JP3958870B2 - 真空成膜装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜材料からなる薄膜を被成膜体上に形成する真空成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より真空成膜装置として、基板が配置された真空チャンバと、プラズマビームを生成し、このプラズマビームを真空チャンバ内に送るプラズマガンと、プラズマガンから生成されたプラズマビームを収束させる収束コイルとを備えたものが知られている。
【０００３】
このような真空成膜装置において、プラズマガンから生成されたプラズマビームは真空チャンバ内に送られ、真空チャンバ内に設置されたるつぼ内の成膜材料に照射する。プラズマビームが照射した成膜材料は蒸発した後、基板上に蒸着して薄膜を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来の真空成膜装置により薄膜を形成する場合、成膜材料がるつぼの表面、または真空チャンバの内面等に付着し、特に、るつぼの表面が電気的に絶縁された状態となり、真空チャンバ内で通電不能となる。この結果、電極各部がチャージアップする現象が時間経過とともに進行する。このため、プラズマビームに対する連続的な安定制御ができなくなり、成膜の安定性が損なわれるという問題が生じる。なお、このような現象が生じた場合、プラズマビームから生じた反射電子流は通電不能となった部分に入射しようとするが反射され、イオンとの結合により電気的に中和されるか、最終的に電気的帰還が可能な場所に到達するまで電子の反射は繰り返されることとなる。
【０００５】
また、真空チャンバ内には、プラズマビームを制御するための磁場が存在しており、反射電子の動きはこの磁場により制約を受ける。したがって、プラズマガンを使用して成膜材料からなる薄膜を連続的、かつ安定して形成するためには、磁場分布状態が最適で、かつ成膜材料が付着しにくい位置に適正に反射電子流を戻す電子帰還電極を設ける必要がある。
【０００６】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、プラズマビームが成膜材料に照射されて生成した真空チャンバ内の反射電子流を適正に電子帰還電極に戻すことにより、真空チャンバ内でプラズマビームを安定して形成し、これによって被成膜体上に薄膜を安定して形成することができる真空成膜装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、真空チャンバ内面に、真空チャンバから電気的に浮遊状態となっている防着板を設け、プラズマガンと電子帰還電極との間に、プラズマビームの経路と反射電子流の経路とを分離する絶縁管を設け、絶縁管は電気的に浮遊状態となって電子帰還電極の内側に配置されるとともに、内側を流れるプラズマビームに対して略平行に延び、プラズマガンで生成されたプラズマビームはプラズマビームの経路を通って成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、絶縁管を介してプラズマビームの経路と分離された反射電子流の経路を通って帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置、
被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、真空チャンバ内面に、絶縁コーティング膜を設け、プラズマガンと電子帰還電極との間に、プラズマビームの経路と反射電子流の経路とを分離する絶縁管を設け、絶縁管は電気的に浮遊状態となって電子帰還電極の内側に配置されるとともに、内側を流れるプラズマビームに対して略平行に延び、プラズマガンで生成されたプラズマビームはプラズマビームの経路を通って成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、絶縁管を介してプラズマビームの経路と分離された反射電子流の経路を通って帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置、
被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、プラズマガンの電流値および電圧値を各々測定するプラズマガン電流計およびプラズマガン電圧計と、真空チャンバからの接地電流を測定する接地電流計と、真空チャンバの真空度を測定する真空計と、電子帰還電極からの電子帰還電極電流を測定する電子帰還電極電流計と、プラズマガン電流計、プラズマガン電圧計、接地電流計、真空計および電子帰還電極電流計からの測定値を収集する測定値収集ユニットを設け、プラズマガンと電子帰還電極との間に、プラズマビームの経路と反射電子流の経路とを分離する絶縁管を設け、絶縁管は電気的に浮遊状態となって電子帰還電極の内側に配置されるとともに、内側を流れるプラズマビームに対して略平行に延び、プラズマガンで生成されたプラズマビームはプラズマビームの経路を通って成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、絶縁管を介してプラズマビームの経路と分離された反射電子流の経路を通って帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置、
被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、プラズマガンは複数設けられ、各プラズマガンから真空チャンバ内に独自のプラズマビームを送り、各プラズマガンと対応する電子帰還電極との間に、プラズマビームの経路と反射電子流の経路とを分離する絶縁管を設け、絶縁管は電気的に浮遊状態となって電子帰還電極の内側に配置されるとともに、内側を流れるプラズマビームに対して略平行に延び、プラズマガンで生成されたプラズマビームはプラズマビームの経路を通って成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、絶縁管を介してプラズマビームの経路と分離された反射電子流の経路を通って帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置、
被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力の勾配型プラズマガンと、プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、電子帰還電極は一定温度に保持され、表面に付着する成膜材料を加熱除去し、プラズマガンと電子帰還電極との間に、プラズマビームの経路と反射電子流の経路とを分離する絶縁管を設け、絶縁管は電気的に浮遊状態となって電子帰還電極の内側に配置されるとともに、内側を流れるプラズマビームに対して略平行に延び、プラズマガンで生成されたプラズマビームはプラズマビームの経路を通って成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、絶縁管を介してプラズマビームの経路と分離された反射電子流の経路を通って帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置、および
被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力の勾配型プラズマガンと、プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、電子帰還電極は、プラズマガンから発生するプラズマビームを電子帰還電極に接触させずに通過させるためのコイル又は永久磁石を有し、プラズマガンで生成されたプラズマビームは電子帰還電極に接触することなく成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について説明する。図１および図２は本発明の一実施の形態を示す図である。
【０００９】
