CN104213081A - 等离子体蒸发装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子体蒸发装置，其能够将等离子束高精度地引导至蒸发材料。包括等离子体蒸发装置的成膜装置（1）具备多个用于使成膜材料（Ma）蒸发的等离子枪（7）。多个等离子枪（7）包括在等离子束（P）的射出方向上具有磁力线（G）方向的第1等离子枪（7R）、及在与等离子束（P）的射出方向相反的方向上具有磁力线（G）方向的第2等离子枪（7L）。从与成膜材料（Ma）相对的方向观察时，多个等离子枪（7）并列设置于真空腔室（10），并且配置成第2等离子枪（7L）相对于第1等离子枪（7R）不排列在将射出方向作为前方时的右侧。

Description

等离子体蒸发装置

技术领域

本申请主张基于2013年5月29日申请的日本专利申请第2013-112949号的优先权。该申请的所有内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种等离子体蒸发装置，尤其涉及一种使用多个等离子枪来使蒸发材料蒸发的等离子体蒸发装置。

背景技术

作为有关以往的等离子体蒸发装置的技术，众所周知有如下离子镀装置，例如专利文献1所记载，真空容器中设有多个具有磁铁机构的等离子枪和与其对应的转向线圈及炉缸的离子镀装置。该离子镀装置中，在炉缸的周围设置环状永久磁铁，通过将在相邻的等离子枪中的磁铁机构、转向线圈、及环状永久磁铁的磁极方向设为相反方向，从而能够实现减少各磁力线的干扰，并减少等离子束的扭曲。

专利文献1：日本特开平9-256147号公报

然而，在近年来的等离子体蒸发装置中，作为并列设置的多个等离子枪，开发了具备在等离子束的射出方向上具有磁力线方向的第1等离子枪、及在与等离子束的射出方向相反的方向上具有磁力线方向的第2等离子枪的等离子枪。

此时，由等离子束本身的流动而激发自感应磁场，该等离子束的流动不仅扭曲，该扭曲的流动在多个等离子枪之间相互增强并强烈地激发自感应磁场，存在使等离子束的流动进一步扭曲的风险。其结果，存在难以将等离子束高精度地引导至蒸发材料的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述实情而完成的，其课题在于提供一种能够将等离子束高精度地引导至蒸发材料的等离子体蒸发装置。

为解决上述问题，本发明所涉及的等离子体蒸发装置为使蒸发材料在腔室内蒸发的等离子体蒸发装置，其中，具备多个用于蒸发蒸发材料的等离子枪，多个等离子枪包括在等离子束的射出方向上具有磁力线方向的第1等离子枪、及在与等离子束的射出方向相反的方向上具有磁力线方向的第2等离子枪，从与蒸发材料相对的方向观察时，多个等离子枪并列设置于腔室，并且配置成第2等离子枪相对于第1等离子枪不会排列在将射出方向作为前方时的右侧。

该等离子体蒸发装置中，关于并列设置的多个等离子枪，从与蒸发材料相对的方向观察时，配置成第2等离子枪相对于第1等离子枪不会排列在将射出方向作为前方时的右侧。由此，能够抑制从邻接的等离子枪射出的等离子束的流动以相互接近的方式扭曲。其结果，能够抑制在多个等离子枪之间强烈激发自感应磁场，并抑制等离子束的流动进一步扭曲。因此，能够将等离子束高精度地引导至蒸发材料。

并且，多个等离子枪优选并列设置成满足控制其等离子束的射出方向的转向线圈所涉及的下式（1）的关系式。由此，通过根据下式（1）的关系式并列设置多个等离子枪，能够适当地抑制在多个等离子枪之间自感应磁场相互增强。

