CN103597913A

CN103597913A - 等离子体发生装置、以及蒸镀装置和蒸镀方法

Info

Publication number: CN103597913A
Application number: CN201380001628.7A
Authority: CN
Inventors: 古屋英二; 赤野真也
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: TW201348480A; JP5968666B2; EP2838324A4; US20140158047A1; WO2013153864A1; KR20140143072A; TWI604077B; EP2838324A1; CN103597913B; KR101953930B1; JP2013218881A

Abstract

本发明提供一种能够形成适用于等离子体辅助法的等离子体的等离子体发生装置。该等离子体发生装置的特征在于，包括：腔室（2）；等离子体枪（3），该等离子体枪（3）设置成朝向腔室（2）的内部，且具有放出电子的阴极（7）、和形成对阴极（7）所放出的电子进行引导的磁通的收束线圈（11）；以及辅助磁铁（4），该辅助磁铁（4）在腔室（2）的内部形成磁通，而且，对收束线圈（11）施加使磁通的方向发生变动的励磁电流。

Description

等离子体发生装置、以及蒸镀装置和蒸镀方法

技术领域

本发明涉及等离子体发生装置、以及蒸镀装置和蒸镀方法。

背景技术

已知有采用形成等离子体来促进蒸镀这一等离子体辅助法的蒸镀装置。在采用等离子体辅助法的情况下，若将玻璃基板等被蒸镀物体放置在等离子体附近，则会导致被蒸镀物体过热而在其表面发生离子溅射，导致在由蒸镀所形成的膜中产生缺陷。

等离子体枪通常具有收束线圈，用于形成对所放出的电子进行引导的磁通。因此，在专利文献1和专利文献2所记载的蒸镀装置中，用磁铁使收束线圈所形成的磁通弯曲，或者形成弯曲的合成磁场，从而在蒸镀原料的坩锅附近形成等离子体。然而，如果被蒸镀物体与等离子体之间的距离变大，则导致导致蒸发的原料的活性降低，以使成膜质量变差。

现有专利文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平7-76770号公报

专利文献2：日本专利特开2001-295031号公报

发明内容

发明所要解决的问题

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够形成适合于等离子体辅助法的等离子体的等离子体发生装置、以及利用等离子体辅助法能够高质量地成膜而不会在蒸镀膜中产生缺陷的蒸镀装置和蒸镀方法。

解决问题的技术方案

为了解决上述问题，本发明的等离子体发生装置包括：腔室；等离子体枪，该等离子体枪设置成面向所述腔室的内部，且具有放出电子的阴极、和形成对所述阴极放出的电子进行引导的磁通的收束线圈；以及辅助磁铁，该辅助磁铁在所述腔室内形成磁通，对所述收束线圈施加使磁通的方向发生变动的励磁电流。

根据上述结构，随着励磁电流的电流变化，收束线圈所形成的磁通与辅助磁铁所形成的磁通构成的合成磁通的路径会发生变化。由此，等离子体的形成范围弯曲或伸长，以使得等离子的形成范围发生移动，典型的是接近或远离辅助磁铁。由此，通过使等离子体移动，能够避免因等离子体的范围固定而导致被蒸镀物体过热等的不良情况。

另外，在本发明的等离子体发生装置中，所述等离子体枪是在所述阴极与所述收束线圈之间具有第一电极和第二电极的压力梯度型等离子体枪，所述第二电极在内部配置有电极内线圈，该等离子体发生装置对所述电极内线圈施加与所述励磁电流同步变动的极内电流。

根据上述结构，由于电极内线圈所形成的磁通的方向与收束线圈所形成的磁通的方向同步，因此，阴极放出的电子容易被收束线圈所形成的磁通捕获，从而使电子的移动稳定。因此，用于稳定地产生等离子体的励磁电流的变化的容许度较高，等离子体发生范围能迅速地跟踪电流变动而进行移动。