まず図２により、本発明による真空成膜装置１０が組込まれたシステム全体の概略について説明する。まずテーブル５１上に設けられた基板（被成膜体）１３がロードロック室５２内に搬送され、このロードロック室５２内で加熱装置５２ａにより加熱されるようになっている。この場合、ロードロック室５２は、真空ポンプ５３により吸引される。
【００１０】
ロードロック室５２内の基板１３は、次に真空成膜装置１０の上方部分５４に搬送され、この真空成膜装置１０の上方部分５４内において、搬送される基板１３の下面に薄膜が形成されるようになっている。なお、基板１３の搬送速度は搬送速度計５４ａによって測定される。また真空成膜装置１０は真空チャンバ１２と、プラズマガン１１とを備えている。さらに真空チャンバ１２には真空ポンプ５４Ａによって吸引され、さらに真空チャンバ１２には質量分析計５５が接続されている。
【００１１】
次に図１により真空成膜装置１０について詳述する。真空成膜装置１０は、上述のように真空ポンプ５４Ａにより吸引されるとともに接地された真空チャンバ１２と、真空チャンバ１２に短管部１２Ａを介して取付けられるとともに、プラズマビーム２２を生成し、このプラズマビーム２２を真空チャンバ１２内に供給するプラズマガン１１とを備えている。また真空チャンバ１０の上方部分５４には、ロードロック室５２から搬送された基板１３が配設されている。この場合、基板１３は、例えばソーダライムガラス（ＡＳ１４００×１０００×２．８ｔ 旭硝子（株））のようなガラス材からなり、ＰＤＰパネルを作製するために用いられる。
【００１２】
図１に示すようにプラズマガン１１は、放電電源１４のマイナス側に接続された環状の陰極１５と、放電電源１４のプラス側に抵抗を介して接続された環状の第１中間電極１６および第２中間電極１７とを有し、陰極１５側から放電ガス（Ａｒ）が供給され、この放電ガスをプラズマ状態にして第２中間電極１７から真空チャンバ１２内に向けて流出させるようになっている。
【００１３】
また、真空チャンバ１２と第２中間電極１７との間の短管部１２Ａの外側には、この短管部１２Ａを包囲するように収束コイル１８が設けられている。この収束コイル１８はプラズマビーム２２を磁場により起動および／あるいは形状を制御するものであり、このような制御としてはプラズマビーム２２の収束、平らな形状にすること、およびるつぼ内に引込む等の制御が考えられる。また真空チャンバ１２内の下部には、放電電源１４のプラス側に接続された導電性材料からなるるつぼ１９が配置されており、このるつぼ１９上に薄膜の材料となる成膜材料（ＭｇＯ）２０が収納されている。さらに、るつぼ１９の内部にはるつぼ用磁石２１が設けられている。また、るつぼ１９は真空チャンバ１２およびアース６０に対して電気的に浮遊状態となっている。
【００１４】
また図に示すように、短管部１２Ａ内にプラズマガン１１の出口部から絶縁管１が突設され、この絶縁管１はプラズマビーム２２の周囲を取囲み、プラズマガン１１から電気的に浮遊状態となっている。また真空チャンバ１２に連結された短管部１２Ａ内に、絶縁管１の外周側を取巻くとともに、放電電源１４のプラス側に接続され、プラズマガン１１の出口部よりも高い電位状態となる電子帰還電極２が設けられている。なお、前記絶縁管１としては、たとえば、セラミック製短管が採用される。
【００１５】
さらにまた、真空チャンバ１２の内面には、真空チャンバ１２から電気的に浮遊状態となる防着板４０が設けられている。この防着板４０はＳＵＳ板からなり、後述するプラズマビーム２が成膜材料（ＭｇＯ）２０に照射した場合に生じる反射電子流３が真空チャンバ１２へ帰還して接地されることを防止するものである。なお、防着板４０を設ける代わりに、真空チャンバ１２内面に反射電子流が真空チャンバ１２へ帰還することを防止するための絶縁コーティング膜（図示せず）を設けてもよい。
【００１６】
また真空チャンバ１２内には、基板１３近傍に基板１３上に形成される薄膜の形成速度を測定する成膜速度計４１が設けられ、また成膜速度計４１の下方には真空チャンバ１２内の真空度および成膜真空度を各々測定する真空計４２が設けられている。さらに、真空チャンバ１２内のるつぼ１９近傍には、酸素供給管４３が設けられている。
【００１７】
さらに放電電源１４には、プラズマガン１１の電流値および電圧値を各々測定するプラズマガン電流計４５およびプラズマガン電圧計４６が接続され、また電子帰還電極２には電子帰還電極電流を測定する電子帰還電極電流計４７が接続されている。さらにまた真空チャンバ１２とアース６０との間には、真空チャンバ１２からの接地電流を測定する接地電流計４８が設けられている。
【００１８】
なお、上述したプラズマガン電流計４５、プラズマガン電圧計４６、電子帰還電極電流計４７、接地電流計４８、成膜速度計４１、真空計４２および搬送速度計５４ａからの測定値は、測定値収集ユニット４４内に収集され、この測定値収集ユニット４４において、上述した測定値を一括して収納し、成膜工程を適切に管理することができるようになっている。
【００１９】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００２０】
まず予め、るつぼ１９内にＭｇＯのペレットからなる成膜材料２０が収納される。次に放電電源１４によってプラズマガン１１が作動して、プラズマガン１１の第２中間電極１７から成膜材料２０に向けてプラズマビーム２２が形成され、プラズマビーム２２が成膜材料２０に照射される。この場合、るつぼ１９内の成膜材料２０が蒸発し、蒸発した成膜材料２０はイオン化して基板１３の下面に蒸着し、基板１３の下面にＭｇＯの薄膜が形成される。この間、プラズマビーム２２に対して、収束コイル１８はプラズマビーム２２の横断面を収縮させる作用を行ない、またるつぼ用磁石２１はプラズマビーム２２の焦点合わせおよびプラズマビーム２２を曲げさせる作用を行なう。また、プラズマビーム２２がるつぼ１９内の成膜材料２０に照射され、成膜材料２０が蒸発する際、同時に酸素供給管４３から蒸発する成膜材料（ＭｇＯ）２０に対して酸素を供給し、蒸発するＭｇＯの酸素濃度を高める。
【００２１】
一般に基板１３となるＰＤＰパネル用のガラス板には、予めＡｇ層からなる導電層が形成され、このＡｇ層を囲んでＩＴＯ層および誘電層（ＰＢＯ2 層）が形成されている。この場合、ＰＤＰパネル用のガラス板に酸素リッチのＭｇＯ膜を形成することにより、ガラス板に予め形成されたＡｇ層がＭｇＯ膜側へ拡散することを防止することができ、Ａｇ層の拡散により生じる黄変を防止することができる。このようにして基板１３上にＭｇＯ膜を形成することにより、ＰＤＰパネルを作製することができる。
【００２２】
ところでプラズマビーム２２がるつぼ１９内の成膜材料２０に照射されると、るつぼ１９は真空チャンバ１２およびアース６０に対して電気的に浮遊状態となっているために、プラズマビーム２２が成膜材料２０から反射して反射電子流３が生じる。この場合、真空チャンバ１２内面には真空チャンバ１２から電気的に浮遊する防着板４０が設けられているので、防着板４０により反射電子流３の真空チャンバ１２側への帰還が妨げられる。このため大部分の反射電子流３をプラズマビーム２２の外側を通して電子帰還電極２側へ確実に帰還させることができる。
【００２３】
次に反射電子流３の流れについてさらに詳述する。図１に示すように、電子帰還電極２はるつぼ１９から離れた位置に設けられているため、るつぼ１９上から蒸発した成膜材料２０が電子帰還電極２に付着しにくくなっている。また、プラズマガン１１から出たプラズマビーム２２と電子帰還電極２との間に両者を遮る絶縁管１が設けられているので、このプラズマビーム２２が電子帰還電極２に入射して、陰極１５と電子帰還電極２との間で異常放電が発生するのを防止するようになっている。このため、反射電子流３はプラズマビーム２２の外側の、プラズマビーム２２とは分離した経路に沿って電子帰還電極２まで延びて形成され、プラズマビーム２２が連続的かつ安定して持続される。この持続時間は絶縁管１および電子帰還電極２を設けない場合に比して倍以上となり、飛躍的に向上することが確認されている。また、絶縁管１を設けて、異常放電の発生を防止して、プラズマビーム２２の電子帰還電極２への流れ込みによる電力ロスを減少させるようにした結果、プラズマガン１１から照射するプラズマビーム２２が同一の場合、約２０％だけ成膜速度（材料蒸発量）が向上した。さらに、電子帰還電極２を収束コイル１８に近い位置に設けることにより装置全体が、小型化される。