φs×1.1＜D＜φs×2.0…（1）

其中，

φs为转向线圈的直径

D为多个等离子枪之间的距离

并且，等离子枪及蒸发材料的至少一个优选配置成蒸发材料的中心位置偏离等离子束的射出轴。并且，等离子枪及蒸发材料的至少一个优选设置成能够相对移动，以使蒸发材料的中心位置相对于等离子束的射出轴偏离。在这种情况下，例如能够考虑蒸发材料相对于等离子束的射出轴的偏离。

发明效果

根据本发明，可以提供一种能够将等离子束高精度地引导至蒸发材料的等离子体蒸发装置。

附图说明

图1是表示包括一实施方式所涉及的等离子体蒸发装置的成膜装置的概要结构图。

图2是沿图1的II-II线的剖视图。

图3是说明图1的成膜装置中等离子枪的配置的概要俯视图。

图4是说明图1的成膜装置中等离子枪之间的距离的图。

图5是说明包括参考实施方式所涉及的等离子体蒸发装置的成膜装置中等离子枪的配置的概要俯视图。

图中：1-成膜装置（等离子体蒸发装置），7-等离子枪，7L-第2等离子枪，7R-第1等离子枪，10-真空腔室（腔室），48-转向线圈，Ma-成膜材料（蒸发材料），G-磁力线，P-等离子束，PL-等离子束的射出轴。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，在以下的说明中对相同或相应要件附加相同的符号，并省略重复说明。

图1是表示包括一实施方式所涉及的等离子体蒸发装置的成膜装置的概要结构图，图2是沿图1的II-II线的剖视图。图中，为便于说明，以XYZ坐标系表示。Y轴方向为传送后述的成膜对象物的方向。X轴方向为成膜对象物与后述的炉缸部20相对的方向。Z轴方向为与X轴方向和Y轴方向正交的方向。

本实施方式的成膜装置为，通过RPD[Reactive Plasma Deposition]法对成膜对象物进行成膜的装置，在此为用于所谓离子镀法的离子镀装置。该成膜装置构成使用多个等离子枪在腔室内使成膜材料（蒸发材料）蒸发的等离子体蒸发装置。

并且，本实施方式的成膜装置是，在将成膜对象物直立以使成膜对象物的板厚方向呈水平方向的状态下或在从直立的状态倾斜的状态下，将成膜对象物配置于腔室内而被传送的所谓的立式成膜装置。此时，X轴方向为水平方向且为成膜对象物的板厚方向，Y轴方向为水平方向，Z轴方向为铅垂方向。

另一方面，本实施方式的成膜装置也可以是以成膜对象物的板厚方向大致成为铅垂方向的方式，将成膜对象物配置于腔室内而被传送的所谓的卧式成膜装置。此时，Z轴及Y轴方向为水平方向，X轴方向为铅垂方向且为板厚方向。以下，在本实施方式中，以立式的情况为例进行说明。

如图1及图2所示，本实施方式的成膜装置1具备沉积部2、传送机构3及真空腔室（腔室）10。并且，沉积部2具备多个等离子枪7及多个炉缸部20。

真空腔室10具有用于传送形成成膜材料Ma的膜的成膜对象物11的传送室10a、为了使成膜材料Ma蒸发并扩散而使其移动的成膜室10b、及将从等离子枪7射出的等离子束P进入真空腔室10的等离子体口10c。

传送室10a、成膜室10b、及等离子体口10c相互连通。传送室10a沿规定的传送方向（图中的箭头A）（Y轴）进行设定。并且，真空腔室10由导电性材料构成并连接于地电位。在真空腔室10中连接有调整该真空腔室10内的压力的压力调整装置（未图示）。压力调整装置例如具有涡轮分子泵和低温泵等减压部、及测定真空腔室10内的压力的压力测定部。

成膜室10b具有沿传送方向A的一对侧壁10j及10k（参考图2）、沿与传送方向A交叉的方向（X轴方向）的一对侧壁10h及10i（参考图1）、及与传送室10a相对的侧壁10m。侧壁10h配置于成膜室10b中传送方向A的上游侧（即Y轴负方向侧）。侧壁10i配置于成膜室10b中传送方向A的下游侧（即Y轴正方向侧）。

