CN103422060A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具备多个等离子枪且能够实现膜厚均匀化的成膜装置。所述成膜装置（1）具备多个等离子枪（5），并构成为具备在炉缸部（20）与被处理物配置部之间产生电位梯度的电位梯度产生部（7）。通过电位梯度产生部（7）而产生电位梯度，从而约束被离子化的成膜材料粒子的运动，改变被离子化的成膜材料粒子的能量及流束分布，调整附着于被处理物的成膜材料的厚度。

Description

成膜装置

技术领域

本申请主张基于2012年5月21日申请的日本专利申请第2012-115831号的优先权。其申请的所有内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种成膜装置。

背景技术

作为在被处理物的表面对成膜材料进行成膜的方法，已知有例如离子电镀法。在离子电镀法中，在真空容器（腔室）内使成膜材料离子化并扩散，以使成膜材料粒子附着于被处理物的表面，由此进行成膜（例如，参考专利文献1）。

专利文献1：日本特开2007-9309号公报

近年来，正在进行开发一种能够对比以往更大型的被处理物进行成膜的成膜装置。伴随着被处理物的大型化，对在腔室内具备有产生等离子体的多个等离子枪的成膜装置正在进行研究。具备多个等离子枪的成膜装置中，理想的是能够实现膜厚均匀化的装置。

为了控制被离子化后的成膜材料粒子的能量及流束分布，有如以下间接方法：改变成膜室的压力；改变流过炉缸部线圈的电流；改变流过离子枪的转向线圈的电流；及改变转向线圈的角度等，但是仍寻求进一步提高膜厚的精度。通过上述方法，在利用多个等离子枪对于在宽度方向上比以往更大尺寸的被处理物进行成膜时，很难找到用于生成低电阻率的透明导电膜的条件。

发明内容

本发明是为了解决这种问题而提出的，其目的在于提供一种具备多个等离子枪且能够实现膜厚均匀化的成膜装置。

本发明提供一种使成膜材料在腔室内离子化而扩散并附着于被处理物的成膜装置，所述成膜装置具备：多个等离子枪，在腔室内生成等离子体；炉缸部，配置有成膜材料；被处理物配置部，配置有被处理物；电位梯度产生部，在炉缸部与被处理物配置部之间产生电位梯度。

由于这种成膜装置具备有电位梯度产生部，因此在炉缸部与被处理物配置部之间能够产生电位梯度。从而能够改变被离子化的成膜材料粒子的能量及流束分布，能够调整附着于被处理物上的成膜材料的厚度。

在此，能够例举出如下结构，即电位梯度产生部具备在炉缸部与被处理物配置部之间生成电位差的电位差生成部和控制电位梯度的梯度控制部。通过电位差生成部在炉缸部与被处理物配置部之间生成电位差，而且梯度控制部控制电位梯度的结构，能够微调整被离子化后的成膜材料粒子的能量及流束分布。其结果，能够对附着于被处理物上的成膜材料的厚度进行高精度的调整。

也可以是如下结构，即电位差生成部具有一对电极，梯度控制部具有一对线圈，从被处理物配置部观察炉缸部时，一对电极以隔着炉缸部的方式进行配置，一对线圈在第2方向上对置配置，第2方向与一对电极所对置的第1方向交叉。具有这种结构的成膜装置中，通过以隔着被处理物的方式配置的一对电极而生成电位差，并且通过在与一对电极交叉的方向上对置的一对线圈能够控制电位梯度。通过控制一对电极之间的电压，能够调整被离子化的成膜材料粒子的能量及流束分布。通过一对线圈来控制振幅及频率，能够调整被离子化的成膜材料粒子的能量及流束分布。从而能够对附着于被处理物的成膜材料的厚度进行高精度的调整。

成膜装置也可以构成为，从被处理物配置部观察炉缸部时，一对线圈配置成使得第1方向与第2方向正交。具有该结构的成膜装置中，一对线圈对置方向与一对电极对置方向正交，相对于一对电极所形成的电场，能够形成合适的磁场，并且能够调整被离子化的成膜材料粒子的能量及流束分布。另外，所谓正交包括大致正交。

电位梯度产生部也可以为配置在被处理物配置部与等离子枪的转向线圈之间的结构。根据具有该结构的成膜装置，在被离子化的成膜材料粒子存在较多的区域能够产生电位梯度，能够改变被离子化的成膜材料粒子的能量及流束分布。