なお、るつぼ１９は真空チヤンバ１２およびアース６０に対して電気的に浮遊状態となっているが、蒸発材料が絶縁性のもの、たとえばＭｇＯなどを用いた場合は、成膜過程においてるつぼ自体が絶縁性となるため、真空チャンバ１２およびアース６０に対して電気的に浮遊状態にしておかなくても結果として電気的に浮遊状態となり得る。
【００２４】
次に図３および図４により、本発明の他の実施の形態について説明する。図３および図４において、図１および図２に示す装置と同一の部分については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２５】
図３および図４に示すように、真空チャンバ１２には一対のプラズマガン１１が連結され、各プラズマガン１１から発生するプラズマビーム２２の横断面を収縮させるため、各プラズマビーム２２に対して同極性同志（Ｎ極同志、或いはＳ極同志）のシート状磁石４，４が電子帰還電極２の前方に設けられている。
【００２６】
このようにシート状磁石４，４を設けることにより、成膜材料２０に入射するプラズマビーム２２をシート状にし、成膜材料２０に対する広巾の蒸発源を形成することができる。このため広巾基板１３に対して適切に薄膜を形成することができる。
【００２７】
図５〜図１１は、本発明の更に他の実施形態を示すプラズマガン１１および真空チャンバ１２の短管部１２Ａの図である。図５〜図１１において、図１および図２に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２８】
図５および図６に示す実施の形態は、電子帰還電極２にその表面に付着する成膜材料２０を払拭して、除去する旋回式ワイパ５を設け、電子帰還電極２の表面を反射電子帰還のために良好な状態を長期間保てるようにしたものである。
【００２９】
図７に示す実施の形態は、電子帰還電極２のプラズマガン１１とは反対の側の面６を凹凸形状に形成して、反射電子帰還のための表面積を増大させたものである。
【００３０】
図８に示す実施の形態は、真空チャンバ１２の短管部１２Ａの真空チャンバ１２内側開口部に、バッフルプレート７を設けたものである。このバッフルプレート７は例えば格子状に、多数の貫通部７ａを全面にわたって万遍なく散在させ、かつ、中央部にプラズマビーム２２の通過口７ｂを設けたものであり、電子帰還電極２の表面に達するガス状態の成膜材料２０の量を減少させるようにしたものである。なお、このバッフルプレート７は、前述したワイパ５とともに、或いは凹凸の面６を有する真空成膜装置にも適用できる。
【００３１】
これら図５〜図８に示す構成により、より一層、プラズマビームを連続安定して形成することができるようになる。
【００３２】
なお、本発明は、電子帰還電極２あるいは絶縁管１の配設位置と断面形状について、前述した各実施形態に示すものに限定するものではない。これら電子帰還電極２あるいは絶縁管１の配置位置については、プラズマビーム２２を取り巻くとともに、短管部１２Ａ内であればよく、例えば、図９に示すように、電子帰還電極２および絶縁管１を短管部１２Ａ内の真空チャンバ１２内側に片寄らせて配置してもよい。また断面形状についても、この図９に示す例では、電子帰還電極２の断面形状を矩形とし、絶縁管１をプラズマガン１１側にフランジを有する筒体形状とするのが好ましい。
【００３３】
このような構成により、さらに一層反射電子を効率よく捕捉できるようになる。
【００３４】
図１０は、電子帰還電極２内に電子帰還電極水冷用ジャケット２３を形成し、この電子帰還電極水冷用ジャケット２３の入口部に冷却水流入管２４を接続するとともに、その出口部に冷却水流出管２５を接続して、電子帰還電極２を水冷構造としたものである。
【００３５】
また、図１１は、図８に示すバッフルプレート７内に水冷用ジャケット２６を形成し、この水冷用ジャケット２６の入口部に冷却水流入管２７を接続するとともに、その出口部に冷却水流出管２８を接続して、バッフルプレート７を水冷構造としたものである。
【００３６】
図１０および図１１において、電子帰還電極２およびバッフルプレート７のそれぞれの温度上昇を抑制することができ、投入可能放電電力を増大させ、成膜速度を向上させ得るようになっている。
【００３７】
なお、前述した各実施形態において、絶縁管１はプラズマガン１１に対して電気的に浮遊状態に保たれていれば、その材料は、導電性物質か否かは問わない。
次に図１２により更に他の実施の形態について説明する。図１２に示す実施の形態は、電子帰還電極２の構成が異なるのみであり、他は図１および図２に示す実施の形態と同一である。
【００３８】
図１２に示すように、電子帰還電極２は内部にコイル（又は永久磁石）２ａを有し、プラズマガン１１から発生するプラズマビーム２２を電子帰還電極に接触させることなく通過させるようになっている。また電子帰還電極２は、内部にヒータ２ｂを有し、電子帰還電極２の表面に付着する成膜材料２０を加熱除去するようになっている。なお、電子帰還電極２が反射電子流３の帰還によって加熱され、一定温度が保持される場合はヒータ２ｂを設ける必要はない。さらにまた図１２に示すように、電子帰還電極２のコイル（または永久磁石）２ａの外側には、コイル（又は永久磁石）２ａを保護するため、コイル又は永久磁石水冷用ジヤケット２ｃおよび真空断熱層２ｄが設けられている。成膜材料２０の加熱除去中は、図１０に示す電子帰還電極水冷用ジャケット２３用の水は抜いておく。
【００３９】
次に図１２において、電子帰還電極２の表面に付着す成膜材料２０を加熱除去する作用について説明する。電子帰還電極２が加熱されると、表面に付着する成膜材料２０が蒸発して除去される。但し、電子帰還電極２は一般に無酸素銅からなっているが、成膜材料２０がＭｇＯの場合、融点が１３００℃以上となるため、無酸素銅を用いることはできず、この場合は電子帰還電極２として高融点金属のＭｏ又はＷを用いることができる。
【００４０】
また、電子帰還電極２を付着した成膜材料２０が蒸発するまで加熱する場合、電子帰還電極２内のコイル（又は永久磁石）２ａが損傷または性能が低下することも考えられるが、上述のようにコイル（又は永久磁石）２ａの外側にコイル又は永久磁石水冷用ジャケット２ｃおよび真空断熱層２ｄを設けることにより、コイル（又は永久磁石）２ａの損傷及び性能低下を防止することができる。
【００４１】
次に図１３により更に他の実施の形態について説明する。図１３に示す実施の形態は成膜材料２０が収納されたるつぼ１９を設ける代わりに、放電電源１４のプラス側に接続されたアノード３１と、このアノード３１の背後に配置されたアノード用磁石３２を設け、さらに原料ガス供給管３３を設けたものであり、他は図１および図２に示す実施の形態と略同一である。
【００４２】
図１３において、図１および図２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４３】
図１３において、原料ガス供給管３３から真空チャンバ１２内に原料ガスと反射ガスが供給され、これらをプラズマビーム２２により分離結合させることにより、基板１３に成膜材料を蒸着させて基板１３上に薄膜を形成することができる。
【００４４】
なお、上記実施の形態において、被成膜体として基板１３を用いた例を示したが、これに限らず被成膜体として巻体から繰り出されるフィルム（図示せず）を用いてもよい。
【００４５】
【実施例】
第１の実施例
次に本発明の実施例について説明する。第１の実施例は図３および図４に示す実施の形態に対応するものであり、真空チャンバ１２に一対のプラズマガン（Ｒガン、Ｌガン）１１が設けられている。
【００４６】
本実施例において運転条件を次のようにした。
【００４７】
【表１】
プラズマガンのパワーアップ時間 ５５０ｓｅｃ
基板搬送速度 １２５ｍｍ／ｍｉｎ
るつぼの移動速度 １ｍｍ／２１ｓｅｃ
基板加熱温度 ３００℃
酸素供給量 Ｌガン、Ｒガン共に１２ｓｃｃｍ。
【００４８】
この結果、基板１３に蒸着速度２３オングストローム／ｓｅｃで成膜が行なわれ、膜厚は５０００オングストロームとなった。
【００４９】
第２の実施例
次に第２の実施例について述べる。第２の実施例も図３および図４に示す実施の形態に対応するものである。
