CN101528977A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

一种成膜装置，能够有效地在基板等表面形成碳膜、提高带碳膜基板的批量生产性。本发明的成膜装置，其是真空槽内配置电极、往真空槽内部导入成膜气体，同时对电极外加电压，将该成膜气体等离子化，在基板上成膜，这种成膜装置的构成是包括：作为上述电极的筒状电极，其具有基板供给口和排出口；基板供给排出装置，其通过上述筒状电极的供给口向该筒状电极内部供给多个基板、同时将其从该筒状电极的排出口排出。

Description

成膜装置

技术领域

本发明涉及一种采用直流等离子在基板表面形成用于释放电场电子的碳膜的成膜装置。

背景技术

以往已经提出了一种技术是在基板表面形成具有碳纳米管、碳纳米壁等nm尺寸的微小前端边缘的碳膜，让电场集中在该碳膜所具备的多个前端边缘，释放电场电子。

有一种真空设备是例如在作为这样的基板的金属丝表面形成碳膜，作成带碳膜的金属丝，以该带碳膜的金属丝作为阴极(冷阴极电子源)，与阳极对置配置，在它们之间外加电压，从金属丝表面释放电场电子。该真空设备有例如场致发射灯、微型机械设备、电子显微镜、红外传感器等各种。对于这样的阴极金属丝来说，要求提高批量生产性、并降低制造成本。

专利文献1：特开2005-307352号公报

发明内容

本发明提供一种成膜装置，其能够有效地在基板等表面形成碳膜、提高带碳膜基板的批量生产性，能够提高使用该带碳膜基板的真空设备的批量生产性，以及降低其批量生产成本。

本发明的成膜装置，其在真空槽内配置电极，向真空槽内部导入成膜气体，并且对电极外加电压，将该成膜气体等离子化，从而在基板上成膜，上述成膜装置的特征在于，包括：作为上述电极的筒状电极，其具有基板的供给口和排出口；基板供给排出装置，其通过上述筒状电极的供给口向该筒状电极内部供给多个基板，并且将上述多个基板从该筒状电极的排出口排出。

上述筒状电极并不限定于单一的筒状电极，也包括由两两一对的半筒状电极构成的结构。

上述筒状电极的形状是筒轴方向的长短没有限定。

上述筒状电极的截面形状优选是圆形，不过也能够包括椭圆形状、矩形等。

上述开口包括单一的筒状电极的两端侧的开口、在单一的筒状电极的侧面设置的开口、两两一对的半筒状电极的对置间隙等。

成膜气体只要是能够在基板表面形成碳膜的种类即可，没有特别限定。

本发明中，利用基板供给排出装置，能够将多个基板通过筒状电极的开口往该筒状电极内部依次供给，同时将其从该筒状电极的开口依次排出，因此能够对多个基板在筒状电极内部依次实施成膜处理，制造带碳膜的基板，因此能够大大提高带碳膜基板的批量生产性，同时能够提高使用该带碳膜基板的真空设备的批量生产性，以及降低其批量生产成本。

上述中，优选是上述筒状电极的供给口和排出口是上述筒状电极的长度方向的端部开口。

上述中，优选是上述筒状电极的供给口和排出口是在该筒状电极的两侧面分别形成的开口。

上述中，优选是上述筒状电极相连设置多个，并且上述多个筒状电极各自的供给口和排出口沿着基板输送方向形成一列并连通。

上述中，优选是上述筒状电极由相互周方向两端部隔开规定间隙对置的两两一对的半筒状电极构成，该两两一对的半筒状电极中的周方向一端侧的对置间隙为上述供给口，周方向另一端侧的对置间隙为上述排出口。

上述中，优选是上述两两一对的半筒状电极相连设置多对，并且上述多对半筒状电极各自的对置间隙沿着基板输送方向形成一列并连通。

上述中，优选是上述两两一对的半筒状电极相互的对置间隙在成膜时关闭、在输送时打开。

本发明的第2成膜装置，其在真空槽内配置电极，向真空槽内部导入成膜气体，并且对电极外加电压，将该成膜气体等离子化，从而在基板上成膜，上述成膜装置的特征在于，包括：作为上述电极的筒状电极，其至少一端侧开口；基板供给排出装置，其将上述筒状电极的上述开口作为基板的供给口和排出口，通过上述供给口和排出口相对于该筒状电极内部供给及排出多个基板。