可以例举出如下结构，即以向连接炉缸部与被处理物的方向延伸的轴线作为旋转中心，电位梯度产生部相对于腔室能够旋转移动。具有该结构的成膜装置中，梯度控制部相对于电位差生成部能够旋转移动，因此能够改变相对于电场的磁力线的方向。能够控制被离子化的成膜材料粒子的运动。

发明效果

基于本发明，具备有多个等离子枪的成膜装置中，在腔室内产生电位梯度，改变被离子化的成膜材料粒子的能量及流束分布，由此能够实现膜厚的均匀化。能够提供可实施高品质成膜的成膜装置。

附图说明

图1是表示基于本发明的成膜装置的一实施方式结构的侧视截面图。

图2是沿图1示出的成膜装置的I-I线的侧视截面图。

图3是沿图1示出的成膜装置的II-II线的俯视截面图。

图4是表示阳极与阴极之间的电位梯度的曲线图。

图5是表示离子化成膜材料粒子的流束的图。

图中：1-成膜装置，2-主阳极，3-输送机构，5-等离子源（等离子枪），6-辅助阳极，6a-线圈，6b-永久磁铁，7-电位梯度产生部，7a-线圈（离子控制用线圈），7b-阳极（电位差生成部、离子控制用电极），7c-阴极（电位差生成部、离子控制用电极），10-真空容器，10a-输送室，10b-成膜室，11-被处理物，20-炉缸部，21-主炉缸，31-输送辊，32-被处理物保持部件，33-引导件，51-转向线圈，Ma-成膜材料，Mb-离子化成膜材料粒子，P-等离子体。

具体实施方式

以下，参考附图，对基于本发明的成膜装置的实施方式进行详细的说明。另外，附图说明中，对于相同的构件附加相同的标号，省略重复说明。

图1是表示基于本发明的成膜装置的一实施方式结构的侧视截面图。并且图2是沿图1示出的成膜装置1的I-I线的侧视截面图。图3是沿图1示出的成膜装置1的II-II线的俯视截面图。图1～图3中，为了便于说明，也示出了XYZ直角坐标系。本实施方式的成膜装置1为所谓离子电镀装置。

本实施方式的成膜装置1具备主阳极2、输送机构3（被处理物配置部）、等离子源5（等离子枪）、辅助阳极6、电位梯度产生部7及真空容器10（腔室）。

真空容器10具有：输送室10a，用于将作为成膜对象的被处理物11暴露于离子化成膜材料粒子Mb的同时进行传送；成膜室10b，用于使成膜材料Ma离子化并扩散；等离子口10g，将从等离子源5照射的等离子体P收容于成膜室10b内；进气口10d、10e，用于将氧等氛围气气体导入成膜室10b的内部；及排气口10f，排出成膜室10b内的残余气体。输送室10a向作为本实施方式的预定方向的输送方向（图中的箭头A）延伸，并配置于成膜室10b之上。本实施方式中，输送方向（箭头A）设定为X轴的正方向。并且真空容器10由导电性材料构成且与接地电位连接。

成膜室10b具有沿输送方向（箭头A）的一对侧壁10j及10k（参考图2）和沿与输送方向（箭头A）交叉的方向（Y轴方向）的一对侧壁10h及10i（参考图1）。侧壁10h配置在成膜室10b中的输送方向A的上游侧（即X轴负方向侧）。侧壁10i配置在成膜室10b中的输送方向A的下游侧（即X轴正方向侧）。

输送机构3在本实施方式中为配置有被处理物11的被处理物配置部。输送机构3将保持被处理物11的被处理物保持部件32以与成膜材料Ma的露出表面对置的状态向输送方向（箭头A）输送。输送机构3由设置在输送室10a内的多个输送辊31构成。输送辊31沿输送方向（箭头A）等间距排列并由引导件33（参考图2）支承为能够转动。输送辊31支承被处理物保持部件32的两端的同时能够向输送方向输送。另外，被处理物配置部并不限定于具备输送辊的输送机构。例如也可以具备保持作为被处理物的基板的基板保持部，以基板的板厚方向成为水平方向的方式，一边保持基板，一边输送基板。

被处理物11为具有向输送方向（箭头A）延伸的一对边（第1边及第2边）的平板状部件，例如为矩形状或向输送方向（箭头A）延伸的板状部件。作为被处理物11，可例示出例如玻璃基板或塑料基板。或者也可以将该板状部件上形成有机EL层等功能元件层而成的基板成品作为被处理物11。

等离子源5为压力梯度型，其主体部分设置于成膜室10b的侧壁（等离子口10g）。在等离子源5中生成的等离子体P从等离子口10g向成膜室10b内射出。等离子体P的射出方向通过设置于等离子口10g的转向线圈51来控制。