另外，在本发明的等离子体发生装置中，所述励磁电流与所述极内电流具有同相位的周期相似的波形，所述励磁线圈与所述电极内线圈形成相同极性的磁通。

根据上述结构，通过使励磁线圈与电极内线圈的极性完全一致，能够使电子的移动稳定，并且能够用由同一电源或同一控制信号进行控制的电路来产生励磁电流和极内电流，因此结构简单。

另外，在本发明的等离子体发生装置中，将所述辅助磁铁设置在所述腔室的与所述等离子体枪相反一侧的外侧，并使磁极的方向与所述等离子体枪的轴相交。

根据上述结构，辅助磁铁使合成磁通弯曲至远离等离子体枪的轴的程度，因此，能够使等离子体发生范围容易地摆动。

另外，本发明的蒸镀装置的第一种方式是包括所述等离子体发生装置中的任一种。

另外，本发明的蒸镀装置的第二种方式是通过向保持被蒸镀物体的腔室内放出电子来形成等离子体并进行蒸镀的蒸镀装置，在对所述腔室内放出的电子进行引导的磁通的路径发生变化的同时进行蒸镀。

另外，本发明的蒸镀方法是通过向保持被蒸镀物体的腔室内放出电子来形成等离子体，在对所述腔室内放出的电子进行引导的磁通的路径发生变化的同时进行蒸镀。

根据这些蒸镀装置和蒸镀方法，既能防止蒸镀被膜因被蒸镀物体过热而产生缺陷，又能够提高蒸发原料的活性，从而提高蒸镀被膜的品质。

发明效果

如上所述，根据本发明，通过改变对电子进行引导的磁通的路径，能够使等离子体的发生范围移动，从而起到调节等离子体的作用。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的蒸镀装置的简要结构图。

图2是表示本发明的实施方式2的蒸镀装置的简要结构图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1示出了本发明的实施方式1的蒸镀装置1的结构。蒸镀装置1包括：其内部能够真空排气的腔室2；配置成从设置于腔室2的侧壁的开口朝向腔室2内部的压力梯度型等离子体枪3；以及设置在腔室2的与等离子体枪3相反一侧的侧壁的外侧、且由永磁铁构成的辅助磁铁4。

腔室2在其内部空间的上部能够保持要在表面蒸镀金属的被蒸镀物体、即玻璃基板5，在其底部配置有用于熔解蒸镀原料的坩锅6。

等离子体枪3包括：放出电子的阴极7；沿着电子轨道形成电位梯度的第1电极8和第2电极9；回收阴极7所放出的电子的回收电极10；以及形成对阴极7所放出的电子进行引导的磁通的收束线圈11。第1电极8是在其内部收纳了永磁铁12的中空环状电极。第2电极9是在其内部收纳了由空芯线圈形成的极内线圈13的中空环状电极。等离子体枪3使例如氩气这样的经电离而形成等离子体的气体，通过阴极7、第1电极8、第2电极9、回收电极10、以及收束线圈11的中心而喷射出。

等离子体枪3还包括：由逆变器构成的极内励磁电源14，该极内励磁电源14用于向第2电极9的极内线圈13施加交流电流即极内电流；由逆变器构成的收束励磁电源15，该收束励磁电源15用于向收束线圈11施加交流电流即励磁电流；以及控制极内励磁电源14和收束励磁电源15的控制装置16。极内励磁电源14和收束励磁电源15的绕组方向相同，即对所施加的电流而产生的磁通的方向相同。另外，本实施方式中，控制装置16控制极内励磁电源14和收束励磁电源15，使它们以同一频率输出同相位且同步的周期性正弦波电流。

将辅助磁铁4设置成偏离等离子体枪3的中心轴，且使两极间的方向与等离子体枪3的中心轴正交，具体而言，使S极朝向等离子体枪3的中心轴的方向。

当收束线圈11形成使腔室2侧变成N极的磁通时，则收束线圈11所形成的磁通被拉向辅助磁铁4。即，收束线圈11所形成的磁通与辅助磁铁4所形成的磁通构成的合成磁场发生弯曲，从等离子体枪3的中心轴偏向辅助磁铁4。由于等离子体枪3放出的电子被磁通束缚着移动，因此，对等离子体枪3喷射出的气体进行电离而形成等离子体的范围也如图中用单点划线表示的范围A1所示的那样，向辅助磁铁4一侧弯曲。