上述中，优选是上述基板供给排出装置包括：向筒状电极的供给口供给基板的基板供给装置；收纳从筒状电极的排出口排出的基板的基板收纳装置；在筒状电极内部的供给口和排出口之间的基板输送路径上输送基板的基板输送装置。

上述中，优选是上述基板供给装置及基板收纳装置相对于真空槽拆装自如。

上述中，优选是基板为金属丝。

发明效果

根据本发明，能够提高带碳膜基板的批量生产性，能够谋求使用该带碳膜基板的真空设备的批量生产性提高，以及谋求其批量生产成本的降低。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的成膜装置的概略构成的图。

图2是沿图1的A-A线的截面图。

图3是表示输送金属丝过程中的成膜装置的概略构成的图。

图4是成膜装置中的金属丝供给装置、等离子产生电极及金属丝收纳装置的立体图。

图5是用于说明等离子产生电极及金属丝的尺寸关系的图。

图6是从图4所示的等离子产生电极18侧面看的截面图。

图7A是本发明的实施方式2的成膜装置中金属丝输送时的等离子产生电极的俯视图。

图7B是金属丝成膜时的等离子产生电极的俯视图。

图8A是本发明的实施方式3中金属丝往圆筒状电极内装配时的立体图。

图8B是排出时的立体图。

图9是表示本发明的实施方式4的成膜装置的概略构成的图。

图10是采用在成膜装置中形成了碳膜的金属丝的场致发射灯的截面图。

图中，2-成膜装置，4-真空槽，18-等离子产生电极，20-金属丝，22-金属丝供给装置，24-金属丝收纳装置，32-等离子。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式的成膜装置。在该成膜装置中，将作为成膜对象的基板适用于金属丝。

(实施方式1)

参照图1～图5说明本发明的实施方式1的成膜装置。首先参照图1～图3，成膜装置2是一种利用直流等离子CVD在金属丝(基板的一例)表面形成能够进行电场电子释放的碳膜、制造能够用于真空设备阴极的带碳膜金属丝的装置。

该成膜装置2包括真空槽4、气体瓶6、气体压力/流量调节回路8、排气控制阀(真空阀)10、真空排气系统12、直流电源14、28、控制装置16。

气体瓶6收纳有氢气和碳化氢气体的混合气体(CH4/H2)或氢气、氮气和碳化氢气体的混合气体(CH4/H2/N2)。调节回路8调节从气体瓶6出来的气体的压力和流量。真空排气系统12经由排气控制阀10对真空槽2内进行真空吸引。

真空槽2被接地。在真空槽2内部具备等离子产生电极18、向该等离子产生电极18供给金属丝20的金属丝供给装置(基板供给装置)22、将经该等离子产生电极18形成了碳膜的金属丝20缠绕并收纳的金属丝收纳装置(基板收纳装置)24。

金属丝供给装置22具备外壳22a、立设在该外壳22a底部的旋转自如的金属丝缠绕轴22b。在金属丝供给装置22的金属丝缠绕轴22b上缠绕着上端侧以一定间隔吊挂在输送带26上的金属丝20。金属丝20优选是下端侧也用其他输送带支撑。另外，该金属丝20下端侧也可以由空中架设的单轨式输送轨道支撑。

金属丝20通过输送带26连接到直流电源28的负极。直流电源28的正极被接地。多个金属丝20上端侧由输送带26固定，从而沿铅直方向(垂直贯通图1的纸面的方向、图2的纸面的上下方向)吊挂，以一定间隔排列。为了便于说明，将该金属丝20的吊挂方向称为纵向。

金属丝收纳装置24具备外壳24a、立设在该外壳24a内的底部的旋转自如的金属丝缠绕轴24b。在金属丝收纳装置24的上侧搭载有旋转驱动金属丝缠绕轴24b的马达25。

在真空槽4内部还配置有将从金属丝供给装置22供给来的金属丝20引导到等离子产生电极18的导辊32、将从等离子产生电极18排出的金属丝20引导到金属丝收纳装置24的导辊34。

