す電極の表面にアルミナセラミックスでコーティング119を施した原料ガス導入装置兼電極を設置し、前記表3の条件で、直径108mm、長さ357mmのアルミニウムシリンダーを基体として、図9に示した層構成の電子写真用光受容部材を作製した。
【0141】
参考例での電極のコーティングは、プラズマ溶射法により、厚さ100μmで行なった。
【0142】
こうして作製した電子写真用光受容部材について、参考例1と同様にして、膜厚ムラ、球状突起の数、画像濃度ムラを評価した。その結果を下記表11に示す。表11において各項目は、実施例における原料ガスの流路の幅を5mmとした時の値を1とした場合の相対値で表した。
【0143】
【表11】
Figure 0003673568
表11から明らかな様に、本参考例では全ての項目にわたって良好な結果が得られることがわかる。
【0144】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、電界の集中による「吹き出し」を防止し、原料ガスの流れを簡単な構成で均一化することで、堆積膜の異常成長や球状突起を低減でき且つ高度に均質化された堆積膜を形成できる。したがって、電子写真用光受容部材の製造において問題となる膜厚ムラ、球状突起、画像濃度ムラの発生を効果的に抑制し、きわめて画像特性の優れた電子写真用光受容部材を形成する用途に非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例の堆積膜形成装置に用いる原料ガス導入装置兼電極の一例を示す模式図である。
【図2】 本発明の堆積膜形成装置に用いる原料ガス導入装置兼電極の一例を示す模式図である。
【図3】 本発明の堆積膜形成装置に用いる原料ガス導入装置兼電極の一例を示す模式図である。
【図4】 参考例の堆積膜形成装置に用いる原料ガス導入装置兼電極の一例を示す模式図である。
【図5】 本発明の堆積膜形成装置の一例を示す模式図である。
【図6】 参考実験例1において測定した本発明の堆積膜形成装置の飽和電子電流の分布を示すグラフである。
【図7】 比較実験例1において測定した従来の堆積膜形成装置の飽和電子電流の分布を示すグラフである。
【図8】 比較実験例2において測定した従来の堆積膜形成装置の飽和電子電流の分布を示すグラフである。
【図9】 各実施例等において作製した電子写真用光受容部材の層構成を示す模式的断面図である。
【図10】 参考例1において作製した電子写真用光受容部材の膜厚ムラの変化を示すグラフである。
【図11】 参考例1において作製した電子写真用光受容部材の球状突起の数および画像濃度ムラの変化を示すグラフである。
【図12】 比較例1において作製した電子写真用光受容部材の膜厚ムラの変化を示すグラフである。
【図13】 比較例1において作製した電子写真用光受容部材の球状突起の数および画像濃度ムラの変化を示すグラフである。
【図14】 参考における本発明の堆積膜形成装置の原料ガス導入装置兼電極の一例を示す図である。
【符号の説明】
100 反応容器
101 基体
102 原料ガス導入装置兼電極
104 基体加熱用ヒーター
106 高周波マッチングボックス
107 電源
108 回転軸
109 モーター
110 ギア
111 放電領域
112 電極
113 電極を覆う絶縁体
114 原料ガス流路
115 原料ガス導入口
116 ガス放出穴
117 原料ガス流路
118 内部ガス放出穴
119 アルミナコーティング層
120 中子
121 原料ガス流路
1101 電子写真用光受容部材
1102 基体
1103 電荷注入阻止層
1104 光導電層
1105 表面層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a deposited film on a cylindrical conductive substrate, particularly a functional deposited film, particularly an amorphous semiconductor used for a semiconductor device, a photoreceptive member for electrophotography, a line sensor for image input, an imaging device, a photovoltaic device, etc. The present invention relates to a deposited film forming apparatus using plasma CVD for forming a film and a deposited film forming method using the same.
[0002]
[Prior art]
In the field of image formation, the photoconductive material for forming the photoreceptive layer in the photoreceptive member is highly sensitive, has a high S / N ratio [photocurrent (Ip) / dark current (Id)], and has a spectral characteristic of the electromagnetic wave to be irradiated Characteristics such as having an adapted absorption spectrum, fast photoresponsiveness, having a desired dark resistance value, and being harmless to the human body during use are required. In particular, in the case of an electrophotographic light-receiving member incorporated in an electrophotographic apparatus used in an office as an office machine, the above-described pollution-free property is an important point.
[0003]
An example of a material that can satisfy these requirements is an electrophotographic light receiving member using amorphous silicon (a-Si). For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-86341 describes a technique relating to a light-receiving member for electrophotography that uses a-Si as a photoconductive layer and has excellent moisture resistance, durability, and electrical characteristics. Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-168161 describes a technique in which a material composed of an amorphous material containing silicon atoms, carbon atoms, and 41 to 70 atomic% of hydrogen atoms as constituent elements is used as a surface layer. ing.
[0004]
These technologies improve the electrical, optical, and photoconductive characteristics, as well as the environmental characteristics and durability of use, and practically use a light-receiving member for electrophotography composed of a-Si that can improve the image quality. It became a place to become.
[0005]
On the other hand, a high level of technology is required for manufacturing the light receiving member for a-Si electrophotography. In particular, in the case of a light receiving member for electrophotography, a larger area and a thicker film thickness are required as compared with other devices, so how to ensure uniformity, and during a-Si film deposition An important factor is how to prevent the abnormal growth of the film generated by using foreign matter as a nucleus.
[0006]
From such a point of view, various proposals have been made on how to manufacture an a-Si electrophotographic light-receiving member that is industrially stable and of high quality. In particular, for electrophotographic light-receiving members, the occurrence of spherical projections that cause so-called “white spots” that cause fine white spots on the copy image and unevenness in which the image density varies depending on the site are serious problems. Proposals for these improvements have been made.
[0007]
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-26764 describes a technique for improving the unevenness of the characteristics of the electrophotographic light-receiving member by using a multi-tube structure as the source gas introduction device in the deposited film forming apparatus and also serving as an electrode. ing. Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-247877 discloses a technique for preventing the occurrence of spherical projections by forming the vicinity of a gas discharge hole with ceramic.
[0008]
The cause of the spherical protrusion is that dust or debris generated when the film attached inside the deposition film forming apparatus peels off adheres to the substrate or the deposition film in the middle of formation, and this causes the deposition film to grow abnormally. I know that. In order to prevent such peeling of the film inside the deposited film forming apparatus, simplifying the internal structure of the deposited film forming apparatus as much as possible improves the adhesion of the deposited film and also increases the surface area of the portion on which the film is deposited. It is also effective in reducing it. In that sense, it is an effective means to combine the functions of the electrode and the raw material gas introducing device as in the above-described conventional technology.
[0009]
By using the conventional techniques as described above, it has become possible to stably obtain an electrophotographic light-receiving member having less characteristic unevenness and less spherical protrusions.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, electrophotographic apparatuses are required to have higher image quality, higher speed, and higher durability than ever before. Furthermore, in order to reduce the service cost, it is necessary to reduce the number of times of maintenance by improving the reliability of each part. Under such circumstances, the photoreceptive member for electrophotography can continue to be used repeatedly for a longer time than before without being serviced by a serviceman in various environments. Under such circumstances, there remains room for improvement in the conventional electrophotographic light-receiving member.
[0011]
For example, in a conventional apparatus using both a gas introduction tube and an electrode, when applying high-frequency power to the electrode, a minute “white spot” may occur depending on conditions. In addition, image density unevenness may occur depending on conditions. With such image density unevenness, as the speed of image formation increases, minor characteristic unevenness, which has not been a problem in the past, such as light sensitivity unevenness, has come to appear remarkably.
[0012]
With regard to “white spots”, there are minute spherical protrusions that were not a problem in the past, and when image formation was repeated at high speed over a long period of time, the fatigue of those parts gradually progressed, and in some cases spherical protrusions It was found that “white spots” were generated due to missing parts. However, even if such a fine spherical projection is merely examined for the material and the surface property so as to improve the adhesion of the film in the vicinity of the gas discharge hole of the raw material gas introduction apparatus, the effect is hardly obtained.
[0013]
Further, it has been difficult to essentially prevent unevenness in image density even if, for example, the raw material gas introducing device is made into a triple tube or quadruple tube structure and the arrangement and diameter of the gas discharge holes are adjusted.
[0014]
An object of the present invention is to suppress the abnormal growth of a deposited film and reduce the occurrence of spherical projections, and particularly to a deposited film forming apparatus suitable for manufacturing an electrophotographic photoreceptor member excellent in image quality and deposition using the same. It is to provide a film forming method.