当收束线圈11形成使腔室2侧变成S极的磁通时，则收束线圈11所形成的磁通与辅助磁铁4所形成的磁通相互排斥，因此，无法形成对等离子体枪3放出的电子进行引导的连续的磁通。因此，电子将不被磁通所引导，而是大致沿着等离子体枪3的中心轴直行，在大致沿着等离子体枪3的中心轴的区域中如图中双点划线表示的范围A2所示的那样，形成等离子体。另外，利用收束线圈11所形成的磁通与辅助磁铁4所形成的磁通之间的平衡，等离子体的形成范围有时会远离辅助磁铁4。

因此，若利用收束励磁电源15对收束线圈11施加交流的励磁电流，则等离子体的形成范围会与励磁电流同步地摆动。即，腔室2内的等离子体以与施加到收束线圈11上的励磁电流相同的周期，反复地接近和远离玻璃基板5。

由此，蒸镀装置1通过使等离子体周期性地远离玻璃基板5，能够降低玻璃基板5从等离子体受到的热量。这样，能够防止蒸镀被膜因玻璃基板5的温度过度上升而产生缺陷。同时，通过使将蒸发的蒸镀原料分子激活的等离子体周期性地接近玻璃基板5，能够提高膜质和成膜效率。

另外，由于等离子体枪3对第2电极9的极内线圈13施加与励磁电流同步的极内电流，因此，极内线圈13所形成的磁通与收束线圈11所形成的磁通成为一体，形成贯穿等离子体枪3内部的合成磁通。因此，阴极7放出的电子在等离子体枪3的内部被收束线圈11及极内线圈13所形成的磁通所捕获，在放出到腔室2内之后仍沿着收束线圈11的磁通前行。由此，电子的移动路径能够灵敏地跟踪收束线圈11的磁通变化，从而使等离子体的形成范围稳定地摆动。

另外，在等离子体枪3起动之后，阴极7的温度立即降低，电子会变得不稳定，因此，希望励磁电流和极内电流为直流电流，且在阴极7的温度上升而达到稳定地放出热电子的状态之后，使励磁电流发生变动。

本实施方式中，控制装置16为了调节蒸镀的条件，可以通过改变极内励磁电源14和收束励磁电源15的输出波形，或者改变其频率，来调节等离子体的摆动范围和摆动周期。另外，若极内电流和励磁电流的频率较高，则由于趋肤效应，收束线圈11和极内线圈13上的损耗会变大，因此，优选将这些频率的上限设定在数百Hz左右。

另外，考虑外部磁场的影响等，可使施加到极内线圈13上的极内电流的相位与施加到收束线圈11上的励磁电流的相位有稍许偏差。另外，为了简化，也可由同一电源来向收束线圈11和极内线圈13施加电流。另外，由于辅助磁铁4发热到居里温度以上时会失去磁力，因此，优选将其设置在腔室的外部，但也可将其设置在腔室的内部，还可对辅助磁铁4进行冷却。

接下来，图2示出本发明的实施方式2的蒸镀装置1a。本实施方式中，对与实施方式1相同的构成要素标注相同标号，并省略重复说明。

本实施方式的等离子体枪3a与现有技术一样，对收束线圈11和极内线圈13仅施加直流电流。本实施方式中，不是使收束线圈11所产生的磁通发生变化，而是利用腔室2的与等离子体枪3相反一侧的外侧所设置的2个辅助磁铁4a、4b，使为了对收束线圈11所放出的电子进行引导而产生的磁通的路径进行移动。

辅助磁铁4a、4b由电磁铁构成，夹着等离子体枪3a的中心轴而设置在与玻璃基板5相反的一侧和靠近玻璃基板5的一侧。利用未图示的电源向辅助磁铁4a、4b施加周期性地发生变动的、例如相位相差90°的辅助电流。即，本实施方式中，通过使2个辅助磁铁4a、4b所产生的磁通周期性地变化，从而使收束线圈11与辅助磁铁4a、4b所形成的合成磁通发生摆动。