如图3所示，1个成膜室10b上设有多个（本实施方式中为3个）等离子源5。多个等离子源5沿被处理物11的宽度方向（Y轴方向）的方向排列配置。多个等离子源5配置在相同的侧壁10h上。另外，多个等离子源5也可以在对置的一对侧壁10h、10i上交替配置。例如，也可以将3个等离子源5中的Y轴方向上的中央的等离子源5设置于侧壁10i，将Y轴方向上的两侧的等离子源5设置于侧壁10h。等离子源5在X轴方向互不相同（图3表示的情况下，左右交替）配置。多个等离子源5也可以在沿被处理物11的长边方向（X轴方向、输送方向）排列配置。另外，多个等离子源5也可以为向Y轴方向排列且向X轴方向排列的结构。

成膜装置1中设置有多个炉缸部20（主阳极2及辅助阳极6）。多个炉缸部20对应于多个等离子源5而进行配置。多个炉缸部20沿被处理物11的宽边方向的方向（Y轴方向）排列配置。另外，多个炉缸部20也可以沿被处理物11的长边方向的方向（X轴方向，输送方向）排列设置。并且多个炉缸部20也可以为向Y轴方向及X轴方向这两个方向排列的结构。

主阳极2为用于保持成膜材料Ma的部分。主阳极2设置在真空容器10的成膜室10b内，相对于输送机构3配置于Z轴方向的负方向。主阳极2具有将从等离子源5射出的等离子体P引向成膜材料Ma的主炉缸21。主炉缸21相对于作为接地电位的真空容器10保持正电位并吸引等离子体P。该等离子体P入射的主炉缸21的中央部形成有用于装填成膜材料Ma的贯穿孔。并且成膜材料Ma的顶端部分从该贯穿孔露出。

作为成膜材料Ma，例示出ZnO等透明导电材料或SiON等绝缘密封材料。当成膜材料Ma由绝缘性物质构成的情况下，如果等离子体P照射到主炉缸21，则主炉缸21通过来自等离子体P的电流而被加热，成膜材料Ma的顶端部分蒸发。并且当成膜材料Ma由导电性物质构成的情况下，如果等离子体P照射到主炉缸21，则等离子体P直接入射于成膜材料Ma，成膜材料Ma的顶端部分被加热并蒸发。蒸发后的成膜材料Ma通过等离子体P被离子化而成为离子化成膜材料粒子Mb。离子化成膜材料粒子Mb向成膜室10b内扩散的同时，向成膜室10b的上方（Z轴正方向）移动，在输送室10a内附着于被处理物11的表面。另外，成膜材料Ma被从主阳极2的下方顶出，以便其顶端部分能够始终维持预定位置。另外，成膜材料Ma由绝缘性物质构成的情况下，如果等离子体P照射到主炉缸21，则主炉缸21通过来自等离子体P的电流而被加热，成膜材料Ma的顶端部分蒸发，通过等离子体P而被离子化的成膜材料粒子Mb向成膜室10b内扩散。

辅助阳极6为用于感应等离子体P的电磁铁。辅助阳极6配置在保持成膜材料Ma的主炉缸21的周围，具有环状容器及收容于该容器内的线圈6a及永久磁铁6b。线圈6a及永久磁铁6b根据流过线圈6a的电流量而控制入射到主炉缸21的等离子体P的朝向。

电位梯度产生部7使得在成膜室10b内产生电位梯度。电位梯度产生部7在Z轴方向上在主炉缸21与被处理物11（输送机构3、被处理物配置部）之间产生电位梯度。电位梯度产生部7具有一对线圈7a及一对电极7b、7c。成膜装置1中设置有多个电位梯度产生部7。多个电位梯度产生部7对应配置于多个炉缸部20。关于多个炉缸部20中的每一个，相对于1个炉缸部20设有1个电位梯度产生部7。本实施方式中，相对于全部的炉缸部20分别设置电位梯度产生部7，但是例如也可以构成为，例如相对于多个炉缸部20中的1个炉缸部20设有电位梯度产生部7。

一对线圈7a为控制电位梯度的梯度控制部。一对线圈7a例如在X轴方向上对置配置。一对线圈7a配置在成膜室10b的侧壁10h、10i的外侧。一对线圈7a也可以配置在其它位置。一对线圈7a例如也可以配置在输送室10a的顶板外侧。线圈7a也可以配置成线圈7a的中心轴L7a相对于X轴倾斜。由一对线圈7a产生的磁力线（磁场B）在成膜室10b内形成于被处理物11的表面侧（成膜面侧）。