[0015]
Another object of the present invention is to form a highly uniform deposited film over the entire surface by preventing the localization of plasma and making the supply of the source gas uniform over the entire discharge space. In particular, it is an object of the present invention to provide a deposited film forming apparatus suitable for manufacturing an electrophotographic light-receiving member excellent in image quality, and a deposited film forming method using the same.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The above object can be achieved by the following present invention.
[0017]
A substrate having a source gas introduction device and electrode for introducing source gas into the reaction vessel and introducing high frequency power, and disposing the source gas in the reaction vessel by generating glow discharge with the high frequency power A deposition film forming apparatus for forming a deposition film thereon, wherein the source gas introduction device and electrode includes at least a cylindrical or columnar electrode for introducing the high-frequency power, and the surface of the electrode is subjected to the glow discharge. A cylindrical insulator covering the electrode for separation from the region, wherein the insulator is formed with a plurality of gas discharge holes for introducing the source gas into the glow discharge region. In the gas introduction device / electrode, is a source gas channel for introducing the supplied source gas into the gas discharge hole formed in a space surrounded by the electrode and the electrode side surface of the insulator covering the electrode? Or formed within the formed space of the insulator covering the electrode, A plurality of the source gas flow paths are arranged in the circumferential direction of the source gas introduction device / electrode, and Each A deposited film forming apparatus, wherein the width of the source gas channel is 0.5 to 13 mm.
[0018]
In the deposited film forming method using the deposited film forming apparatus of the present invention, a substrate is disposed in a reaction container of the deposited film forming device, and the source gas is supplied to the substrate side from the gas discharge hole of the source gas introducing device / electrode. And introducing a high frequency power from the electrode of the source gas introducing device / electrode, and generating a glow discharge by the high frequency power to decompose the source gas to form a deposited film on the substrate. A deposited film forming method.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, the source gas introduction unit and the high-frequency introduction unit are combined, and the source gas introduction device / electrode (source gas introduction tube / electrode) having the above-described characteristic configuration is used. While simplifying the internal structure, even when a high frequency is applied to the electrode, the occurrence of spherical protrusions seen with conventional source gas introduction devices and electrodes, the unevenness of the characteristics of the electrophotographic photoreceptor, and the film Thickness unevenness can be essentially suppressed. Hereinafter, the operation of the present invention will be described in detail together with the background to the completion of the present invention.
[0020]
In the electrophotographic light-receiving member, one of the factors affecting the yield is the generation of spherical protrusions. In order to prevent the generation of the spherical protrusions, it was an effective means to use both the electrode and the raw material gas introducing device as described above. However, even with such an apparatus, it is difficult to suppress the occurrence of characteristic irregularities including the generation of minute spherical protrusions and the film thickness unevenness of the electrophotographic light receiving member as described above. Therefore, the present inventor paid attention to the localized development of plasma and the bias of the introduction of the source gas in the conventional source gas introduction device and electrode, and conducted the following analysis.
[0021]
The deposited film is easily peeled in the vicinity of the gas discharge hole of the gas introduction pipe, and there are many examples in which spherical protrusions are formed due to the film peeling at this portion. A technique for improving the adhesion of the film around the gas discharge hole is described in detail in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-247877. However, according to the analysis performed by the present inventor, there is an essential phenomenon such as forming a film that easily peels in the vicinity of the gas discharge hole. Therefore, it is effective only by improving the adhesion of the film. I knew it wasn't enough.
[0022]
A discharge region brighter than the surrounding discharge appears around the gas discharge hole formed on the surface of the gas introduction tube, and in an extreme case, it seems that a flame is blown out from the gas discharge hole visually during glow discharge. Hereinafter, this phenomenon is referred to as “speech balloon” for convenience.
[0023]
According to the analysis of the present inventor, it was confirmed that the saturation electron current in the plasma increased in the “blowing” portion as compared with the portion without the “blowing”, and the plasma was localized. In such a part, it is considered that active species considerably different from the surrounding normal part are born. As a result, a film that easily peels is deposited around the gas discharge hole. In particular, depending on conditions, a polysilane-like powder may be generated around the “blowing” portion. These films and powders scatter from the surface of the source gas introduction device / electrode due to factors such as the pressure of the source gas protrusion and the pressure change inside the deposition film formation device during the deposition film formation process, and become a photoreceptive member for electrophotography. It turns out that it becomes the nucleus which forms minute "white potty".
[0024]
It has also been found that the plasma locality as described above affects the characteristics of the electrophotographic light-receiving member. According to the knowledge of the present inventor, a remarkable increase in saturation electron current as seen in the “blowing” portion was not confirmed near the surface of the substrate during the formation of the deposited film. Nevertheless, it has been confirmed that the actual electrophotographic light-receiving member shows unevenness corresponding to the position of the gas discharge hole of the gas introduction tube. This is because the electron mobility is relatively high, so it diffuses and dissipates relatively quickly and averages.Therefore, there is no difference in the measurement of electron saturation density, while ions and neutral active species are heavier than electrons. Since it is difficult to diffuse and has a certain distribution up to the vicinity of the surface of the substrate, it is presumed that this affects the characteristics of the electrophotographic light-receiving member and causes uneven image density.
[0025]
In order to alleviate such a situation, for example, measures such as increasing the diameter of the gas discharge hole so as to reduce the protruding pressure of the source gas are not very effective. As will be described in detail later, the present inventor conducted an experiment to examine changes in spherical protrusions and characteristic unevenness on the electrophotographic light-receiving member when the diameter of the gas discharge hole was changed. According to this experiment, although the spherical protrusion and the characteristic unevenness are improved as the diameter of the gas discharge hole is increased to some extent, the effect is not sufficient. Further, it was confirmed that when the gas discharge hole is further widened, the spherical projections are worsened, and at the same time, the film thickness unevenness tends to be worsened. This is because if the diameter of the gas discharge hole is increased, the gas projection pressure is reduced and the plasma localization is relaxed. On the other hand, the plasma tends to wrap around the gas introduction tube. This is thought to be due to peeling.
[0026]
From this point, the cause of the “blowing” is not due to the high gas pressure, but the hole (indentation) opened in the surface of the electrode is exposed to the plasma and the hole (indentation) This is thought to be due to the concentration of the electric field around. In addition, in order to confirm the cause of the “blowing”, the present inventor measured the saturation electron current by providing a recess having a diameter of 2 mm and a depth of 2.5 mm on the electrode surface. I have confirmed that.
[0027]
From this background, the present inventor studied a method for separating the electrode from the glow discharge region by covering the electrode with an insulator. However, when the source gas channel is formed inside the source gas introduction tube / electrode, a high frequency electric field radiated from the electrode enters the source gas channel, so that a glow discharge is generated inside the source gas channel depending on conditions. . In such a case, polysilane-like powder generated by glow discharge inside the raw material gas flow path, debris from the film attached to the wall surface of the raw material gas flow path, and the like will be blown out from the gas discharge hole. At the same time as the granular protrusions are generated, the characteristic unevenness is also worsened.
[0028]
For the reasons described above, it is difficult for the conventional source gas supply mechanism to achieve both a high level of suppression of “white spots” and uniformity of characteristics including unevenness of the electrophotographic light receiving member. there were.
[0029]
The present invention has been completed based on the above analysis. That is, in the source gas introduction device / electrode used in the present invention, the surface of the electrode (the portion that has been in contact with the conventional plasma) is covered with an insulator and separated from the glow discharge region, and the source gas is formed in this insulator. Since the gas discharge hole is discharged into the discharge space and the width of the raw material gas flow path is in the range of 0.5 to 13 mm, the concentration of the electric field around the gas discharge hole as described above does not occur, and the raw material Since the occurrence of glow discharge can be prevented inside the gas flow path, as a result, the adhesion of the deposited film around the gas discharge hole is improved and the generation of polysilane-like powder can be effectively prevented. Furthermore, since “blowing” does not occur fundamentally, the localization of plasma can be prevented and the occurrence of unevenness in the deposited film can be essentially suppressed.
[0030]
In the present invention, it is important that the width of the source gas channel is 0.5 mm or more and 13 mm or less. If the width of the source gas flow path is less than 0.5 mm, the practical arrangement of the gas discharge holes and the size of the gas discharge holes can be made uniform in the glow discharge region due to the conductance relationship between the source gas flow paths and the gas discharge holes. Since it is difficult to supply, the film thickness unevenness and the characteristic unevenness tend to increase. On the other hand, when the width of the source gas channel is increased, the tendency for discharge to easily occur inside the source gas channel becomes significant. Further, stagnation of the source gas is likely to occur inside the source gas flow path. In such a stagnation portion, dust or the like tends to stay, and the dust tends to be gradually discharged into the discharge space during the formation of the deposited film, which may lead to generation of spherical protrusions.