本实施方式中，由于腔室2内对等离子体枪3a放出的电子进行引导的磁通的路径也会发生摆动，因此，能够防止玻璃基板5过热，且能够激活蒸发的金属分子的活性。

另外，即使只有辅助磁铁4a、4b中的某一方，也能使磁通摆动，此外，也可使用更多的辅助磁铁。为了调节蒸镀的条件，也可对施加到辅助磁铁4a、4b上的辅助电流的相位差、波形等进行变更。还可使由永磁铁构成的辅助磁铁机械式地移动。

此外，根据本发明，也可将实施方式1中使收束线圈11所形成的磁通发生变化的方法、与实施方式2中使辅助磁铁4a、4b所形成的磁通发生变化的方法组合起来。

为了调节蒸镀条件，本发明还可与对阴极输出进行向上补偿及向下补偿的等离子体密度控制等组合起来，因此，能够用更大范围的条件设定来实现高品质的蒸镀。

不仅是蒸镀，本发明还能够广泛地应用于利用等离子体来促进工艺的装置和方法。

标号说明

1、1a 蒸镀装置

2 腔室

3、3a 等离子体枪

4、4a、4b 辅助磁铁

5 玻璃基板（被蒸镀物体）

6 坩锅

7 阴极

8 第1电极

9 第2电极

10 回收电极

11 收束线圈

12 永磁铁

13 极内线圈

14 极内励磁电源

15 收束励磁电源

16 控制装置

A1、A2 等离子体形成范围

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.（修改后）一种等离子体发生装置，其特征在于，包括：

腔室；

等离子体枪，该等离子体枪设置成朝向所述腔室的内部，且具有放出电子的阴极、和形成对所述阴极所放出的电子进行引导的磁通的收束线圈；以及

辅助磁铁，该辅助磁铁在所述腔室内形成磁通，

对所述收束线圈施加使磁通的方向发生变动的励磁电流，

所述等离子体枪是在所述阴极与所述收束线圈之间设有第一电极及第二电极的压力梯度型等离子体枪，

所述第二电极在内部配置有电极内线圈，

对所述电极内线圈施加与所述励磁电流同步地发生变动的极内电流。

2.（删除）

3.（修改后）如权利要求1所述的等离子体发生装置，其特征在于，

所述励磁电流与所述极内电流具有同相位的周期相似的波形，使所述励磁线圈与所述电极内线圈形成相同极性的磁通。

4.（修改后）如权利要求1所述的等离子体发生装置，其特征在于，

将所述辅助磁铁设置在所述腔室的与所述等离子体枪相反一侧的外侧，并使磁极的方向与所述等离子体枪的轴相交。

5.（修改后）一种蒸镀装置，其特征在于，

具备权利要求1、3、4中的任一项所述的等离子体发生装置。

6.（删除）

7.（删除）

Claims

1.一种等离子体发生装置，其特征在于，包括：

腔室；

辅助磁铁，该辅助磁铁在所述腔室内形成磁通，

对所述收束线圈施加使磁通的方向发生变动的励磁电流。

2.如权利要求1所述的等离子体发生装置，其特征在于，

所述第二电极在内部配置有电极内线圈，

3.如权利要求2所述的等离子体发生装置，其特征在于，

4.如权利要求1至3的任一项所述的等离子体发生装置，其特征在于，

5.一种蒸镀装置，其特征在于，

具备权利要求1至4中的任一项所述的等离子体发生装置。

6.一种蒸镀装置，通过向保持被蒸镀物体的腔室内放出电子，由此来形成等离子体并进行蒸镀，其特征在于，

在对所述腔室内放出的电子进行引导的磁通的路径发生变化的同时进行蒸镀。

7.一种蒸镀方法，其特征在于，

通过向保持被蒸镀物体的腔室内放出电子来形成等离子体，并在对所述腔室内放出的电子进行引导的磁通的路径发生变化的同时进行蒸镀。