传送机构3向传送方向A传送以与成膜材料Ma相对的状态保持成膜对象物11的成膜对象物保持部件16。传送机构3由设置于传送室10a内的多个传送辊15构成。传送辊15沿传送方向A以等间隔配置，并支承成膜对象物保持部件16的同时向传送方向A进行传送。另外，成膜对象物11使用例如玻璃基板和塑料基板等板状部件。并且，成膜对象物保持部件16使用例如在使成膜对象物11的被成膜面露出的状态下保持成膜对象物11的传送托盘等。

等离子枪7为压力梯度型，其主体部分经由侧壁10h的等离子体口10c连接于成膜室10b。等离子枪7在真空腔室10内生成等离子束P。在等离子枪7中生成的等离子束P沿Y轴方向从等离子体口10c向成膜室10b内射出。在安装有等离子枪7的等离子体口10c的周围设置有用于将等离子束P引导至成膜室10b的转向线圈48。转向线圈48通过转向线圈用的电源被励磁，由此，等离子束P的射出方向（以下简称为“射出方向”）得到控制。

本实施方式中，对1个成膜室10b设置有多个（本实施方式中为3个）等离子枪7。多个等离子枪7沿成膜对象物11的长边方向（Z轴方向）排列配置。多个等离子枪7配置于相同的侧壁10h。另外，多个等离子枪7也可在相对的一对侧壁10h、10i上交替配置，也可以是向Z轴方向排列且向X轴方向排列的结构。关于多个等离子枪7的详细说明将进行后述。

在成膜装置1中设置有与多个等离子枪7对应的多个（本实施方式中为3个）炉缸部20。1个炉缸部20由1个主炉缸17及1个环炉缸6构成。

多个炉缸部20与多个等离子枪7对应地配置于侧壁10m，在此，沿成膜对象物11的长边方向（Z轴方向）并列设置。另外，多个炉缸部20也可以沿成膜对象物11的短边方向（Y轴方向、传送方向）排列配置，也可以沿Z轴方向及Y轴方向这两个方向排列配置。

炉缸部20具有用于保持作为蒸发源的成膜材料Ma的机构。炉缸部20设置于真空腔室10的成膜室10b内，从传送机构3观察时配置于X轴方向的负方向。炉缸部20具有将从等离子枪7射出的等离子束P引导至成膜材料Ma的主阳极或被导入从等离子枪7射出的等离子束P的主阳极即主炉缸17。

主炉缸17具有填充有成膜材料Ma并沿X轴方向的正方向延伸的筒状的填充部17a、及从填充部17a突出的凸缘部17b。主炉缸17相对于具有真空腔室10的地电位被保持在正电位，吸引等离子束P。入射有该等离子束P的主炉缸17的填充部17a中形成有用于填充成膜材料Ma的贯穿孔17c。并且，成膜材料Ma的前端部分在该贯穿孔17c的一端上暴露于成膜室10b。

环炉缸6为具有用于引导等离子束P的电磁石的辅助阳极。环炉缸6配置于保持成膜材料Ma的主炉缸17的填充部17a的周围。环炉缸6具有环状的线圈9、环状的永久磁铁13及环状的容器12，线圈9及永久磁铁13容纳于容器12。环炉缸6根据流过线圈9的电流大小来控制入射到成膜材料Ma的等离子束P的宽度/粗细或入射到主炉缸17的等离子束P的宽度/粗细。