[0031]
Therefore, in order to achieve the object of the present invention, it is important that the width of the source gas channel is 0.5 to 13 mm, and it is desirable that the width is optimally in the range of 1 mm to 5 mm. In the present invention, the width of the source gas channel refers to the longest width in a cross section perpendicular to the direction in which the source gas flows. Further, the width of the above-described source gas flow path refers to the width under the actual conditions for forming the deposited film in consideration of, for example, thermal expansion.
[0032]
Originally, the relationship between the size of such a space and the ease of occurrence of discharge is theoretically calculated according to Paschen's law. However, according to Paschen's law, the gas type and pressure, the frequency of the high-frequency power source, the shape of the electrode, and the like are included as parameters, so the actual discharge conditions are difficult to determine strictly. The present inventor has empirically found conditions for preventing the occurrence of glow discharge in the source gas flow path and preventing the occurrence of spherical protrusions and deterioration of the characteristics of the electrophotographic light-receiving member by repeating the experiment. It is a thing.
[0033]
The source gas introduction device / electrode used in the present invention comprises at least an electrode for supplying high-frequency power and an insulator for covering the surface of the electrode from the glow discharge region. For example, if the surface of the electrode is coated with an insulator according to a known coating method, a material gas introducing device / electrode with improved resistance can be obtained. Examples of the coating material include alumina, titanium dioxide, and magnesium oxide. In particular, materials having good acid resistance such as alumina and titanium dioxide and mixed materials thereof are suitable. The coating method is not particularly limited, and a CVD method, a plating method, a thermal spraying method, or the like can be adopted. In particular, the thermal spraying method is preferable because it is difficult to be limited in terms of cost and the size and shape of the coating object. In particular, the plasma spraying method is more preferable because it has a low porosity and good adhesion.
[0034]
The shape of the electrode and the shape of the insulator covering the electrode are preferably cylindrical (or columnar) from the viewpoint of workability and uniform gas release. In addition, it is desirable that the electrodes and insulators be arranged concentrically for the same reason.
[0035]
There is no restriction | limiting in particular in the magnitude | size of the insulator which covers an electrode. However, when a plurality of cylindrical conductive substrates are arranged on the same circumference and the source gas introduction device / electrode is installed in the arrangement circle of the cylindrical conductive substrate, the size of the cylindrical insulator ( In other words, the size of the columnar source gas introduction device / electrode as a whole is preferably about 4 to 25% of the diameter of the circumference on which the substrate is disposed. Further, the coating thickness of the cylindrical insulator is not particularly limited, but a thickness of about 0.5 to 20 mm is practical because of processing problems. Further, the diameter of the cylindrical (or columnar) electrode itself is not particularly limited, and the above-described diameter of the insulator and the width of the flow path of the source gas may be set within a satisfactory range. Practically, a diameter of 2 mm or more is desirable.
[0036]
There is no particular limitation on the length of the source gas introduction device / electrode. However, a length of about 90 to 125% with respect to the length of the substrate is desirable from the viewpoint of uniform characteristics of the electrophotographic light receiving member. The length of the source gas introduction device / electrode here is the most distant among the plurality of source gas discharge holes opened in the same direction (the length direction of the source gas introduction device / electrode) in the insulator covering the electrode. Refers to the distance between the center points of two holes. The length of the single electrode is preferably about 100 to 150% of the length of the raw material gas introduction device / electrode from the viewpoint of holding the electrode inside the insulator. However, on the contrary, even if the length is less than 100% with respect to the material gas introduction device / electrode, there is no problem in obtaining the effect of the present invention. The length of the single electrode mentioned here refers to a portion having a function of emitting a high frequency into the discharge space substantially.
[0037]
The size and number of gas discharge holes formed in the insulator may be determined in association with conditions such as the flow rate and pressure of the source gas. When the gas discharge hole is a round hole, the size is preferably about 0.4 mm to 2.5 mm in diameter. If the diameter is less than 0.4 mm, the gas emission hole tends to be clogged by the film deposited around the gas emission hole. Conversely, if the diameter exceeds 2.5 mm, the film thickness unevenness and characteristic unevenness of the electrophotographic light receiving member are made uniform. Tend to be difficult to do. Although there is no restriction | limiting in particular about the number of gas discharge holes, it is 0.04-0.31 piece / cm with respect to the unit surface area of the insulator which covers an electrode. 2 The degree is preferred. Although there is no restriction | limiting in particular in arrangement | positioning of these gas discharge holes, It is desirable to arrange | position so that source gas may be discharge | released in several directions.
[0038]
In particular, when a plurality of cylindrical conductive substrates are arranged on the same circumference and the source gas introduction tube / electrode is arranged in the circumference, n is the number of cylindrical conductive substrates and n Or in the direction of n / 2 (when n is an even number).
[0039]
Any electrode material can be used as long as it is conductive, but in addition to metals such as Al, Cr, Mo, Au, In, Nb, Ni, Te, V, Ti, Pt, Pb, Fe, etc. Alloys such as stainless steel can be used. In addition, an insulator whose surface is electrically conductive can be used. In this case, the insulator includes alumina ceramics, aluminum nitride, boron nitride, silicon, cordierite, zircon cordierite, silicon oxide, beryllium oxide, mica ceramics, Quartz glass, Pyrex glass, etc. can be used.
[0040]
The material of the insulator covering the electrode is not limited to the above-mentioned coating material, for example, alumina ceramics, aluminum nitride, boron nitride, silicon, cordierite, zircon cordierite, silicon oxide, beryllium oxide, mica ceramics, quartz glass Pyrex glass can also be used. Further, from the viewpoint of workability, resins such as Teflon and polystyrene can be used.
[0041]
Furthermore, irregularities can be provided mainly on the surface of the insulator on the side in contact with the discharge space mainly for the purpose of preventing the deposited film from peeling off. In this case, the size of the unevenness is preferably in the range of 5 μm or more and 200 μm or less in terms of + point average roughness (Rz) with a reference length of 2.5 mm. The means for providing irregularities on the surface is not particularly limited, but for example, blasting or the like for spraying a projection body is practically preferable.
[0042]
In the present invention, a plurality of source gas flow paths separated in the circumferential direction of the electrode can be provided in a region surrounded by the electrode and the surface of the insulator covering the electrode. In the present invention, a plurality of source gas flow paths formed inside the source gas introduction pipe / electrode and arranged in the circumferential direction of the electrode are simply a double pipe structure in which the source gas can flow into the inside. Unlike conventional source gas introduction pipes and electrodes on the road, for example, a plurality of barriers exist at equal intervals in the circumferential direction inside the double pipe structure, and this barrier restricts the flow of source gas in the circumferential direction Refers to a configuration that does. In this case, the gas discharge holes formed in the insulator may be provided corresponding to each of the source gas flow paths arranged in the circumferential direction. Needless to say, the width of each of the source gas flow paths thus separated is within the aforementioned range.
[0043]
In the raw material gas introduction pipe / electrode in which the raw material gas flow path is divided into a plurality of circumferential directions of the electrode as described above, the raw material gas flow is compared with the raw material gas introduction pipe / electrode in the case where the raw material gas flow path is not separated into a plurality of When the widths of the passages are the same, the stagnation of the raw material gas inside the raw material gas channel can be reduced, so that the generation of spherical protrusions can be more effectively prevented. Further, since the flow of the source gas in the circumferential direction of the electrode is limited, the supply of the source gas is made uniform over the circumferential direction of the source gas introduction pipe / electrode. Therefore, in the case where a plurality of cylindrical substrates are arranged on the same circumference in the reaction vessel and the source gas introduction pipe / electrode is provided in the circumference, a plurality of cylindrical bodies are used. Variations in the characteristics of the deposited film between the substrates can be effectively suppressed.