一对电极7b、7c为在主炉缸21与被处理物11之间生成电位差的电位差生成部。一对电极7b、7c在Y轴方向上（从被处理物配置部观察炉缸部的情况下）隔着炉缸部20而配置。一对电极7b、7c上连接有直流电源7d。一对电极7b、7c由阳极7b及阴极7c构成。如图3所示，从等离子源5侧观察时，阳极7b配置在左侧，从等离子源5侧观察时，阴极7c配置在右侧。

一对电极7b、7c在Z轴方向上配置在成膜室10b内的被处理物11侧。一对电极7b、7c在Z轴方向上既可以配置在与一对线圈7a相同的位置上，在Z轴方向上也可以配置在不同的位置上。线圈7a及电极7b、7c在Z轴方向上配置在输送机构3与等离子源5之间。线圈7a或电极7b、7c也可以配置在比等离子源5更靠近主炉缸21侧。

一对线圈7a在第2方向（本实施方式中为X轴方向）上对置配置，第2方向与一对电极7b、7c所对置的第1方向（本实施方式中为Y轴方向）交叉。本实施方式中，线圈7a及电极7b、7c配置成使第1方向与第2方向正交。也可以是如下结构，即从Z轴方向观察时，线圈7a及电极7b、7c配置成使第1方向与第2方向以其他角度正交。

成膜装置1也可以构成为，以向Z轴方向延伸的旋转轴线作为旋转中心，电位梯度产生部7能够相对于真空容器10旋转移动。成膜装置1也可以构成为，以向Z轴方向延伸的旋转轴线作为旋转中心，一对线圈7a能够相对于一对电极7b、7c旋转移动。例如作为具备能够绕旋转轴线旋转的旋转台的结构，通过在该旋转台上设置一对线圈7a，能够使一对线圈7a旋转移动。

接着，对使用成膜装置1的成膜方法进行说明。首先将成膜材料Ma装入配置在主阳极2上的主炉缸21，并且将保持有被处理物11的被处理物保持部件32配设于输送机构3。然后将真空容器10内保持成真空。

接着，隔着处于接地电位的真空容器10，向等离子源5施加负电压，向主阳极2施加正电压而产生放电，并生成等离子体P。等离子体P由辅助阳极6引导而对主阳极2进行照射。本方法中，向X轴方向输送被处理物保持部件32的同时，如此向主阳极2照射等离子体P。暴露于等离子体P的主阳极2内的成膜材料Ma逐渐被加热。如果成膜材料Ma被充分加热，则成膜材料Ma蒸发而被离子化，成为离子化成膜材料粒子Mb而向成膜室10b内扩散。向成膜室10b内扩散的离子化成膜材料粒子Mb在成膜室10b内向Z轴方向的正方向上升，朝向被处理物11飞行。

在此，成膜装置1通过电位梯度产生部7在主炉缸21与输送机构3之间产生电位梯度。电位梯度产生部7使电流流过一对线圈7a，在成膜室10b内形成磁场。电位梯度产生部7使电流流过一对电极7b、7c，在一对电极7b、7c之间生成电位差。

图4为表示一对电极（阳极7b、阴极7c）之间的电位梯度的曲线图。图4中用虚线表示的曲线图G1示出一对线圈7a未被通电的状态下一对电极7b、7c之间的电位梯度。这样在一对线圈7a未被通电的状态下，而且等离子体P中未形成磁场的状态下，随着从阳极7b靠近阴极7c，电位不变且大致恒定，临近阴极7c的电位降低。阳极7b与阴极7c之间的大部分区域的电位恒定，只有临近阴极7c的电位降低。

图4中用实线表示的曲线图G2示出电流流过一对线圈7a的状态下一对电极7b、7c之间的电位梯度。这样一对线圈7a被通电的状态下，而且等离子体P中形成磁场的状态下，随着从阳极7b靠近阴极7c，电位开始降低，临近阴极7c的电位降低比例变大。在阳极7b和阴极7c之间的大部分区域电位降低。该状态下，离子化成膜材料粒子Mb以引向阴极7c侧的方式改变前进方向。