【００５０】
第２の実施例は真空チャンバ１２に一対のプラズマガン（Ｒガン、Ｌガン）１１を設け、るつぼ１９を真空チャンバ１２およびアース６０に対して電気的に浮遊状態としたものである。また成膜プロセスにおける放電電圧、放電電流、電子帰還電流、接地電流、基板搬送速度および成膜真空度の時間変化を各々図１４および図１５に示す。
【００５１】
ここで図１４はＰＤＰ用基板１３（２５インチ）にＭｇＯ膜を形成した時の実験結果を示し、図１５はガラス基板１３（６０インチ）にＭｇＯ膜を形成した時の実験結果を示す。
【００５２】
図１４および図１５に示すように、るつぼ１９は真空チャンバ１２およびアース６０に対して電気的に浮遊状態となっているので、接地電流はほとんどなく、安定した電子帰還電流を得ることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、プラズマビームを成膜材料に照射することにより生成した真空チャンバ内の反射電子流を確実に電子帰還電極に戻すことができる。このため、真空チャンバ内においてプラズマビームを安定して形成することができ、これによって被成膜体上に薄膜を安定して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による真空成膜装置の一実施の形態を示す図。
【図２】真空成膜装置が組込まれたシステム全体を示す図。
【図３】本発明による真空成膜装置の他の実施の形態を示す図である。
【図４】図３に示す真空成膜装置におけるシート状磁石の前後のプラズマビームの状態を示す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る真空成膜装置のプラズマガン、および真空チャンバの短管部を示す図である。
【図６】図５に示す電子帰還電極を前方側から見た図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る別の真空成膜装置のプラズマガン、および真空チャンバの短管部を示す図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る真空成膜装置のプラズマガン、および真空チャンバの短管部を示す図である。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る真空成膜装置のプラズマガン、および真空チャンバの短管部を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係る真空成膜装置の電子帰還電極を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態に係る真空成膜装置のバッフルプレートを示す図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態に係る真空成膜装置を示す図である。
【図１３】本発明の他の実施の形態に係る真空成膜装置を示す図である。
【図１４】本発明の具体的実施例を示す図。
【図１５】本発明の具体的実施例を示す図。
【符号の説明】
１ 絶縁管
２ 電子帰還電極
２ａ コイル又は永久磁石
２ｂ ヒータ
２ｃ コイル又は永久磁石水冷用ジャケット
２ｄ 真空断熱層
３ 反射電子流
４ シート状磁石
１１ プラズマガン
１２ 真空チャンバ
１２Ａ 短管部
１３ 基板
１４ 放電電源
１５ 陰極
１６ 第１中間電極
１７ 第２中間電極
１８ 収束コイル
１９ るつぼ
２０ 成膜材料
２１ るつぼ用磁石
２２ プラズマビーム
２３ 電子帰還電極水冷用ジャケット
４０ 防着板
４１ 成膜速度計
４２ 真空計
４３ 酸素供給管
４４ 測定値収集ユニット
４５ プラズマガン電流計
４６ プラズマガン電圧計
４７ 電子帰還電極電流計
４８ 接地電流計
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜材料からなる薄膜を被成膜体上に形成する真空成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より真空成膜装置として、基板が配置された真空チャンバと、プラズマビームを生成し、このプラズマビームを真空チャンバ内に送るプラズマガンと、プラズマガンから生成されたプラズマビームを収束させる収束コイルとを備えたものが知られている。
【０００３】
このような真空成膜装置において、プラズマガンから生成されたプラズマビームは真空チャンバ内に送られ、真空チャンバ内に設置されたるつぼ内の成膜材料に照射する。プラズマビームが照射した成膜材料は蒸発した後、基板上に蒸着して薄膜を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来の真空成膜装置により薄膜を形成する場合、成膜材料がるつぼの表面、または真空チャンバの内面等に付着し、特に、るつぼの表面が電気的に絶縁された状態となり、真空チャンバ内で通電不能となる。この結果、電極各部がチャージアップする現象が時間経過とともに進行する。このため、プラズマビームに対する連続的な安定制御ができなくなり、成膜の安定性が損なわれるという問題が生じる。なお、このような現象が生じた場合、プラズマビームから生じた反射電子流は通電不能となった部分に入射しようとするが反射され、イオンとの結合により電気的に中和されるか、最終的に電気的帰還が可能な場所に到達するまで電子の反射は繰り返されることとなる。
【０００５】
また、真空チャンバ内には、プラズマビームを制御するための磁場が存在しており、反射電子の動きはこの磁場により制約を受ける。したがって、プラズマガンを使用して成膜材料からなる薄膜を連続的、かつ安定して形成するためには、磁場分布状態が最適で、かつ成膜材料が付着しにくい位置に適正に反射電子流を戻す電子帰還電極を設ける必要がある。
【０００６】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、プラズマビームが成膜材料に照射されて生成した真空チャンバ内の反射電子流を適正に電子帰還電極に戻すことにより、真空チャンバ内でプラズマビームを安定して形成し、これによって被成膜体上に薄膜を安定して形成することができる真空成膜装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、真空チャンバ内面に、真空チャンバから電気的に浮遊状態となっている防着板を設け、プラズマガンと電子帰還電極との間に、プラズマビームの経路と反射電子流の経路とを分離する絶縁管を設け、絶縁管は電気的に浮遊状態となって電子帰還電極の内側に配置されるとともに、内側を流れるプラズマビームに対して略平行に延び、プラズマガンで生成されたプラズマビームはプラズマビームの経路を通って成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、絶縁管を介してプラズマビームの経路と分離された反射電子流の経路を通って帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置、
被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、真空チャンバ内面に、絶縁コーティング膜を設け、プラズマガンと電子帰還電極との間に、プラズマビームの経路と反射電子流の経路とを分離する絶縁管を設け、絶縁管は電気的に浮遊状態となって電子帰還電極の内側に配置されるとともに、内側を流れるプラズマビームに対して略平行に延び、プラズマガンで生成されたプラズマビームはプラズマビームの経路を通って成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、絶縁管を介してプラズマビームの経路と分離された反射電子流の経路を通って帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置、