[0044]
In the present invention, when the source gas flow path is separated into a plurality in the circumferential direction of the electrode, it is desirable that the surface of the electrode and the electrode side surface of the insulator are in close contact from the viewpoint of easy separation of the source gas flow path. . However, if there is a problem in machining or thermal expansion due to a temperature rise of the electrode, a gap may be provided. In this case, the width of the gap is desirably less than 0.5 mm from the standpoint of controlling the flow of the source gas. The width of the gap here refers to the value of the gap under the actual conditions for forming the deposited film in consideration of thermal expansion and the like. In the present invention, disposing a plurality of source gas flow paths in the circumferential direction of the electrode means providing a plurality of barriers that can substantially restrict the flow of the source gas in the circumferential direction of the electrode. For example, even if such a gap exists as described above, the effect of the present invention can be obtained if the flow of the source gas in the circumferential direction of the electrode is substantially limited.
[0045]
As a method for forming the source gas channel, for example, a method of forming a source gas channel by cutting a groove on the surface of the electrode, a source gas channel by cutting a groove on the electrode side surface of the insulator, Examples thereof include a method of forming, a method of forming a source gas flow path inside an insulator, and a method of inserting a core into a gap formed by an electrode and an insulator covering the electrode.
[0046]
Hereinafter, an example of a source gas introduction device / electrode having a source gas channel formed therein will be described with reference to the drawings.
[0047]
Figure 1 Reference example FIG. 1 is a schematic view illustrating a cylindrical source gas introduction tube / electrode in which a source gas flow path is formed by a space surrounded by an insulator and surrounded by an electrode and a surface on the electrode side of the insulator; (A) is sectional drawing of a diameter direction, FIG.1 (b) is sectional drawing of a bus-line direction (drawing direction).
[0048]
In the example of FIG. 1, the source gas introduction pipe / electrode 102 has a cylindrical shape, the cylindrical electrode 112 is covered with an insulator 113, and the source gas flow is caused by a space surrounded by the electrode 112 and the electrode-side surface of the insulator 113. It consists of the structure which forms the path | route 117. FIG. The insulator 113 has a desired number of gas discharge holes 116 formed therethrough at desired positions. At the upper end of the source gas channel 114, a source gas introduction port 115 for supplying source gas from above is opened. In the example of FIG. 1, the width of the source gas channel 117 is defined as the length of the tangent line of the electrode 112 that can be taken in the source gas channel 117. That is, it is the longest linear distance in a cross section perpendicular to the plane including the generatrix direction.
[0049]
In the example of FIG. 1, a source gas supplied from a source gas introduction device (not shown) is introduced into the source gas channel 117 through the source gas introduction port 115 and then the gas discharge hole 116 formed in the insulator 113. To the discharge space.
[0050]
In the example of FIG. 1, one source gas introduction port 115 is formed at the upper end of the source gas channel 117, but the present invention is not limited to this, and the source gas piping is branched in advance as desired. A source gas may be introduced from a plurality of source gas inlets 115. The source gas introduction port 115 may be formed at the lower end of the source gas channel 117 or may be formed above and below the source gas channel with the source gas pipe branched in advance as described above. .
[0051]
FIG. 2 is a schematic view illustrating a cylindrical source gas introduction device / electrode in which a source gas flow path is formed by cutting a groove on the surface of the electrode, and FIG. 2 (a) is a sectional view in the diameter direction. FIG. 2B is a developed view of the electrode surface for showing the source gas flow path formed on the electrode surface.
[0052]
In the example of FIG. 2, the source gas introduction device / electrode 102 has a cylindrical shape, and has a configuration in which the surface of the cylindrical electrode 112 is covered with a layer of an insulator 113. The source gas flow channel 117 is drawn on the surface of the cylindrical electrode 112 at four positions that are equally spaced in the circumferential direction (that is, the angles in the cross-sectional circle are 0, 90, 180, and 270 degrees). It is a flow path formed by cutting a groove extending in the direction, and is composed of a space surrounded by the groove surface of the electrode 112 and the electrode-side surface of the insulator 113 covering the electrode. That is, the portion other than the groove on the surface of the electrode 112 functions as a barrier that separates the source gas flow passage in the circumferential direction. Further, a desired number of gas discharge holes 116 are penetratingly formed at desired positions in the insulator 113 constituting each side surface of the source gas channel 117. The source gas channel 114 is drawn on the surface of the cylindrical electrode 112 at two positions in the middle of the two source gas channels 117 (that is, the angles in the cross-sectional circle are 45 degrees and 225 degrees). It is a flow path formed by cutting a groove extending in the direction, and consists of a space surrounded by the groove surface of the electrode 112 and the electrode-side surface of the insulator 113 covering the electrode. In addition, a source gas introduction port 115 for supplying a source gas from the outside is formed at the upper end of each source gas channel 114. The source gas channel 121 is arranged in the wire drawing direction so that one source gas channel 114 and two source gas channels 117 adjacent to both sides communicate with each other on the surface of the cylindrical electrode 112. It is a flow path formed by cutting two vertically extending grooves, and consists of a space surrounded by the groove surface of the electrode 112 and the electrode side surface of the insulator 113 covering the electrode.
[0053]
In the example of FIG. 2, the source gas supplied from a source gas introduction device (not shown) is introduced into the source gas channel 114 through the source gas inlet 115, and is supplied to the source gas channel 117 through the source gas channel 121. After being introduced, the gas is further discharged into the discharge space through a gas discharge hole 116 formed in the insulator 113.
[0054]
When the source gas channel is formed by cutting a groove on the electrode surface as in the example of FIG. 2, a complicated source gas channel can be formed by relatively simple machining, so that each of the through holes formed in the insulator is formed. It is easy to adjust the flow rate of the source gas discharged from the gas discharge hole, and as a result, it is easy to make the thickness of the deposited film uniform in the vertical direction under the condition that the flow rate of the source gas is relatively small. Moreover, it is easy to improve the tolerance of an electrode by the coating method mentioned above.
[0055]
In the example of FIG. 2, the upper and lower two source gas channels 121 are formed per source gas channel 117, but the present invention is not limited to this at all. A book may be used, or a configuration in which three or more books are arranged in parallel may be used. In the example of FIG. 2, the source gas pipes are separated in advance and the source gas is introduced from the two source gas flow paths 114 (two source gas introduction ports 115). However, the present invention is not limited to this, and branching may be performed after introducing a source gas from one source gas channel 114 as desired, or a plurality of three or more source gas channels 114 may be provided. In the example of FIG. 2, the source gas flow path is formed by cutting a groove on the surface of the electrode. However, the same source gas is formed by cutting a similar groove on the electrode side surface of the insulator instead of the surface of the electrode. A flow path may be formed.
[0056]
FIG. 3 is a schematic view illustrating a columnar source gas introduction device / electrode when a source gas flow path is formed in an insulator covering the electrode, and FIG. 3 (a) is a sectional view in the diameter direction. 3 (b) is a cross-sectional view in the busbar direction (drawing direction).
[0057]
In the example of FIG. 3, the source gas flow path 117 is formed inside an insulator 113 that covers the electrode. In addition, a raw material gas introduction port 115 for supplying a raw material gas from the outside is formed through the upper end of each of the raw material gas passages 117, and further, outside each of the raw material gas passages 117 (on the discharge space side). A plurality of desired gas discharge holes 116 are formed through the insulator 113 constituting the surface.
[0058]
In the example of FIG. 3, a source gas supplied from a source gas introduction device (not shown) is introduced into the source gas channel 117 through the source gas introduction port 115, and further, a gas discharge hole 116 formed in the insulator 113. To the discharge space.
[0059]
When the source gas flow path is formed inside the insulator as in the example of FIG. 3, the electrode surface has a structure that does not directly contact the source gas, so that it is highly resistant without using the coating method as described above. An electrode is obtained.
[0060]
Figure 4 Reference example FIG. 4 is a schematic view illustrating a cylindrical source gas introduction device / electrode in which a core gas is formed by inserting a core into a gap formed by an electrode and an insulator covering the electrode, and FIG. Is a sectional view in the diameter direction, and FIG. 4B is a sectional view in the busbar direction.