本实施方式的成膜装置1通过使电流流过一对线圈7a而形成磁场，通过该磁场来捕获等离子体中的电子，从而在等离子体中能够形成电场。因此一对电极7b、7c产生电位梯度，受该电位梯度的影响，能够改变离子（离子化成膜材料粒子Mb）的能量分布及流束分布。通过电位梯度，离子被引向阴极侧，因此能够相应地改变能量分布及流束分布，由此能够控制附着于被处理物11的离子化成膜材料粒子Mb的附着量，实现膜厚的均匀化。

通常，通过电极而产生的电场在等离子体中被屏蔽德拜长度左右。如上所述，本实施方式的成膜装置1具备电位梯度产生部7，在等离子体中形成磁场，因此根据磁场来约束电子的移动，电场渗透到等离子体P的内部。成膜装置1通过渗透于等离子体P中的电场能够控制被离子化的成膜材料粒子Mb的能量及流束分布。根据电位梯度产生部7使离子化成膜材料粒子Mb加速或减速，由此控制离子化成膜材料粒子Mb的能量。

图5为表示离子化成膜材料粒子Mb的流束的一例的图。图5中示出使电位梯度产生部7工作之前的离子化成膜材料粒子Mb的流束。离子化成膜材料粒子Mb的流束分布为从炉缸部20向Z轴方向前进并向Y轴方向扩散。离子化成膜材料粒子Mb例如倾向图中的左右方向前进，离子化成膜材料粒子Mb的流束分布中产生偏离。从多个炉缸部20供给离子化成膜材料粒子Mb的区域中，离子化成膜材料粒子Mb变多（浓密）。

本实施方式的成膜装置1具备有电位梯度产生部7并能够产生电位梯度，因此能够改变离子化成膜材料粒子Mb的流束分布及能量。成膜装置1中能够将离子化成膜材料粒子Mb从离子化成膜材料粒子Mb较多的（浓密）一侧引向较少的（稀薄）一侧。由此使离子化成膜材料粒子Mb的流束分布均匀化，能够调整附着于被处理物11的成膜材料的厚度。

由于成膜装置1能够容易变更电位梯度，因此能够容易找到使膜厚均匀化的条件。例如通过控制一对电极7b、7c的电压，或者控制供给到一对线圈7a的交流电流的振幅和频率，能够容易地设定使膜厚均匀化的条件。其结果，能够实现提高成膜制品的品质。

并且通过使作为一对电极7b、7c的阳极及阴极的作用颠倒过来，能够对应于等离子源5的不同配置。

以上，根据其实施方式具体说明了本发明，但是本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式中，电位梯度产生部7构成为具备一对线圈7a，但是也可以构成为具备永久磁铁来代替一对线圈7a。

上述实施方式中，被处理物11具有通过炉缸部20的上方的结构，但是位置关系并不限定于此。例如也可以是炉缸部20与被处理物11在水平方向上对置配置的结构。

输送机构3并不限定于具备输送辊并载置被处理物11而进行输送的输送机构。也可以构成为通过专用保持具从上方一边支承被处理物，一边进行输送。也可以是不具备输送机构3的成膜装置。

上述实施方式中，成膜装置1为离子电镀装置，但也可以是使用EB（离子束）蒸镀法等其它蒸镀法的成膜装置。

Claims (6)

1.一种成膜装置，其使成膜材料在腔室内离子化而扩散并附着于被处理物，其特征在于，所述成膜装置具备：

多个等离子枪，在所述腔室内生成等离子体；

炉缸部，配置有所述成膜材料；

被处理物配置部，配置有所述被处理物；及

电位梯度产生部，在所述炉缸部与所述被处理物配置部之间产生电位梯度。

2.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，

所述电位梯度产生部具备：

电位差生成部，在所述炉缸部与所述被处理物配置部之间生成电位差；及

梯度控制部，控制所述电位梯度。

3.根据权利要求2所述的成膜装置，其特征在于，

所述电位差生成部具有一对电极，

所述梯度控制部具有一对线圈，

从所述被处理物配置部观察所述炉缸部时，

所述一对电极以隔着所述炉缸部的方式配置，

所述一对线圈在第2方向上对置配置，其中所述第2方向与所述一对电极所对置的第1方向交叉。

4.根据权利要求3所述的成膜装置，其特征在于，

从所述被处理物配置部观察所述炉缸部时，

所述一对线圈配置成使所述第1方向与所述第2方向正交。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的成膜装置，其特征在于，

所述电位梯度产生部配置在所述被处理物配置部与所述等离子枪的转向线圈之间。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的成膜装置，其特征在于，

以向连接所述炉缸部与所述被处理物的方向延伸的轴线作为旋转中心，所述电位梯度产生部相对于所述腔室能够旋转移动。

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