金属丝供给装置22、金属丝收纳装置24及等离子产生电极18配置在在真空槽4底部铺设的绝缘垫片17上。

等离子产生电极18连接到直流电源14的负极。直流电源14的正极被接地。等离子产生电极18配置在金属丝供给装置22和金属丝收纳装置24之间。等离子产生电极18与金属丝供给装置22、金属丝收纳装置24一起，配置在一条直线上，可省略导辊32、34。

对以上构成中等离子产生电极18的构成更详细地说明。

等离子产生电极18是将呈一列相连设置在真空槽4底部上的多个圆筒状电极纵向(图1纸面贯通方向、图2纸面上下方向)分割成两半，由两两一对的半圆筒状电极18a1、18b1、18a2、18b2、18a3、18b3、18a4、18b4(为了便于说明，有时也称为半圆筒状电极18a、18b)的多个组构成。

这些半圆筒状电极18a、18b形成沿金属丝输送方向配置成一列的构成。一侧的半圆筒状电极18a和另一侧的半圆筒状电极18b形成空开规定间隙w0大致平行对置的构成。该对置间隙w0形成纵向长、对置方向上窄的长方形形状。在这些两半圆筒状电极18a、18b的对置间隙w0中形成等离子产生电极18内部中的金属丝输送通路30。

这些对置间隙w0中靠近金属丝供给装置22侧的对置间隙w0为金属丝供给口，靠近金属丝收纳装置24侧的对置间隙w0构成金属丝排出口。

参照图3说明实施方式1中对置间隙w0的大小等。图3表示等离子产生电极18和金属丝20。构成等离子产生电极18的一侧和另一侧的半圆筒状电极18a、18b各自的对置间隙w0大于金属丝20的直径Φ1。另外，等离子产生电极18内部的金属丝输送通路30的长度R0能够按照往金属丝20表面形成碳膜的成膜条件适当设定。另外，等离子产生电极18的电极高度H0相对于金属丝20的长度L1来说长短均可。

相对于该对置间隙w0中金属丝20的供给口侧的对置间隙w0来说，金属丝20是从金属丝供给装置22经由导辊32从等离子产生电极18的供给口侧的对置间隙w0被送入到该等离子产生电极18内部。另外，在等离子产生电极18内部成膜了的金属丝20从等离子产生电极18的排出口侧的对置间隙w0排出来。从等离子产生电极18排出来的金属丝20经由导辊34被缠绕并收纳在金属丝收纳装置24中。

控制装置16对真空槽4内部的气体瓶6、调节回路8、排气控制阀10、真空排气系统12、电源14、28、输送马达24c进行控制。控制装置6能够由微机构成，将那些控制所必需的控制数据及控制程序存储在存储装置中，通过CPU进行自动控制。

另外，控制装置6也可以是由作业者参照控制一览表等手动控制成膜装置的装置。

以上构成中，如图4及图5所示，金属丝20被缠绕在金属丝供给装置22的金属丝缠绕轴22b上。该金属丝供给装置22能够在金属丝缠绕轴24b上缠绕了金属丝20的状态下装配在真空槽4中。

在上述装配状态下，若通过驱动金属丝供给装置22侧的马达25，而旋转驱动金属丝缠绕轴24b，则金属丝20从金属丝供给装置22侧经由导辊32从作为等离子产生电极18的金属丝供给口的对置间隙w0向等离子产生电极18内供给。再有，金属丝20被输送到内部的金属丝输送通路30，再从作为等离子产生电极18的金属丝排出口的对置间隙w0排出，最后经由导辊34被缠绕到金属丝收纳装置24的金属丝缠绕轴24b上。

以上的装配结束后，打开排气控制阀10，利用真空排气系统12将真空槽2的内压减压到真空状态。接下来，减小排气控制阀10的开度，降低真空槽2内的排气速度，在调节回路8的调节下从气体瓶6向真空槽2导入用于形成碳膜的气体，调节成规定的压力。其后，若对等离子产生电极18外加直流电源14，则在等离子产生电极18内部如图4的虚线32所示高密度产生由氢气形成的直流等离子，碳化氢气体被分解。其结果是，在通过等离子产生电极18内的金属丝输送通路30的金属丝20表面形成碳膜。上述中金属丝20连接直流电极28的负极，因此，金属丝20表面上的碳膜成膜速度上升。