[0061]
In the example of FIG. 4, the source gas introduction device / electrode 102 has a cylindrical shape, and has a configuration in which the surface of the cylindrical electrode 112 is covered with a layer of an insulator 113 via a core 120 having a desired shape. The source gas channel 117 is a channel formed by processing the core 120 in advance so that grooves extending in the wire drawing direction are formed at four positions at equal intervals in the circumferential direction. It consists of a space surrounded by the processing surface (groove surface) on the outside (insulator 113 side) and the core side surface of the insulator 113. That is, the core 120 itself functions as a barrier that separates the source gas flow path in the circumferential direction. In addition, the groove is also blocked at substantially the midpoint of the drawing direction of each source gas channel 117, whereby the source gas channel 117 is further divided vertically. Further, the insulator 113 constituting each side surface of the source gas channel 117 is formed with gas discharge holes 116 penetratingly formed at three positions substantially at the upper end, the lower end and the middle of each source gas channel 117. . The source gas channel 114 is a channel formed by processing the core 120 in advance so that grooves extending in the wire drawing direction are formed at the same position (four locations) in the circumferential direction as the source gas channel 117. , Consisting of a space surrounded by the processing surface (groove surface) on the inner side (electrode 112 side) of the core 120 and the core side surface of the electrode 112. Similarly, the core 120 itself separates the source gas flow path in the circumferential direction. To act as a barrier. A source gas introduction port 115 for supplying a source gas from the outside is formed through the upper end of each source gas channel 114. Further, the internal gas discharge hole 118 is obtained by processing the core 120 in advance so that a through hole through which the source gas is discharged from each source gas channel 114 at the same position in the circumferential direction to the source gas channel 117 is formed. It is a hole formed. Two internal gas discharge holes 118 are provided for each source gas channel 114, and each communicates with the source gas channel 117.
[0062]
In the example of FIG. 4, a source gas supplied from a source gas introduction device (not shown) is introduced into the source gas channel 114 through the source gas inlet 115 and then the source gas channel 117 through the internal gas discharge hole 118. Then, the gas is supplied to the discharge space through a gas discharge hole 116 provided in the insulator 113 that covers the electrode.
[0063]
When the source gas flow path is formed using the core as in the example of FIG. 4, the material of the core is preferably an insulator used for an insulator covering the electrode in addition to the metal used for the electrode. Can be used.
[0064]
If the source gas flow path is formed using the core as in the example of FIG. 4, a multi-tube structure (double tube structure in the example of FIG. 4) can be formed by the core. Uniformity is easier to obtain. In addition, the resistance of the electrode can be easily improved by the above-described coating method.
[0070]
Next, an example of the configuration of the entire deposited film forming apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0071]
Figure 5 FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a deposited film forming apparatus of the present invention when a configuration in which a plurality of cylindrical conductive substrates are arranged on the same circumference is shown. 5 (A) is a horizontal sectional view, figure 5 (B) is a sectional view in the vertical direction.
[0072]
Figure 5 The deposited film forming apparatus shown in FIG. 1 is roughly divided into a reaction vessel 100 that can be depressurized (vacuum-tight), a raw material gas introduction device (not shown), an exhaust device (not shown) for depressurizing the inside of the reaction vessel 100, and a raw material. The power supply 107 is configured to supply power to the gas introduction device / electrode 102.
[0073]
A cylindrical conductive base 101 is disposed in the reaction vessel 100 as desired, and a base heating heater 104 and a source gas introduction device / electrode 102 are provided. A power source 107 is connected to the source gas introduction device / electrode 102 via a high-frequency matching box 106. The substrate 101 is held by a rotating shaft 108 via a holder (not shown), and the rotating shaft 108 passes through the outside (atmosphere side) of the reaction vessel 100 through a vacuum seal (not shown), and a motor via a gear 110. 109.
[0074]
The substrate 101 is arranged on the same circumference, and a discharge space 111 is formed in a region surrounded by the substrate. The number of the substrates 101 may be any number as long as the discharge space can be formed, but four or more are preferable. Figure 5 Shows an example in which eight substrates are arranged. The substrate 101 is heated from the inside by a substrate heating heater 104 installed in the reaction vessel 100. The substrate heating heater 104 may be any vacuum type. For example, a sheath heater is wound around a pipe, an electric resistor such as a plate heater or a ceramic heater, or a heat radiator such as a halogen lamp. In addition, a heating element by means of heat exchange through a gas or liquid can be used.
[0075]
These substrate heating heaters 104 are provided in the reaction vessel 100. In addition to the reaction vessel, a substrate heating vessel is provided and installed therein, and the substrate is heated in advance by the substrate heating vessel. A means for conveying the substrate 101 to 100 in a vacuum can also be adopted. Further, the heating of the substrate by the substrate heating container and the heating of the substrate in the reaction vessel 100 can be used in combination. The optimum range of the temperature of the substrate 101 is appropriately selected depending on the characteristics of the target deposited film, but in the normal case, it is preferably 20 to 500 ° C, more preferably 50 to 480 ° C, and most preferably 100 to 450 ° C. is there.
[0076]
Next, figure 5 An example of a method for forming a deposited film using the apparatus shown in FIG.
[0077]
First, a substrate 101 that has been degreased and washed in advance is placed in the reaction vessel 100, and the inside of the reaction vessel 100 is evacuated by an unillustrated exhaust device (for example, a vacuum pump). Subsequently, the temperature of the substrate 101 is controlled to a desired temperature of 20 ° C. to 500 ° C. by the heater 104 while rotating the substrate 101. When the substrate 101 reaches a desired temperature, the source gas is supplied from the source gas supply system (not shown) into the internal chamber through the source gas introduction device / electrode 102. At this time, be careful not to cause extreme pressure fluctuations such as gas protrusion. Next, when the flow rate of the source gas reaches a predetermined flow rate, an exhaust valve (not shown) is adjusted while looking at a vacuum gauge (not shown) to obtain a desired internal pressure.
[0078]
When the internal pressure is stabilized, the high-frequency power source 107 is set to a desired power, and the high-frequency power is applied to the source gas introduction device / electrode 102 through the high-frequency matching box 106 to cause glow discharge. The source gas introduced into the reaction vessel 100 is decomposed by the discharge energy, and a desired deposited film is formed on the substrate 101. At this time, the substrate 101 is rotated by the motor 109 during the formation of the deposited film, so that the deposited film is formed on the entire surface of the substrate 101. After the formation of the desired film thickness, the supply of high frequency power is stopped, the flow of the raw material gas into the reaction vessel is stopped, and the formation of the deposited film is completed. In the case where a deposited film composed of a plurality of layers is formed on the substrate in accordance with the characteristics of the target deposited film, a deposited film having a desired multilayer structure can be obtained by repeating the above operation.
[0079]
For example, a cylindrical substrate is used as the substrate 101, and a conductive material or a material obtained by conducting a conductive treatment on the surface is usually used. For example, in addition to metals such as Al, Cr, Mo, Au, In, Nb, Ni, Te, V, Ti, Pt, Pb, and Fe, alloys thereof such as stainless steel can be used. In addition, as materials whose surface is conductively treated, alumina ceramics, aluminum nitride, boron nitride, silicon oxide, silicon carbide, silicon oxide, beryllium oxide, quartz glass, pyrex glass, and other synthetic resins such as polycarbonate and Teflon are used. it can. When a material whose surface is subjected to conductive treatment is used as a substrate, it is desirable to conduct conductive treatment on the side opposite to the side on which the deposited film is formed.
[0080]
The source gas used for forming the deposited film is, for example, SiH when forming amorphous silicon. Four , Si 2 Silicon hydrides (silanes) that are in a gas state such as H or can be gasified can be effectively used as a gas for supplying Si. In addition to silicon hydride, silicon compounds containing fluorine atoms, so-called silane derivatives substituted with fluorine atoms, specifically, for example, SiF Four , Si 2 F 6 Silicon fluoride such as SiH Three F, SiH 2 F 2 , SiHF Three A gaseous or gasifiable substance such as fluorine-substituted silicon hydride such as is also effective as the Si supply gas. In addition, these source gases for supplying Si are supplied with H as required. 2 Even if diluted with a gas such as He, Ar, Ne, etc., there is no problem.
[0081]
Furthermore, in addition to the above gas, an atom belonging to Group 3 of the periodic table or an atom belonging to Group 5 of the periodic table can be used as a so-called dopant as necessary. For example, when a boron atom is used, B 2 H 6 , B Four H Ten Silicon hydride such as BF Three , BCl Three And the like. When a phosphorus atom is used, PH Three , P 2 H Four Or the like can be used.
[0082]
Further, for example, when forming amorphous silicon carbide (a-SiC), in addition to the raw material gas, as a gas for introducing carbon atoms, C and H are constituent atoms. 5 saturated hydrocarbons, ethylene hydrocarbons having 2 to 4 carbon atoms, acetylene hydrocarbons having 2 to 3 carbon atoms, and the like can be used. Specifically, as the saturated hydrocarbon, methane (CH Four ), Ethane (C 2 H 6 ) Etc., ethylene (C 2 H Four ), Propylene (C Three H 6 ) And other acetylene hydrocarbons include acetylene (C 2 H 2 ), Methylacetylene (C Three H Four ) And the like.