被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、プラズマガンの電流値および電圧値を各々測定するプラズマガン電流計およびプラズマガン電圧計と、真空チャンバからの接地電流を測定する接地電流計と、真空チャンバの真空度を測定する真空計と、電子帰還電極からの電子帰還電極電流を測定する電子帰還電極電流計と、プラズマガン電流計、プラズマガン電圧計、接地電流計、真空計および電子帰還電極電流計からの測定値を収集する測定値収集ユニットを設け、プラズマガンと電子帰還電極との間に、プラズマビームの経路と反射電子流の経路とを分離する絶縁管を設け、絶縁管は電気的に浮遊状態となって電子帰還電極の内側に配置されるとともに、内側を流れるプラズマビームに対して略平行に延び、プラズマガンで生成されたプラズマビームはプラズマビームの経路を通って成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、絶縁管を介してプラズマビームの経路と分離された反射電子流の経路を通って帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置、
被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、プラズマガンは複数設けられ、各プラズマガンから真空チャンバ内に独自のプラズマビームを送り、各プラズマガンと対応する電子帰還電極との間に、プラズマビームの経路と反射電子流の経路とを分離する絶縁管を設け、絶縁管は電気的に浮遊状態となって電子帰還電極の内側に配置されるとともに、内側を流れるプラズマビームに対して略平行に延び、プラズマガンで生成されたプラズマビームはプラズマビームの経路を通って成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、絶縁管を介してプラズマビームの経路と分離された反射電子流の経路を通って帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置、
被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力の勾配型プラズマガンと、プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、電子帰還電極は一定温度に保持され、表面に付着する成膜材料を加熱除去し、プラズマガンと電子帰還電極との間に、プラズマビームの経路と反射電子流の経路とを分離する絶縁管を設け、絶縁管は電気的に浮遊状態となって電子帰還電極の内側に配置されるとともに、内側を流れるプラズマビームに対して略平行に延び、プラズマガンで生成されたプラズマビームはプラズマビームの経路を通って成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、絶縁管を介してプラズマビームの経路と分離された反射電子流の経路を通って帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置、および
被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力の勾配型プラズマガンと、プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、電子帰還電極は、プラズマガンから発生するプラズマビームを電子帰還電極に接触させずに通過させるためのコイル又は永久磁石を有し、プラズマガンで生成されたプラズマビームは電子帰還電極に接触することなく成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について説明する。図１および図２は本発明の一実施の形態を示す図である。
【０００９】
まず図２により、本発明による真空成膜装置１０が組込まれたシステム全体の概略について説明する。まずテーブル５１上に設けられた基板（被成膜体）１３がロードロック室５２内に搬送され、このロードロック室５２内で加熱装置５２ａにより加熱されるようになっている。この場合、ロードロック室５２は、真空ポンプ５３により吸引される。
【００１０】
ロードロック室５２内の基板１３は、次に真空成膜装置１０の上方部分５４に搬送され、この真空成膜装置１０の上方部分５４内において、搬送される基板１３の下面に薄膜が形成されるようになっている。なお、基板１３の搬送速度は搬送速度計５４ａによって測定される。また真空成膜装置１０は真空チャンバ１２と、プラズマガン１１とを備えている。さらに真空チャンバ１２には真空ポンプ５４Ａによって吸引され、さらに真空チャンバ１２には質量分析計５５が接続されている。
【００１１】
次に図１により真空成膜装置１０について詳述する。真空成膜装置１０は、上述のように真空ポンプ５４Ａにより吸引されるとともに接地された真空チャンバ１２と、真空チャンバ１２に短管部１２Ａを介して取付けられるとともに、プラズマビーム２２を生成し、このプラズマビーム２２を真空チャンバ１２内に供給するプラズマガン１１とを備えている。また真空チャンバ１０の上方部分５４には、ロードロック室５２から搬送された基板１３が配設されている。この場合、基板１３は、例えばソーダライムガラス（ＡＳ１４００×１０００×２．８ｔ 旭硝子（株））のようなガラス材からなり、ＰＤＰパネルを作製するために用いられる。
【００１２】
図１に示すようにプラズマガン１１は、放電電源１４のマイナス側に接続された環状の陰極１５と、放電電源１４のプラス側に抵抗を介して接続された環状の第１中間電極１６および第２中間電極１７とを有し、陰極１５側から放電ガス（Ａｒ）が供給され、この放電ガスをプラズマ状態にして第２中間電極１７から真空チャンバ１２内に向けて流出させるようになっている。
【００１３】
また、真空チャンバ１２と第２中間電極１７との間の短管部１２Ａの外側には、この短管部１２Ａを包囲するように収束コイル１８が設けられている。この収束コイル１８はプラズマビーム２２を磁場により起動および／あるいは形状を制御するものであり、このような制御としてはプラズマビーム２２の収束、平らな形状にすること、およびるつぼ内に引込む等の制御が考えられる。また真空チャンバ１２内の下部には、放電電源１４のプラス側に接続された導電性材料からなるるつぼ１９が配置されており、このるつぼ１９上に薄膜の材料となる成膜材料（ＭｇＯ）２０が収納されている。さらに、るつぼ１９の内部にはるつぼ用磁石２１が設けられている。また、るつぼ１９は真空チャンバ１２およびアース６０に対して電気的に浮遊状態となっている。
【００１４】
また図に示すように、短管部１２Ａ内にプラズマガン１１の出口部から絶縁管１が突設され、この絶縁管１はプラズマビーム２２の周囲を取囲み、プラズマガン１１から電気的に浮遊状態となっている。また真空チャンバ１２に連結された短管部１２Ａ内に、絶縁管１の外周側を取巻くとともに、放電電源１４のプラス側に接続され、プラズマガン１１の出口部よりも高い電位状態となる電子帰還電極２が設けられている。なお、前記絶縁管１としては、たとえば、セラミック製短管が採用される。
【００１５】
さらにまた、真空チャンバ１２の内面には、真空チャンバ１２から電気的に浮遊状態となる防着板４０が設けられている。この防着板４０はＳＵＳ板からなり、後述するプラズマビーム２が成膜材料（ＭｇＯ）２０に照射した場合に生じる反射電子流３が真空チャンバ１２へ帰還して接地されることを防止するものである。なお、防着板４０を設ける代わりに、真空チャンバ１２内面に反射電子流が真空チャンバ１２へ帰還することを防止するための絶縁コーティング膜（図示せず）を設けてもよい。
【００１６】
また真空チャンバ１２内には、基板１３近傍に基板１３上に形成される薄膜の形成速度を測定する成膜速度計４１が設けられ、また成膜速度計４１の下方には真空チャンバ１２内の真空度および成膜真空度を各々測定する真空計４２が設けられている。さらに、真空チャンバ１２内のるつぼ１９近傍には、酸素供給管４３が設けられている。
【００１７】
さらに放電電源１４には、プラズマガン１１の電流値および電圧値を各々測定するプラズマガン電流計４５およびプラズマガン電圧計４６が接続され、また電子帰還電極２には電子帰還電極電流を測定する電子帰還電極電流計４７が接続されている。さらにまた真空チャンバ１２とアース６０との間には、真空チャンバ１２からの接地電流を測定する接地電流計４８が設けられている。
【００１８】