图6表示从图4所示的等离子产生电极18侧面看的截面构成。如图6所示，若金属丝20从对置间隙w0被送入到等离子产生电极18内部，则从送入侧受到气体压力、气体流量、成膜时间等的控制，利用各半圆筒状电极18a1、18b1、18a2、18b2、18a3、18b3、18a4、18b4内部分别产生的等离子32a、32b、32c、32d在金属丝20表面形成碳膜20a。

以上，实施方式1中，能够利用等离子产生电极18内部产生的等离子32在依次输送来的金属丝20表面形成碳膜，因此带碳膜的金属丝20的批量生产性提高。从而，能够批量生产使用了带碳膜金属丝20的场致发射灯等真空设备。

(实施方式2)

参照图7A、图7B说明本发明的实施方式2的成膜装置。实施方式2的成膜装置2中，构成等离子产生电极18的多对半圆筒状电极18a、18b可以在金属丝20输送时如图7A所示保持那些对置间隙w0，而在往金属丝20上成膜时如图7B所示堵塞那些对置间隙w0，以使能够更有效地产生等离子。图7A的情况中，靠近金属丝供给装置22侧的对置间隙w0成为金属丝供给口，靠近金属丝收纳装置24侧的对置间隙w0成为金属丝排出口。

(实施方式3)

参照图8A、图8B说明本发明的实施方式3的成膜装置。实施方式3的成膜装置2中，如图8A～图8B所示，可以从等离子产生电极18的一端部侧开口部送入金属丝20，在金属丝20装配到规定位置时对其实施成膜处理，若该成膜处理结束，则如图8B～图8A所示，将金属丝20向等离子产生电极18外排出。

图8A、图8B中，等离子产生电极18的一侧开口部兼作金属丝供给口和金属丝排出口。

另外，省略了图示，不过，也可以以等离子产生电极18的两端部开口部中一端侧开口部作为金属丝供给口，向等离子产生电极18内部供给金属丝20，以另一端侧开口部作为金属丝排出口，将金属丝20向等离子产生电极18外部排出。

(实施方式4)

参照图9说明本发明的实施方式4的成膜装置。实施方式4的成膜装置2中，如图9所示，能够将金属丝供给装置22和金属丝收纳装置24沿箭头a、b方向往真空槽4上设置的开口部拆装。

该实施方式4中，容易往真空槽4上装配金属丝供给装置22和金属丝收纳装置24，能够提高成膜作业的效率、进而提高采用了该金属丝20的真空设备的批量生产性。

(适用例)

图10表示采用上述实施方式的成膜装置在导电性金属丝表面形成碳膜，以形成了该碳膜的金属丝作为冷阴极电子源的场致发射灯。该场致发射灯40是在纵向延伸的玻璃制灯管42内面形成带荧光体44的阳极46，在灯管42的管中央空中架设呈金属丝状延伸的阴极48。该金属丝阴极48是在作为导体的金属丝50表面上形成有上述碳膜52的结构。并且，在上述场致发射灯40中，通过对阳极46和阴极48之间外加高电压，从而从阴极48表面的碳膜52释放电场电子，该释放的电子与荧光体44电子碰撞，该荧光体44被激发而发光，向灯管42外发出照明光。

工业上的可利用性

本发明的成膜装置在以金属丝表面形成了用于电场电子释放的碳膜的结构作为冷阴极电子源使用、批量生产用于电场放射型真空设备的阴极金属丝时，作为在其金属丝表面形成碳膜的装置效果特别好。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种成膜装置，其在真空槽内配置电极，向真空槽内部导入碳膜成膜用的气体，并且对电极外加电压，将该气体等离子化，从而在基板表面上形成碳膜，上述成膜装置的特征在于，包括：