[0083]
For example, when forming amorphous silicon oxide (a-SiO), oxygen (O) can be used as a gas for introducing oxygen atoms in addition to the source gas. 2 ), Ozone (O Three ), Nitric oxide (NO), nitrogen dioxide (NO 2 ), Nitrogen dioxide (N 2 O), nitrogen dioxide (N 2 O Three ), Nitrogen tetroxide (N 2 O Four ), Nitrogen pentoxide (N 2 O Five ), Nitric oxide (NO) Three ), Silicon atoms (Si), oxygen atoms (O), and hydrogen atoms (H) as constituent atoms, for example, disiloxane (H Three SiOSiH Three ), Trisiloxane (H Three SiOSiH 2 OSiH Three ) And the like.
[0084]
For example, when forming amorphous silicon nitride (a-SiN), in addition to the source gas, nitrogen (N 2 ), Ammonia (NH Three ), Hydrazine (H 2 NNH 2 ), Hydrogen azide (HN Three And nitrogen compounds such as nitrogen, nitrides and azides that can be gasified or gasified. In addition to nitrogen atoms, nitrogen trifluoride (F) can be used because halogen atoms can be supplied. Three N), nitrogen tetrafluoride (F) Four N 2 ) And the like.
[0085]
Similarly, the optimum gas pressure in the reaction vessel is appropriately selected depending on the properties of the target deposited film. In normal cases, it is preferably 0.01 to 1000 Pa, preferably 0.03 to 300 Pa, and optimally 0. .1 to 100 Pa is preferable.
[0086]
The frequency of the high-frequency power is not particularly limited, but according to the knowledge of the inventors, when the frequency is less than 20 MHz, the discharge becomes unstable depending on the conditions, and the formation conditions of the deposited film may be limited. On the other hand, if it is higher than 450 MHz, the transmission characteristics of high-frequency power deteriorate, and it may be difficult to generate glow discharge in some cases. Therefore, a frequency range of 20 MHz to 450 MHz is optimal for the present invention. Any high-frequency waveform may be used, but a sine wave, a rectangular wave, or the like is suitable. The magnitude of the high frequency power is appropriately determined depending on the characteristics of the target deposited film, but is preferably 10 to 5000 W, more preferably 20 to 2000 W per substrate.
[0087]
【Example】
In order to demonstrate the effects of the present invention, more specific examples and experimental examples will be described below, but the present invention is not limited to these.
[0088]
< reference Experimental Example 1>
In the deposited film forming apparatus shown in FIG. 5, a source gas introduction device / electrode having a structure in which a source gas flow path is formed by a gap between the electrode shown in FIG. 1 and an insulator covering the electrode is installed, and a single probe (Langmuir probe) is installed. Was used to measure the saturation electron current.
[0089]
The length of the source gas introduction device / electrode 102 shown in FIG. 1 is 420 mm, the diameter is 25 mm (the diameter of the electrode 112 is 10 mm), the width of the source gas channel 117 is 12.5 mm, and the diameter of the gas discharge hole 116 is Was 1.2 mm, and gas discharge holes 116 having a total of 32 holes in four directions at intervals of 60 mm were used. The cylindrical conductive substrate 101 had a diameter of 80 mm and a length of 357 mm.
[0090]
The single probe is a mechanism that can move in vacuum, and when the shortest distance between the surface of the source gas introducing device and electrode and the substrate surface is 1, the distance from the surface of the source gas introducing device and electrode is 0.4. Saturated electron currents were measured every 10 mm in the direction of the bus of the raw material gas introduction device / electrode at a position of 0.9. At this time, the arrangement direction of the gas discharge holes 116 and the direction of the single probe were matched.
[0091]
The discharge conditions are shown in Table 1 below.
[0092]
[Table 1]
Figure 0003673568
Fig. 6 Is shown as a graph. Figure 6 The value of the saturation electron current at is a relative value when the maximum value is 1 at positions 0.4 and 0.9 from the surface of the raw material gas introduction device / electrode.
[0093]
Figure 6 As is apparent from the above, according to the present invention, it is understood that there is almost no plasma localization around the gas discharge hole.
[0094]
<Comparative Experimental Example 1>
Figure 5 The saturated electron current was measured in exactly the same manner as in Experimental Example 1 except that the conventional source gas introduction device / electrode was installed in the deposited film forming apparatus shown in FIG.
[0095]
The source gas introduction device / electrode used in this comparative experimental example uses the insulator 113 covering the electrode as a metal (SUS304), the first gas discharge hole 116 from the top, and the second gas discharge hole 116 from the top. A recess having a diameter of 2 mm and a depth of 2.5 mm is provided in the middle, and alumina ceramic having a thickness of 100 μm is formed in the vicinity of the gas discharge hole 116 by a plasma spraying method. The surface roughness of the portion formed of alumina ceramics was about 23 μm to 52 μm in Rz. Other shapes are the same as those used in Experimental Example 1.
[0096]
Figure shows the results measured in this comparative experiment 7 Is shown as a graph. Figure 7 As is apparent from the above, in the conventional source gas introduction device / electrode, the localization of plasma due to the gas discharge hole is particularly significant at a position 0.4 from the surface of the source gas introduction device / electrode, and at the same time, the source gas Localization of the plasma was also observed around the indentation that did not release the gas. Furthermore, due to the absence of the core, there is a tendency of vertical unevenness in which the electron saturation current decreases from the upper part to the lower part due to the non-uniformity of the source gas in the vertical direction.
[0097]
<Comparative Experiment Example 2>
The saturation electron current was measured in the same manner except that the diameter of the gas discharge hole of the raw material gas introduction device / electrode used in Comparative Experimental Example 1 was increased to 4.5 mm.
[0098]
Figure shows the results measured in this comparative experiment 8 Is shown as a graph. Figure 8 As can be seen from the above, by expanding the gas discharge hole, the localization of the plasma is eased more than that of the comparative experimental example 1, but it is understood that it is not fundamentally solved. Further, since the gas discharge hole is enlarged, the vertical unevenness, which is considered to be caused by the supply of the raw material gas biased upward, is further deteriorated as compared with Comparative Experimental Example 1.
[0099]
< reference Example 1>
In the deposited film forming apparatus shown in FIG. 5, a material gas introducing device / electrode having a structure in which a material gas flow path is formed by cutting a groove in the electrode shown in FIG. 2 is installed, and a substrate 1102 as shown in FIG. An electrophotographic light-receiving member 1101 having a layer structure in which a charge injection blocking layer 1103, a photoconductive layer 1104, and a surface layer 1105 are sequentially laminated is manufactured.
[0100]
As the cylindrical conductive substrate, an aluminum cylinder having a diameter of 108 mm and a length of 357 mm was used. In the source gas introduction device / electrode, the diameter of the electrode 112 was 25 mm, and the diameter of the insulator 113 covering the electrode was 30 mm. Other shapes are the same as those used in Experimental Example 1.
[0101]
The discharge conditions are shown in Table 2 below.
[0102]
[Table 2]
Figure 0003673568
The “layer thickness” in Table 2 is an approximate guide for designing an electrophotographic light-receiving member.
[0103]
Book reference In the example, a photoreceptive member for electrophotography was prepared by changing the gas discharge hole 116 of the source gas introduction device / electrode from 0.2 mm to 4.5 mm, and the film thickness unevenness, the number of spherical protrusions, and the potential unevenness were according to the following methods. Was measured.
[0104]
(1) Film thickness unevenness
The film thickness was measured using an eddy current film thickness meter at a total of 17 points at intervals of 2 cm in the generatrix direction of each electrophotographic light receiving member. The value measured in this way was averaged among the eight electrophotographic light-receiving members produced at the same time for each measurement point, and the film with the largest unevenness in the direction of the bus for each diameter of the source gas discharge holes. The ratio of the minimum film thickness to the thickness was calculated and compared as film thickness unevenness in the busbar direction. The measurement results are shown as a graph in FIG.
[0105]
At the same time, the ratio of the minimum film thickness to the maximum film thickness between the eight films was calculated for the film thickness at the center of the eight electrophotographic light-receiving members produced, and compared as the film thickness unevenness between the eight films. The measurement results are shown as a graph in FIG. The value of “film thickness unevenness between 8” in FIG. 10B is a relative value when the film thickness unevenness is 1 when the diameter of the gas discharge hole is 1.5 mm.
