CN101560643A - 等离子体产生设备、沉积设备和沉积方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种等离子体产生设备、沉积设备和沉积方法，其从等离子体枪(20)发射等离子体束(25)并且之后通过布置成将等离子体束(25)夹在中间的一对相对的第一磁体(27、29)而使发射的等离子体束(25)变形。该等离子体产生设备包括布置在等离子体枪(20)和第一磁体(27、29)之间的至少一个第二磁体(11)，第二磁体包括等离子体束(25)通过的孔(12)以及从孔沿着与等离子体束(25)垂直的方向向外延伸的磁体部分，并且形成具有从孔(12)到达外部或者从外部到达孔(12)的磁力线的磁场。至少一个第二磁体(11)使发射的等离子体束集中。

Description

等离子体产生设备、沉积设备和沉积方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种等离子体产生设备、使用该等离子体产生设备的沉积设备以及使用该沉积设备的沉积方法。
背景技术
[0002]近年来，对于大量生产诸如液晶显示器(LCD)或等离子体显示器面板(PDP)的使用大显示器基板的显示器装置有很强的需求。
[0003]在形成诸如用于诸如LCD或PDP的大显示器基板的透明导体ITO膜或作为前面板上的电极保护膜的MgO膜之类的薄膜中，为了显示器的更高的生产率和更高的分辨率，离子电镀方法作为代替电子束沉积方法或溅射方法的沉积方法引起了注意。
[0004]这是因为离子电镀方法具有诸如高沉积速率、形成高密度膜、以及大处理余量多种优点，以及能够通过由磁场控制等离子体束而在大基板上进行沉积。在离子电镀方法中，空心阴极式离子电镀方法尤其期望用于在大显示器基板上进行沉积。
[0005]关于空心阴极式离子电镀方法，日本专利特开No.9-78230公开了使用一种压力梯度式等离子体枪(UR式等离子体枪)作为等离子体产生机构。
[0006]UR式等离子体枪包括空心阴极和多个电极。该等离子体枪接收Ar气以产生高密度等离子体。多个不同的磁场改变等离子体束的形状和轨道并将该等离子体束引导到沉积室。由等离子体枪产生的等离子体束经过将等离子体束夹在中间的相对的永久磁体之间。于是，等离子体束变形成例如平散布等离子体束。
[0007]日本专利特开No.9-78230还公开了一种用平散布等离子体束在较宽范围内照射挥发性材料盘上的挥发性材料的方法。
[0008]根据日本专利特开No.9-78230，在等离子体束在较宽范围内照射挥发性材料盘上的挥发性材料(例如MgO)时，可以广泛形成蒸发源，使得在较宽的基板上能够沉积膜。
[0009]然而，借助日本专利特开No.9-78230中所公开的传统的沉积设备，不能得到足够的沉积速率。
[0010]当需要较高的沉积速率时，较高的功率被供应至产生等离子体束的等离子体枪，并且得到进入挥发性材料盘上的MgO表面的较高能量密度的等离子体束。
[0011]然而，如果供应至等离子体枪的功率过高，等离子体枪中的可消耗部件较快地消耗。于是，等离子体枪的维护周期缩短，不利地影响生产力。为此，由于有缩短等离子体枪的维护周期的风险而不能供应较高的功率。因此，难于增加沉积速率。
[0012]等离子体束中的电极由于待产生的等离子体束的较高的放电阻抗而可以具有较高的能量，并因此可以增加沉积速率。为了增加放电阻抗，例如，必须减小膜形成期间的压力，或者必须减小待引入到等离子体枪中的Ar气的流量。
[0013]因为在膜形成期间气体的流量大大影响等离子体的状态，所以气体必须一直稳定地被引入。也为了排除任何不稳定的处理条件，降低Ar气的流量的方案不能在生产中采用。
发明内容
[0014]本发明的目的是提供一种等离子体产生设备、沉积设备和沉积方法，其在不增加供应至等离子体枪的功率、减少膜形成期间的压力、或降低待引入到等离子体枪中的Ar气的流量的情况下而能够提高沉积速率。
[0015]根据本发明，提供了一种等离子体产生设备，该等离子体产生设备从等离子体枪发射等离子体束并且之后通过布置成将等离子体束夹在中间的一对相对的第一磁体而使发射的等离子体束变形，所述设备包括布置在所述等离子体枪和所述第一磁体之间的至少一个第二磁体，所述至少一个第二磁体包括所述发射的等离子体束通过的孔以及从所述孔沿着与所发射的等离子体束垂直的方向外向延伸的一个第二磁体的磁体部分，并且所述至少一个第二磁体形成的磁场包括从所述孔到达外部或者从外部到达所述孔的磁力线，其中所述至少一个第二磁体使所发射的等离子体束集中。