作为上述电极的筒状电极，其具有基板的供给口和排出口；

基板供给排出装置，其通过上述筒状电极的供给口向该筒状电极内部供给多个基板，并且将上述多个基板从该筒状电极的排出口排出，

上述筒状电极构成与直流电源的负极连接而在内部高密度地产生并封入等离子的筒状的等离子产生电极，在通过其内部的基板表面上形成电场电子释放用的碳膜。

2.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，

上述筒状电极的供给口和排出口是上述筒状电极的长度方向的端部开口。

3.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，

上述筒状电极的供给口和排出口是在该筒状电极的两侧面分别形成的开口。

4.根据权利要1～3中任意一项所述的成膜装置，其特征在于，

上述筒状电极相连设置多个，并且上述多个筒状电极各自的供给口和排出口沿着基板输送方向形成一列并连通。

5.根据权利要求4所述的成膜装置，其特征在于，

上述筒状电极由相互周方向两端部隔开规定间隙对置的两两一对的半筒状电极构成，

该两两一对的半筒状电极中的周方向一端侧的对置间隙为上述供给口，周方向另一端侧的对置间隙为上述排出口。

6.根据权利要求5所述的成膜装置，其特征在于，

上述两两一对的半筒状电极相连设置多对，并且上述多对半筒状电极各自的对置间隙沿着基板输送方向形成一列并连通。

7.根据权利要求5或6所述的成膜装置，其特征在于，

上述两两一对的半筒状电极相互的对置间隙在成膜时关闭、在输送时打开。

8.一种成膜装置，其在真空槽内配置电极，向真空槽内部导入碳膜成膜用的气体，并且对电极外加电压，将该气体等离子化，从而在基板上形成碳膜，上述成膜装置的特征在于，包括：

作为上述电极的筒状电极，其至少一端侧开口；

基板供给排出装置，其将上述筒状电极的上述开口作为基板的供给口和排出口，通过上述供给口和排出口相对于该筒状电极内部供给及排出多个基板，

上述筒状电极构成与直流电源的负极连接而在内部高密度地产生并封入等离子的筒状的等离子产生电极，在通过其内部的基板表面上形成电场电子释放用的碳膜。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的成膜装置，其特征在于，

上述基板供给排出装置包括：

向筒状电极的供给口供给基板的基板供给装置；

收纳从筒状电极的排出口排出的基板的基板收纳装置；

在筒状电极内部的供给口和排出口之间的基板输送路径上输送基板的基板输送装置。

10.根据权利要求9所述的成膜装置，其特征在于，

上述基板供给装置及基板收纳装置相对于真空槽拆装自如。

Claims (10)

1.一种成膜装置，其在真空槽内配置电极，向真空槽内部导入成膜气体，并且对电极外加电压，将该成膜气体等离子化，从而在基板上成膜，上述成膜装置的特征在于，包括：

作为上述电极的筒状电极，其具有基板的供给口和排出口；

基板供给排出装置，其通过上述筒状电极的供给口向该筒状电极内部供给多个基板，并且将上述多个基板从该筒状电极的排出口排出。

2.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，

上述筒状电极的供给口和排出口是上述筒状电极的长度方向的端部开口。

3.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，

上述筒状电极的供给口和排出口是在该筒状电极的两侧面分别形成的开口。

4.根据权利要1～3中任意一项所述的成膜装置，其特征在于，

上述筒状电极相连设置多个，并且上述多个筒状电极各自的供给口和排出口沿着基板输送方向形成一列并连通。

5.根据权利要求4所述的成膜装置，其特征在于，

上述筒状电极由相互周方向两端部隔开规定间隙对置的两两一对的半筒状电极构成，

该两两一对的半筒状电极中的周方向一端侧的对置间隙为上述供给口，周方向另一端侧的对置间隙为上述排出口。

6.根据权利要求5所述的成膜装置，其特征在于，

上述两两一对的半筒状电极相连设置多对，并且上述多对半筒状电极各自的对置间隙沿着基板输送方向形成一列并连通。

7.根据权利要求5或6所述的成膜装置，其特征在于，

上述两两一对的半筒状电极相互的对置间隙在成膜时关闭、在输送时打开。

8.一种成膜装置，其在真空槽内配置电极，向真空槽内部导入成膜气体，并且对电极外加电压，将该成膜气体等离子化，从而在基板上成膜，上述成膜装置的特征在于，包括：

作为上述电极的筒状电极，其至少一端侧开口；

基板供给排出装置，其将上述筒状电极的上述开口作为基板的供给口和排出口，通过上述供给口和排出口相对于该筒状电极内部供给及排出多个基板。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的成膜装置，其特征在于，

上述基板供给排出装置包括：

向筒状电极的供给口供给基板的基板供给装置；

收纳从筒状电极的排出口排出的基板的基板收纳装置；

在筒状电极内部的供给口和排出口之间的基板输送路径上输送基板的基板输送装置。

10.根据权利要求9所述的成膜装置，其特征在于，

上述基板供给装置及基板收纳装置相对于真空槽拆装自如。

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