[0106]
(2) Number of spherical protrusions
The surface of each electrophotographic light-receiving member is observed with an optical microscope, and 10 cm 2 The number of spherical projections having a diameter of 15 μm or more was examined for all the eight electrophotographic light-receiving members produced at the same time, and then the average value was calculated and compared as the number of spherical projections. The measurement results are shown as a graph in FIG. The “number of spherical protrusions” in FIG. 11 is a relative value when the number of spherical protrusions is 1 when the diameter of the gas discharge hole is 1.5 mm.
[0107]
(3) Image density unevenness
Each electrophotographic light receiving member is set in an electrophotographic apparatus (an Canon NP6060 modified for this test), and a Canon halftone chart (part number: FY9-9042) is placed on the document table. Copy, measure the image density of any 50 points on the obtained copy image with a reflection densitometer, and for each electrophotographic light-receiving member, the ratio of the lightest image density part to the lightest image density part The above-described measurement was performed for all the eight electrophotographic light-receiving members that were calculated and simultaneously produced, and finally, the values obtained by averaging their ratios were compared as image density unevenness. The measurement results are shown as a graph in FIG. The value of “image density unevenness” in FIG. 11 is a relative value when the image density unevenness is 1 when the diameter of the gas discharge hole is 1.5 mm. This comparison method shows that the image density unevenness increases as the numerical value decreases.
[0108]
Figure 10 And figure 11 As is clear from the above, in the present invention, very good results can be obtained in terms of film thickness unevenness, the number of spherical protrusions, and image density unevenness within the range of the gas discharge hole diameter of 0.4 mm to 2.5 mm. I understand. On the other hand, when the diameter of the gas discharge hole was 0.2 mm, clogging of the gas discharge hole due to the deposited film was observed.
[0109]
<Comparative Example 1>
The insulator 113 covering the electrode of the source gas introduction device / electrode shown in FIG. 1 is changed to metal (SUS304), and the vicinity of the source gas discharge hole is formed of alumina ceramics (surface roughness is about 28 μm to 63 μm in Rz). Except for the above, using the same raw material gas introduction apparatus and electrode as used in Example 1, changing the gas discharge hole from 0.2 mm to 4.5 mm in diameter, reference Similar to Example 1, the film thickness unevenness, the number of spherical protrusions, and the image density unevenness were measured. The measurement results are similarly shown in FIGS.
[0110]
As is clear from FIGS. 12 and 13, by setting the diameter of the gas discharge hole to 0.4 mm to 2.5 mm, both the number of spherical protrusions and image density unevenness tend to be improved. The effect is not enough due to the influence. When the gas discharge hole is 0.2 mm, reference As in Example 1, clogging with a deposited film was observed in a part of the gas discharge hole.
[0111]
< reference Example 2>
In the deposited film forming apparatus shown in FIG. 5, a source gas introducing device / electrode in which a source gas channel is formed inside the insulator covering the electrode shown in FIG. 3 is installed, and aluminum having a diameter of 108 mm and a length of 357 mm is provided. Using the cylinder as a substrate, an electrophotographic light-receiving member having the layer structure shown in FIG. 9 was produced.
[0112]
Book reference In the example, the diameter of the source gas discharge hole 116 is 1.2 mm, and the width of the source gas channel 117 is 4 mm. The diameter of the electrode 112 is 15 mm, the diameter of the insulator 113 covering the electrode is 32 mm, and other shapes are reference The same material gas introducing device and electrode as used in Experimental Example 1 were used.
[0113]
The discharge conditions are shown in Table 3 below.
[0114]
[Table 3]
Figure 0003673568
The “layer thickness” in Table 3 is an approximate guide for designing an electrophotographic light receiving member.
[0115]
<Comparative example 2>
In the deposited film forming apparatus shown in FIG. reference An electrophotographic light-receiving member was prepared in the same manner as in Example 1. The source gas introduction device / electrode used in this comparative example is the same as the source gas flow path 117 except that the electrode 112 is formed inside the electrode 112. reference The shape was the same as in Example 1. That is, without providing the insulator 113 covering the electrode, the diameter of the electrode 112 was set to 32 mm, and a raw material gas flow channel having a width of 4 mm was formed inside the electrode. The vicinity of the gas discharge hole was made of ceramic, and the surface roughness at that time was about 32 μm to 48 μm.
[0116]
next, reference About the electrophotographic light-receiving member produced in Example 2 and Comparative Example 2 reference In the same manner as in Experimental Example 1, film thickness unevenness, the number of spherical protrusions, and image density unevenness were evaluated. The results are shown in Table 4 below. In addition, each evaluation item in Table 4 is reference It was expressed as a relative value when the value of Example 2 was 1.
[0117]
[Table 4]
Figure 0003673568
As is apparent from Table 4, the source gas introduction device / electrode of the present invention in which the flow path of the source gas is separated in the circumferential direction gives good results in terms of film thickness unevenness, number of spherical protrusions, and image density unevenness. On the other hand, it can be seen that the conventional source gas introduction device / electrode also deteriorates the spherical protrusion and the image density unevenness.
[0118]
<Example 1 >
In the deposited film forming apparatus shown in FIG. 5, a raw material gas introduction device / electrode in which a groove of the raw material gas is formed by cutting a groove on the surface of the electrode shown in FIG. 2 has a diameter of 108 mm and a length of 357 mm. An electrophotographic light-receiving member having the layer structure shown in FIG. 9 was prepared using an aluminum cylinder as a substrate.
[0119]
In this example, the diameter of the source gas discharge hole 116 was 1.2 mm, and the width of the source gas flow paths 114 and 117 was changed from 0.5 mm to 15 mm. The electrode 112 has a diameter of 30 mm, and the insulator 113 covering the electrode has a diameter of 35 mm. reference The same material gas introducing device and electrode as used in Example 1 were used.
[0120]
The discharge conditions are shown in Table 5 below.
[0121]
[Table 5]
Figure 0003673568
The above table 5 The “layer thickness” in the figure is an approximate guide for designing a photoreceptive member for electrophotography.
[0122]
The electrophotographic light-receiving member thus produced reference In the same manner as in Example 1, film thickness unevenness, the number of spherical protrusions, and image density unevenness were evaluated. The results are shown in Table 6 below. In Table 6, each item is expressed as a relative value when the value when the width of the flow path of the source gas is 5.0 mm is 1.
[0123]
[Table 6]
Figure 0003673568
As is apparent from Table 6, it can be seen that the raw material gas introduction device / electrode having a raw material gas flow path of 13 mm or less provides particularly good results in terms of film thickness unevenness, number of spherical protrusions, and image density unevenness. It can also be seen that when the width of the flow path of the raw material gas is in the range of 0.5 mm to 8 mm, and further 1.0 mm to 5.0 mm, particularly good results can be obtained for both spherical protrusions and image density unevenness. On the other hand, when the flow path of the source gas is 14 mm and 15 mm (These cases are comparative examples for the present invention) Tended to deteriorate both the number of spherical protrusions and image density unevenness.
[0124]
<Example 2 >
In the deposited film forming apparatus shown in FIG. 5, a raw material gas introduction device / electrode in which a groove of the raw material gas is formed by cutting a groove on the surface of the electrode shown in FIG. 2 is installed, and has a diameter of 108 mm and a length of 357 mm. An electrophotographic light-receiving member having the layer structure shown in FIG. 9 was prepared using an aluminum cylinder as a base.
[0125]
The width of the source gas channels 114 and 117 is 4.0 mm, the diameter of the electrode 112 is 25 mm, the diameter of the insulator 113 covering the electrode is 30 mm, and the other shapes are reference The same material gas introducing device and electrode as used in Experimental Example 1 were used.
[0126]
In this example, in all three layers, the frequency of the high frequency power applied to the electrode was changed in the range of 20 MHz to 450 MHz. Other discharge conditions and layer thicknesses are shown in Table 7 below.
[0127]
[Table 7]
Figure 0003673568
The “layer thickness” in Table 7 above is an approximate guide for designing an electrophotographic light receiving member.
[0128]
About the electrophotographic light-receiving member thus produced, reference In the same manner as in Example 1, film thickness unevenness, the number of spherical protrusions, and image density unevenness were evaluated. The results are shown in Table 8 below. In Table 8, each item is an example. 1 The relative value when the value when the width of the flow path of the source gas is 5.0 mm is 1 is shown.
[0129]
[Table 8]
Figure 0003673568
As is clear from Table 8, good results were obtained regardless of the frequency of the high frequency power in the range of 20 MHz to 450 MHz.