なお、上述したプラズマガン電流計４５、プラズマガン電圧計４６、電子帰還電極電流計４７、接地電流計４８、成膜速度計４１、真空計４２および搬送速度計５４ａからの測定値は、測定値収集ユニット４４内に収集され、この測定値収集ユニット４４において、上述した測定値を一括して収納し、成膜工程を適切に管理することができるようになっている。
【００１９】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００２０】
まず予め、るつぼ１９内にＭｇＯのペレットからなる成膜材料２０が収納される。次に放電電源１４によってプラズマガン１１が作動して、プラズマガン１１の第２中間電極１７から成膜材料２０に向けてプラズマビーム２２が形成され、プラズマビーム２２が成膜材料２０に照射される。この場合、るつぼ１９内の成膜材料２０が蒸発し、蒸発した成膜材料２０はイオン化して基板１３の下面に蒸着し、基板１３の下面にＭｇＯの薄膜が形成される。この間、プラズマビーム２２に対して、収束コイル１８はプラズマビーム２２の横断面を収縮させる作用を行ない、またるつぼ用磁石２１はプラズマビーム２２の焦点合わせおよびプラズマビーム２２を曲げさせる作用を行なう。また、プラズマビーム２２がるつぼ１９内の成膜材料２０に照射され、成膜材料２０が蒸発する際、同時に酸素供給管４３から蒸発する成膜材料（ＭｇＯ）２０に対して酸素を供給し、蒸発するＭｇＯの酸素濃度を高める。
【００２１】
一般に基板１３となるＰＤＰパネル用のガラス板には、予めＡｇ層からなる導電層が形成され、このＡｇ層を囲んでＩＴＯ層および誘電層（ＰＢＯ2 層）が形成されている。この場合、ＰＤＰパネル用のガラス板に酸素リッチのＭｇＯ膜を形成することにより、ガラス板に予め形成されたＡｇ層がＭｇＯ膜側へ拡散することを防止することができ、Ａｇ層の拡散により生じる黄変を防止することができる。このようにして基板１３上にＭｇＯ膜を形成することにより、ＰＤＰパネルを作製することができる。
【００２２】
ところでプラズマビーム２２がるつぼ１９内の成膜材料２０に照射されると、るつぼ１９は真空チャンバ１２およびアース６０に対して電気的に浮遊状態となっているために、プラズマビーム２２が成膜材料２０から反射して反射電子流３が生じる。この場合、真空チャンバ１２内面には真空チャンバ１２から電気的に浮遊する防着板４０が設けられているので、防着板４０により反射電子流３の真空チャンバ１２側への帰還が妨げられる。このため大部分の反射電子流３をプラズマビーム２２の外側を通して電子帰還電極２側へ確実に帰還させることができる。
【００２３】
次に反射電子流３の流れについてさらに詳述する。図１に示すように、電子帰還電極２はるつぼ１９から離れた位置に設けられているため、るつぼ１９上から蒸発した成膜材料２０が電子帰還電極２に付着しにくくなっている。また、プラズマガン１１から出たプラズマビーム２２と電子帰還電極２との間に両者を遮る絶縁管１が設けられているので、このプラズマビーム２２が電子帰還電極２に入射して、陰極１５と電子帰還電極２との間で異常放電が発生するのを防止するようになっている。このため、反射電子流３はプラズマビーム２２の外側の、プラズマビーム２２とは分離した経路に沿って電子帰還電極２まで延びて形成され、プラズマビーム２２が連続的かつ安定して持続される。この持続時間は絶縁管１および電子帰還電極２を設けない場合に比して倍以上となり、飛躍的に向上することが確認されている。また、絶縁管１を設けて、異常放電の発生を防止して、プラズマビーム２２の電子帰還電極２への流れ込みによる電力ロスを減少させるようにした結果、プラズマガン１１から照射するプラズマビーム２２が同一の場合、約２０％だけ成膜速度（材料蒸発量）が向上した。さらに、電子帰還電極２を収束コイル１８に近い位置に設けることにより装置全体が、小型化される。
なお、るつぼ１９は真空チヤンバ１２およびアース６０に対して電気的に浮遊状態となっているが、蒸発材料が絶縁性のもの、たとえばＭｇＯなどを用いた場合は、成膜過程においてるつぼ自体が絶縁性となるため、真空チャンバ１２およびアース６０に対して電気的に浮遊状態にしておかなくても結果として電気的に浮遊状態となり得る。
【００２４】
次に図３および図４により、本発明の他の実施の形態について説明する。図３および図４において、図１および図２に示す装置と同一の部分については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２５】
図３および図４に示すように、真空チャンバ１２には一対のプラズマガン１１が連結され、各プラズマガン１１から発生するプラズマビーム２２の横断面を収縮させるため、各プラズマビーム２２に対して同極性同志（Ｎ極同志、或いはＳ極同志）のシート状磁石４，４が電子帰還電極２の前方に設けられている。
【００２６】
このようにシート状磁石４，４を設けることにより、成膜材料２０に入射するプラズマビーム２２をシート状にし、成膜材料２０に対する広巾の蒸発源を形成することができる。このため広巾基板１３に対して適切に薄膜を形成することができる。
【００２７】
図５〜図１１は、本発明の更に他の実施形態を示すプラズマガン１１および真空チャンバ１２の短管部１２Ａの図である。図５〜図１１において、図１および図２に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２８】
図５および図６に示す実施の形態は、電子帰還電極２にその表面に付着する成膜材料２０を払拭して、除去する旋回式ワイパ５を設け、電子帰還電極２の表面を反射電子帰還のために良好な状態を長期間保てるようにしたものである。
【００２９】
図７に示す実施の形態は、電子帰還電極２のプラズマガン１１とは反対の側の面６を凹凸形状に形成して、反射電子帰還のための表面積を増大させたものである。
【００３０】
図８に示す実施の形態は、真空チャンバ１２の短管部１２Ａの真空チャンバ１２内側開口部に、バッフルプレート７を設けたものである。このバッフルプレート７は例えば格子状に、多数の貫通部７ａを全面にわたって万遍なく散在させ、かつ、中央部にプラズマビーム２２の通過口７ｂを設けたものであり、電子帰還電極２の表面に達するガス状態の成膜材料２０の量を減少させるようにしたものである。なお、このバッフルプレート７は、前述したワイパ５とともに、或いは凹凸の面６を有する真空成膜装置にも適用できる。
【００３１】
これら図５〜図８に示す構成により、より一層、プラズマビームを連続安定して形成することができるようになる。
【００３２】
なお、本発明は、電子帰還電極２あるいは絶縁管１の配設位置と断面形状について、前述した各実施形態に示すものに限定するものではない。これら電子帰還電極２あるいは絶縁管１の配置位置については、プラズマビーム２２を取り巻くとともに、短管部１２Ａ内であればよく、例えば、図９に示すように、電子帰還電極２および絶縁管１を短管部１２Ａ内の真空チャンバ１２内側に片寄らせて配置してもよい。また断面形状についても、この図９に示す例では、電子帰還電極２の断面形状を矩形とし、絶縁管１をプラズマガン１１側にフランジを有する筒体形状とするのが好ましい。
【００３３】
このような構成により、さらに一層反射電子を効率よく捕捉できるようになる。
【００３４】
図１０は、電子帰還電極２内に電子帰還電極水冷用ジャケット２３を形成し、この電子帰還電極水冷用ジャケット２３の入口部に冷却水流入管２４を接続するとともに、その出口部に冷却水流出管２５を接続して、電子帰還電極２を水冷構造としたものである。
【００３５】
また、図１１は、図８に示すバッフルプレート７内に水冷用ジャケット２６を形成し、この水冷用ジャケット２６の入口部に冷却水流入管２７を接続するとともに、その出口部に冷却水流出管２８を接続して、バッフルプレート７を水冷構造としたものである。
【００３６】
図１０および図１１において、電子帰還電極２およびバッフルプレート７のそれぞれの温度上昇を抑制することができ、投入可能放電電力を増大させ、成膜速度を向上させ得るようになっている。
【００３７】
なお、前述した各実施形態において、絶縁管１はプラズマガン１１に対して電気的に浮遊状態に保たれていれば、その材料は、導電性物質か否かは問わない。