[0016]本发明可以提供一种等离子体产生设备、沉积设备和沉积方法，其可以在不增加供应至等离子体枪的功率、减少膜形成期间的压力、或降低待引入到等离子体枪中的Ar气的流量的情况下提高沉积速率。
[0017]本发明的其它特征将从以下参照附图的典型实施例的说明而变得清楚。
附图说明
[0018]图1是用于解释根据本发明的等离子体产生设备和使用其的沉积设备的示例的侧视图；
[0019]图2是用于解释根据本发明的等离子体产生设备和使用其的沉积设备的示例的俯视图；
[0020]图3是用于解释根据本发明的等离子体产生设备和使用其的沉积设备的示例的透视图；
[0021]图4A、4B和4C是示出本发明的第二磁体的示例的视图。
具体实施方式
[0022]以下将参照附图说明本发明的实施例。
[0023]图1是本发明的沉积方法中采用的沉积设备10的示例的侧视图。图2是图1中所示的沉积设备10的俯视图。图2示出从图1中的箭头X的方向看到的状态，并且图1示出从图2中的箭头Y的方向看到的状态。
[0024]容纳挥发性材料31的盘32布置在沉积设备10的沉积室30中的下部处。沉积室30可以被抽成真空。进行沉积的基板33(例如，用于显示器的大玻璃基板)布置在沉积室30中的上部处以与挥发性材料盘32相对。当连续地使用挥发性材料31在基板33上形成膜时，基板33由基板支架(未示出)支持的同时在距盘32预定距离处被连续地运输，如箭头43指示。
[0025]在图1和2中所示的实施例中，布置在沉积室30的外部的等离子体枪20具有空心阴极21、电极磁体22和电极线圈23，并且所述等离子体枪20布置成沿着几乎水平的轴线与它们同轴。
[0026]将等离子体束引入到沉积室30中的无芯线圈26设置在电极线圈23的下游(沿着等离子体束行进的方向)
[0027]将等离子体束25夹在中间且形成一对相对的永久磁体的第一磁体27和29布置在线圈26的下游。等离子体束25通过由第一磁体27和29形成的磁场。当经过时，等离子体束25形成平等离子体束28。第一磁体包括一对磁体或多对磁体。
[0028]虽然第一磁体27和29在图1和2中所示的示例中布置在沉积室30中，但它们也可以布置在沉积室30的外部。
[0029]在本发明的沉积设备10中，在由等离子体枪20朝沉积室30发射、且通过电极线圈23的等离子体束25通过使等离子体束25变平的第一磁体27和29之间之前，该等离子体束25通过布置在等离子体枪20与第一磁体27和29之间的至少一个第二磁体11的孔12，以便使其集中。
[0030]第二磁体具有等离子体束25通过的孔12以及从孔12沿着与等离子体束25垂直的方向向外延伸的磁体部分，并且所述第二磁体产生从孔12到达外部或者从外部到达孔12的磁力线。环形永久磁体可以用作第二磁体11。第二磁体11使等离子体束25集中在它的孔12中而不会干涉通过孔12的等离子体束25的行进。因此，第二磁体11可以包括一个环形磁体或多个磁体。
[0031]因此，例如，通过使用具有孔12的环形传导构件可以得到具有均匀磁通密度的第二磁体11，等离子体束25通过所述孔12，如图3和4A所示。此时，第二磁体11具有磁极，以便使环形传导构件的内侧形成N极且其外侧形成S极，或反之亦然。可以根据电极磁体22和电极线圈23的极性选择任一磁极结构。
[0032]借助该结构，通过孔12的等离子体束25被集中。
[0033]当等离子体束25的热等使温度升高时，可能会不利地影响第二磁体11的磁性特征。为防止这样，诸如水的冷却剂流过用于第二磁体11的支承部。
[0034]当如上所述的第二磁体11布置在等离子体枪20与第一磁体27和29之间时，由第二磁体11形成的磁场能够最终增加等离子体束25的放电阻抗。
[0035]作为第二磁体11，代替布置一个环形磁体(如图4A中所示)，多个永久磁体可以绕作为中心的等离子体束25点对称性地布置(如图4B所示)。在该情况下，环形地布置的多个永久磁体可以固定到由铜等制成的传导构件，并且在传导构件中可以形成孔。