[0140]
< reference Example 3 >
In the deposited film forming apparatus shown in FIG. 5, a material gas introducing device / electrode having a coating 119 made of alumina ceramics on the surface of the electrode shown in FIG. 14 is installed, and under the conditions shown in Table 3, the diameter is 108 mm and the length is 357 mm. An electrophotographic light-receiving member having the layer structure shown in FIG. 9 was prepared using the aluminum cylinder as a substrate.
[0141]
Book reference The electrode coating in the example was performed by plasma spraying to a thickness of 100 μm.
[0142]
About the electrophotographic light-receiving member thus produced, reference In the same manner as in Example 1, film thickness unevenness, the number of spherical protrusions, and image density unevenness were evaluated. The results are shown in Table 11 below. Each item in Table 11 is an example. 1 The relative value when the value when the width of the flow path of the source gas is 5 mm is 1 is shown.
[0143]
[Table 11]
Figure 0003673568
As is clear from Table 11, the book reference The example shows that good results are obtained for all items.
[0144]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, “blowing” due to concentration of electric field is prevented, and the flow of the source gas is made uniform with a simple configuration, so that abnormal growth of the deposited film and spherical protrusions can be reduced and advanced. It is possible to form a deposited film that is homogenized. Therefore, it effectively suppresses the occurrence of film thickness unevenness, spherical protrusion, and image density unevenness, which are problems in the production of electrophotographic light-receiving members, and is used for forming an electrophotographic light-receiving member with extremely excellent image characteristics. Very useful.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1] Reference example It is a schematic diagram which shows an example of the source gas introduction apparatus and electrode used for the deposited film formation apparatus of this.
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a source gas introducing device / electrode used in the deposited film forming apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing an example of a source gas introducing device / electrode used in the deposited film forming apparatus of the present invention.
[Fig. 4] Reference example It is a schematic diagram which shows an example of the source gas introduction apparatus and electrode used for the deposited film formation apparatus of this.
FIG. 5 is a schematic view showing an example of a deposited film forming apparatus of the present invention.
[Fig. 6] reference 6 is a graph showing the distribution of saturation electron current of the deposited film forming apparatus of the present invention measured in Experimental Example 1.
7 is a graph showing the distribution of saturation electron current of a conventional deposited film forming apparatus measured in Comparative Experimental Example 1. FIG.
8 is a graph showing the distribution of saturation electron current of a conventional deposited film forming apparatus measured in Comparative Experimental Example 2. FIG.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a layer structure of a light-receiving member for electrophotography produced in each example and the like.
FIG. 10 reference 6 is a graph showing changes in film thickness unevenness of the electrophotographic light-receiving member produced in Example 1.
FIG. 11 reference 6 is a graph showing changes in the number of spherical protrusions and image density unevenness of the electrophotographic light-receiving member produced in Example 1.
12 is a graph showing changes in film thickness unevenness of the electrophotographic light-receiving member produced in Comparative Example 1. FIG.
13 is a graph showing changes in the number of spherical protrusions and image density unevenness of the electrophotographic light-receiving member produced in Comparative Example 1. FIG.
FIG. 14 reference Example 3 It is a figure which shows an example of the source gas introduction apparatus and electrode of the deposited film forming apparatus of this invention in FIG.
[Explanation of symbols]
100 reaction vessel
101 substrate
102 Raw material gas introduction device and electrode
104 Substrate heating heater
106 high frequency matching box
107 power supply
108 Rotating shaft
109 motor
110 gear
111 Discharge area
112 electrodes
113 Insulator covering electrode
114 Raw material gas flow path
115 Raw material gas inlet
116 Gas discharge hole
117 Source gas flow path
118 Internal gas discharge hole
119 Alumina coating layer
120 core
121 Raw material gas flow path
1101 Light receiving member for electrophotography
1102 substrate
1103 Charge injection blocking layer
1104 Photoconductive layer
1105 Surface layer

Claims (6)

反応容器内に原料ガスを導入し且つ高周波電力を導入する原料ガス導入装置兼電極を備え、前記高周波電力によってグロー放電を発生させることにより前記原料ガスを分解して前記反応容器内に配置した基体上に堆積膜を形成する堆積膜形成装置であって、
前記原料ガス導入装置兼電極は、少なくとも前記高周波電力を導入するための円筒状または円柱状の電極と、該電極の表面を前記グロー放電領域より分離するために該電極を覆う円筒状の絶縁体とを有して成り、
該絶縁体には、前記原料ガスを前記グロー放電領域へ導入する複数のガス放出穴が形成され、
前記原料ガス導入装置兼電極には、供給された原料ガスを前記ガス放出穴に導入する原料ガス流路が、前記電極と前記電極を覆う絶縁体の電極側表面に囲まれた空間に形成されるか、または前記電極を覆う絶縁体の内部に形成された空間に形成され、前記原料ガス流路は前記原料ガス導入装置兼電極の周方向に複数配されており、且つ、各々の原料ガス流路の幅が0.5〜13mmであることを特徴とする堆積膜形成装置。
A substrate having a source gas introduction device and electrode for introducing source gas into the reaction vessel and introducing high frequency power, and disposing the source gas by decomposing the source gas by generating glow discharge with the high frequency power. A deposited film forming apparatus for forming a deposited film on the substrate,
The source gas introduction device / electrode includes at least a cylindrical or columnar electrode for introducing the high-frequency power, and a cylindrical insulator that covers the electrode to separate the surface of the electrode from the glow discharge region And comprising
A plurality of gas discharge holes for introducing the source gas into the glow discharge region are formed in the insulator,
In the source gas introduction device / electrode, a source gas flow channel for introducing the supplied source gas into the gas discharge hole is formed in a space surrounded by the electrode side surface of the insulator covering the electrode and the electrode. Or formed in a space formed inside an insulator covering the electrode, and a plurality of the source gas flow paths are arranged in the circumferential direction of the source gas introduction device / electrode, and each source gas A deposited film forming apparatus, wherein the width of the flow path is 0.5 to 13 mm.
前記反応容器内の同一円周上に複数の円筒状導電性基体を配置し且つ該基体を自転させる手段を更に有し、前記原料ガス導入装置兼電極は該円周内に配置し、前記複数のガス放出穴は前記複数の円筒状導電性基体の配置円の円周方向に向けて原料ガスを供給し得る位置に形成されている請求項1記載の堆積膜形成装置。  The apparatus further comprises means for arranging a plurality of cylindrical conductive substrates on the same circumference in the reaction vessel and rotating the substrate, and the source gas introduction device / electrode is arranged in the circumference, 2. The deposited film forming apparatus according to claim 1, wherein the gas discharge hole is formed at a position where a source gas can be supplied in a circumferential direction of an arrangement circle of the plurality of cylindrical conductive substrates. 前記電極の周方向に複数配されている原料ガス流路は、前記電極の表面に形成された溝と、前記電極を覆う絶縁体の電極側表面に囲まれた空間からなる請求項1または2記載の堆積膜形成装置。Feed gas flow path are arranged a plurality in the circumferential direction of the electrode includes a groove formed in the surface of the electrode, it consists of a space surrounded by the electrode side surface of the insulator covering the electrode according to claim 1 or 2 The deposited film forming apparatus described. 前記高周波電力の周波数が、20MHz〜450MHzである請求項1〜の何れか一項記載の堆積膜形成装置。Wherein the frequency of the high frequency power, the deposited film forming apparatus according to any one of claims 1 to 3 is 20MHz~450MHz. 請求項1記載の堆積膜形成装置を用いた堆積膜形成方法において、
前記堆積膜形成装置の反応容器内に基体を配置し、前記原料ガス導入装置兼電極のガス放出穴から原料ガスを前記基体側に導入し且つ前記原料ガス導入装置兼電極の電極から高周波電力を導入し、該高周波電力によってグロー放電を発生させることにより前記原料ガスを分解して前記基体上に堆積膜を形成することを特徴とする堆積膜形成方法。
In the deposited film forming method using the deposited film forming apparatus according to claim 1,
A substrate is disposed in a reaction vessel of the deposited film forming apparatus, a source gas is introduced into the substrate side from a gas discharge hole of the source gas introduction device / electrode, and high frequency power is supplied from the electrode of the source gas introduction device / electrode. A deposited film forming method comprising: introducing a glow discharge by the high frequency power to decompose the source gas to form a deposited film on the substrate.
前記基体は、電子写真用光受容部材を構成するための円筒状導電性基体である請求項記載の堆積膜形成方法。The deposited film forming method according to claim 5 , wherein the substrate is a cylindrical conductive substrate for constituting an electrophotographic light receiving member.
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