次に図１２により更に他の実施の形態について説明する。図１２に示す実施の形態は、電子帰還電極２の構成が異なるのみであり、他は図１および図２に示す実施の形態と同一である。
【００３８】
図１２に示すように、電子帰還電極２は内部にコイル（又は永久磁石）２ａを有し、プラズマガン１１から発生するプラズマビーム２２を電子帰還電極に接触させることなく通過させるようになっている。また電子帰還電極２は、内部にヒータ２ｂを有し、電子帰還電極２の表面に付着する成膜材料２０を加熱除去するようになっている。なお、電子帰還電極２が反射電子流３の帰還によって加熱され、一定温度が保持される場合はヒータ２ｂを設ける必要はない。さらにまた図１２に示すように、電子帰還電極２のコイル（または永久磁石）２ａの外側には、コイル（又は永久磁石）２ａを保護するため、コイル又は永久磁石水冷用ジヤケット２ｃおよび真空断熱層２ｄが設けられている。成膜材料２０の加熱除去中は、図１０に示す電子帰還電極水冷用ジャケット２３用の水は抜いておく。
【００３９】
次に図１２において、電子帰還電極２の表面に付着す成膜材料２０を加熱除去する作用について説明する。電子帰還電極２が加熱されると、表面に付着する成膜材料２０が蒸発して除去される。但し、電子帰還電極２は一般に無酸素銅からなっているが、成膜材料２０がＭｇＯの場合、融点が１３００℃以上となるため、無酸素銅を用いることはできず、この場合は電子帰還電極２として高融点金属のＭｏ又はＷを用いることができる。
【００４０】
また、電子帰還電極２を付着した成膜材料２０が蒸発するまで加熱する場合、電子帰還電極２内のコイル（又は永久磁石）２ａが損傷または性能が低下することも考えられるが、上述のようにコイル（又は永久磁石）２ａの外側にコイル又は永久磁石水冷用ジャケット２ｃおよび真空断熱層２ｄを設けることにより、コイル（又は永久磁石）２ａの損傷及び性能低下を防止することができる。
【００４１】
次に図１３により更に他の実施の形態について説明する。図１３に示す実施の形態は成膜材料２０が収納されたるつぼ１９を設ける代わりに、放電電源１４のプラス側に接続されたアノード３１と、このアノード３１の背後に配置されたアノード用磁石３２を設け、さらに原料ガス供給管３３を設けたものであり、他は図１および図２に示す実施の形態と略同一である。
【００４２】
図１３において、図１および図２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４３】
図１３において、原料ガス供給管３３から真空チャンバ１２内に原料ガスと反射ガスが供給され、これらをプラズマビーム２２により分離結合させることにより、基板１３に成膜材料を蒸着させて基板１３上に薄膜を形成することができる。
【００４４】
なお、上記実施の形態において、被成膜体として基板１３を用いた例を示したが、これに限らず被成膜体として巻体から繰り出されるフィルム（図示せず）を用いてもよい。
【００４５】
【実施例】
第１の実施例
次に本発明の実施例について説明する。第１の実施例は図３および図４に示す実施の形態に対応するものであり、真空チャンバ１２に一対のプラズマガン（Ｒガン、Ｌガン）１１が設けられている。
【００４６】
本実施例において運転条件を次のようにした。
【００４７】
【表１】
基板搬送速度 １２５ｍｍ／ｍｉｎ
るつぼの移動速度 １ｍｍ／２１ｓｅｃ
基板加熱温度 ３００℃
酸素供給量 Ｌガン、Ｒガン共に１２ｓｃｃｍ。
【００４８】
この結果、基板１３に蒸着速度２３オングストローム／ｓｅｃで成膜が行なわれ、膜厚は５０００オングストロームとなった。
【００４９】
第２の実施例
次に第２の実施例について述べる。第２の実施例も図３および図４に示す実施の形態に対応するものである。
【００５０】
第２の実施例は真空チャンバ１２に一対のプラズマガン（Ｒガン、Ｌガン）１１を設け、るつぼ１９を真空チャンバ１２およびアース６０に対して電気的に浮遊状態としたものである。また成膜プロセスにおける放電電圧、放電電流、電子帰還電流、接地電流、基板搬送速度および成膜真空度の時間変化を各々図１４および図１５に示す。
【００５１】
ここで図１４はＰＤＰ用基板１３（２５インチ）にＭｇＯ膜を形成した時の実験結果を示し、図１５はガラス基板１３（６０インチ）にＭｇＯ膜を形成した時の実験結果を示す。
【００５２】
図１４および図１５に示すように、るつぼ１９は真空チャンバ１２およびアース６０に対して電気的に浮遊状態となっているので、接地電流はほとんどなく、安定した電子帰還電流を得ることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、プラズマビームを成膜材料に照射することにより生成した真空チャンバ内の反射電子流を確実に電子帰還電極に戻すことができる。このため、真空チャンバ内においてプラズマビームを安定して形成することができ、これによって被成膜体上に薄膜を安定して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による真空成膜装置の一実施の形態を示す図。
【図２】真空成膜装置が組込まれたシステム全体を示す図。
【図３】本発明による真空成膜装置の他の実施の形態を示す図である。
【図４】図３に示す真空成膜装置におけるシート状磁石の前後のプラズマビームの状態を示す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る真空成膜装置のプラズマガン、および真空チャンバの短管部を示す図である。
【図６】図５に示す電子帰還電極を前方側から見た図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る別の真空成膜装置のプラズマガン、および真空チャンバの短管部を示す図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る真空成膜装置のプラズマガン、および真空チャンバの短管部を示す図である。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る真空成膜装置のプラズマガン、および真空チャンバの短管部を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係る真空成膜装置の電子帰還電極を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態に係る真空成膜装置のバッフルプレートを示す図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態に係る真空成膜装置を示す図である。
【図１３】本発明の他の実施の形態に係る真空成膜装置を示す図である。
【図１４】本発明の具体的実施例を示す図。
【図１５】本発明の具体的実施例を示す図。
【符号の説明】
１ 絶縁管
２ 電子帰還電極
２ａ コイル又は永久磁石
２ｂ ヒータ
２ｃ コイル又は永久磁石水冷用ジャケット
２ｄ 真空断熱層
３ 反射電子流
４ シート状磁石
１１ プラズマガン
１２ 真空チャンバ
１２Ａ 短管部
１３ 基板
１４ 放電電源
１５ 陰極
１６ 第１中間電極
１７ 第２中間電極
１８ 収束コイル
１９ るつぼ
２０ 成膜材料
２１ るつぼ用磁石
２２ プラズマビーム
２３ 電子帰還電極水冷用ジャケット
４０ 防着板
４１ 成膜速度計
４２ 真空計
４３ 酸素供給管
４４ 測定値収集ユニット
４５ プラズマガン電流計
４６ プラズマガン電圧計
４７ 電子帰還電極電流計
４８ 接地電流計
Claims (12)
- 被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、
真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、
プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、
真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、