[0036]作为第二磁体11，多个电磁体可以绕作为中心的等离子体束25点对称性地布置(如图4C所示)。在该情况下，环形地布置的多个电磁体可以固定到由铜等制成的传导构件，并且在传导构件中可以形成孔。
[0037]支承多个永久磁体或电磁体的传导构件可以具有由诸如水的冷却剂流过的通道。
[0038][示例1]
将针对其中使用图1和2所示的沉积设备10沉积氧化镁(MgO)的情况来说明膜沉积方法的示例。
[0039]当在基板33上形成膜时，挥发性材料31被放在盘32中。基板支架(未示出)支持待进行沉积的基板33。沉积室30的内部如箭头42指示被抽空并设置成预定真空度。同时，氧气作为反应气体被供应至沉积室30中，如箭头41指示。
[0040]在该状态中，Ar气作为等离子体气体被引入到等离子体枪20中，如箭头40指示。由等离子体枪20产生的等离子体束25通过由第二磁体11形成的磁场的作用而集中并被引入到沉积室30中。引入的等离子体束25通过由两对第一磁体27和29分别形成的磁场。等离子体束25在通过两对第一磁体27和29时变形成平等离子体束28。
[0041]平等离子体束28由布置在挥发性材料盘32下方的阳极磁体34所形成的磁场偏转，并且被引到挥发性材料31上，而加热挥发性材料31。结果，挥发性材料31的被加热部分蒸发并到达由基板支架(未示出)支持且沿箭头43的方向运动的基板33，由此在基板33的上表面上形成膜。
[0042]沉积条件如下：
挥发性材料：    氧化镁(MgO)
膜的厚度：      12000
Figure A20091013488800081
放电压力：      0.1Pa
Ar流量：        11sccm(0.18ml/sec)
O2流量：        400sccm(6.7ml/sec)
沉积速率：175
Figure A20091013488800082
/sec
结果，等离子体具有较高的放电阻抗，同时稳定了维持等离子体所需的Ar气的流量(这是沉积过程的重要条件)。因此，在未增加供应至等离子体枪20的功率的情况下，沉积速率比其中未采用第二磁体11的情况的沉积速率提高了30％。
[0043][示例2]
在本发明的真空沉积设备10中采用的第二磁体11的集成磁场上进行模拟。其结果与其中未采用第二磁体的情况比较。
[0044]结果，当与其中未采用第二磁体的情况比较时，通过第二磁体11的等离子体束25集中到大约60％。
[0045]模拟所采用的第二磁体11(环形永久磁体)的形状和磁性特征如下：
尺寸 内径：      60(mm)
     外径：      80(mm)
     厚度：      10(mm)
矫顽力(H)：11750(Oe)
残余磁通密度(Br)：13900(高斯)
根据本发明的沉积方法适于在例如等离子体显示器面板的制造中的大基板上进行沉积。
[0046]虽然已经参照典型实施例说明本发明，但应理解本发明不限制于所公开的典型实施例。下述权利要求的范围将与最广泛解释一致，从而包含所有这些修改和等同结构以及功能。

Claims (6)

1.一种等离子体产生设备，其从等离子体枪发射等离子体束并且之后通过布置成将所述等离子体束夹在中间的一对相对的第一磁体而使所发射的等离子体束变形，所述等离子体产生设备包括：
布置在所述等离子体枪和所述第一磁体之间的至少一个第二磁体，所述至少一个第二磁体包括所发射的等离子体束通过的孔以及从所述孔沿着与所发射的等离子体束垂直的方向向外延伸的磁体部分，并且所述至少一个第二磁体形成的磁场包括从所述孔到达外部或者从外部到达所述孔的磁力线，
其中所述至少一个第二磁体使所发射的等离子体束集中。
2.根据权利要求1所述的等离子体产生设备，其中所述第二磁体包括形成为使得在所述孔中具有相同磁极的环形永久磁体和环形电磁体之一。
3.根据权利要求1所述的等离子体产生设备，其中所述第二磁体由冷却剂流过的传导构件支承。
4.一种用于在沉积靶上形成膜的沉积设备，其包括根据权利要求1至3中任一项所述的等离子体产生设备。
5.一种使用根据权利要求4所述的沉积设备在沉积靶上形成膜的沉积方法。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所形成的膜包括MgO膜。
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