真空チャンバ内面に、真空チャンバから電気的に浮遊状態となっている防着板を設け、プラズマガンと電子帰還電極との間に、プラズマビームの経路と反射電子流の経路とを分離する絶縁管を設け、絶縁管は電気的に浮遊状態となって電子帰還電極の内側に配置されるとともに、内側を流れるプラズマビームに対して略平行に延び、プラズマガンで生成されたプラズマビームはプラズマビームの経路を通って成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、絶縁管を介してプラズマビームの経路と分離された反射電子流の経路を通って帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置。 - 真空チャンバ内に成膜材料を収納するるつぼを設け、このるつぼを真空チャンバおよびアースに対して電気的に浮遊状態としたことを特徴とする請求項１記載の真空成膜装置。
- 被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、
真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、
プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、
真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、
真空チャンバ内面に、絶縁コーティング膜を設け、プラズマガンと電子帰還電極との間に、プラズマビームの経路と反射電子流の経路とを分離する絶縁管を設け、絶縁管は電気的に浮遊状態となって電子帰還電極の内側に配置されるとともに、内側を流れるプラズマビームに対して略平行に延び、プラズマガンで生成されたプラズマビームはプラズマビームの経路を通って成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、絶縁管を介してプラズマビームの経路と分離された反射電子流の経路を通って帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置。 - 真空チャンバ内に成膜材料を収納するるつぼを設け、このるつぼを真空チャンバおよびアースに対して電気的に浮遊状態としたことを特徴とする請求項３記載の真空成膜装置。
- 被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、
真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、
プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、
真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、
プラズマガンの電流値および電圧値を各々測定するプラズマガン電流計およびプラズマガン電圧計と、
真空チャンバからの接地電流を測定する接地電流計と、
真空チャンバの真空度を測定する真空計と、
電子帰還電極からの電子帰還電極電流を測定する電子帰還電極電流計と、
プラズマガン電流計、プラズマガン電圧計、接地電流計、真空計および電子帰還電極電流計からの測定値を収集する測定値収集ユニットを設け、プラズマガンと電子帰還電極との間に、プラズマビームの経路と反射電子流の経路とを分離する絶縁管を設け、絶縁管は電気的に浮遊状態となって電子帰還電極の内側に配置されるとともに、内側を流れるプラズマビームに対して略平行に延び、プラズマガンで生成されたプラズマビームはプラズマビームの経路を通って成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、絶縁管を介してプラズマビームの経路と分離された反射電子流の経路を通って帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置。 - 真空チャンバ内に成膜材料を収納するるつぼを設け、このるつぼを真空チャンバおよびアースに対して電気的に浮遊状態としたことを特徴とする請求項５記載の真空成膜装置。
- 被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、
真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、
プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、
真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、
プラズマガンは複数設けられ、各プラズマガンから真空チャンバ内に独自のプラズマビームを送り、各プラズマガンと対応する電子帰還電極との間に、プラズマビームの経路と反射電子流の経路とを分離する絶縁管を設け、絶縁管は電気的に浮遊状態となって電子帰還電極の内側に配置されるとともに、内側を流れるプラズマビームに対して略平行に延び、プラズマガンで生成されたプラズマビームはプラズマビームの経路を通って成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、絶縁管を介してプラズマビームの経路と分離された反射電子流の経路を通って帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置。 - 真空チャンバ内に成膜材料を収納するるつぼを設け、このるつぼを真空チャンバおよびアースに対して電気的に浮遊状態としたことを特徴とする請求項７記載の真空成膜装置。
- 被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、
真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、
プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、
真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、
電子帰還電極は一定温度に保持され、表面に付着する成膜材料を加熱除去し、プラズマガンと電子帰還電極との間に、プラズマビームの経路と反射電子流の経路とを分離する絶縁管を設け、絶縁管は電気的に浮遊状態となって電子帰還電極の内側に配置されるとともに、内側を流れるプラズマビームに対して略平行に延び、プラズマガンで生成されたプラズマビームはプラズマビームの経路を通って成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、絶縁管を介してプラズマビームの経路と分離された反射電子流の経路を通って帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置。 - 真空チャンバ内に成膜材料を収納するるつぼを設け、このるつぼを真空チャンバおよびアースに対して電気的に浮遊状態としたことを特徴とする請求項９記載の真空成膜装置。
- 被成膜体が配置されるとともに接地された真空チャンバと、
真空チャンバ内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンと、
プラズマガンにより生成したプラズマビームを磁場により軌道および／あるいは形状を制御させて成膜材料に照射させ、この成膜材料を被成膜体に蒸着させて薄膜を形成する永久磁石および収束コイルを用いる制御手段と、
真空チャンバ内のうちプラズマガン側にプラズマビーム外周を取囲んで設けられ、成膜材料に照射されたプラズマビームから生じる反射電子流が帰還する電子帰還電極とを備え、
電子帰還電極は、プラズマガンから発生するプラズマビームを電子帰還電極に接触させずに通過させるためのコイル又は永久磁石を有し、プラズマガンで生成されたプラズマビームは電子帰還電極に接触することなく成膜材料に照射され、プラズマビームが成膜材料に照射した際生じる反射電子流は、帰還電極に戻されることを特徴とする真空成膜装置。 - 真空チャンバ内に成膜材料を収納するるつぼを設け、このるつぼを真空チャンバおよびアースに対して電気的に浮遊状態としたことを特徴とする請求項１１記載の真空成膜装置。
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