作为成膜材料Ma例示有ITO和ZnO等透明导电材料和SiON等绝缘密封材料。当成膜材料Ma由绝缘材料物质构成时，若对主炉缸17照射等离子束P，则通过来自等离子束P的电流，主炉缸17被加热，成膜材料Ma的前端部分蒸发，通过等离子束P被离子化的成膜材料粒子Mb在成膜室10b内扩散的同时向传送室10a侧移动。并且，当成膜材料Ma由导电性物质构成时，若对主炉缸17照射等离子束P，则等离子束P直接入射到成膜材料Ma，并且成膜材料Ma的前端部分被加热而蒸发，通过等离子束P被离子化的成膜材料粒子Mb在成膜室10b内扩散的同时向传送室10a侧移动。

在成膜室10b内扩散的成膜材料粒子Mb向成膜室10b的X轴正方向移动，并在传送室10a内附着于成膜对象物11的表面。另外，成膜材料Ma是成形为规定长度的圆柱形状的固体物，填充于炉缸部20的主炉缸17。并且，根据成膜材料Ma的消耗，成膜材料Ma从炉缸部20的主炉缸17的X轴负方向侧依次被挤出，以使最前端侧的成膜材料Ma的前端部分保持与主炉缸17的上端之间的规定的位置关系。

图3是说明图1的成膜装置中等离子枪的配置的概要俯视图，图4是说明图1的成膜装置中等离子枪之间的距离的图。如图3所示，本实施方式的多个等离子枪7包括第1等离子枪7R及第2等离子枪7L。第1等离子枪7R是在其等离子束P的射出方向上具有磁力线G的方向的等离子体源，称为所谓的R枪。第2等离子枪7L是在与等离子束P的射出方向相反的方向上具有磁力线G的方向的等离子体源，称为所谓的L枪。

在此，多个等离子枪7使等离子束P朝Y轴正方向射出，在真空腔室10的侧壁10h沿Z轴方向并列设置（参考图1及图2）。并且，在从X轴正方向朝向X轴负方向的方向观察时，多个等离子枪7配置成第2等离子枪7L、第2等离子枪7L及第1等离子枪7R以该顺序朝向Z轴负方向排列。

即，如图所示，从与成膜材料Ma相对的方向（与成膜材料粒子Mb的蒸发方向相对的方向）观察时，多个等离子枪7以规定的间隔沿Z轴方向直列地并列设置，并且以向并列设置方向的交叉方向即正交方向（Y轴方向）射出等离子束P的方向分别配置。并且，从与成膜材料Ma相对的方向观察时，这些多个等离子枪7配置成将射出方向作为前方时第2等离子枪7L不会排列在第1等离子枪7R的右侧。即，在从射出方向观察时（从Y轴负方向朝Y轴正方向观察时），多个等离子枪7配置成第2等离子枪7L不会排列在将成膜材料Ma侧作为下侧（X轴负侧）时的第1等离子枪7R的右侧。

换言之，多个等离子枪7在沿成膜对象物11的厚度方向从传送机构3侧观察时（参考图1及图2），从将射出方向作为前方时的左侧依次排列有第2等离子枪7L、第2等离子枪7L及第1等离子枪7R，具有所谓的LLR配置结构。

并且，如图4所示，多个等离子枪7以规定的间隔进行并列设置，以免其相邻的一对等离子枪7、7由于等离子束P彼此造成不良影响。具体而言，多个等离子枪7并列设置成满足转向线圈48所涉及的下式（1）的关系式。另外，等离子枪7之间的距离D是指其等离子束P的射出轴PL之间的距离。

φs×1.1＜D＜φs×2.0…（1）

其中，

φs为转向线圈48的直径

D为多个等离子枪7之间的距离

并且，在这样构成的成膜装置1中，等离子枪7及成膜材料Ma中的至少一个设置成沿等离子枪7的并列设置方向能够相对移动，以使成膜材料Ma的中心位置相对于等离子束P的射出轴PL偏离。例如，各炉缸部20经由将Z轴方向作为长边方向的长孔等气密地固定于真空腔室10，各炉缸部20能够沿Z轴方向相对移动。由此，从X轴方向观察时，成膜材料Ma的中心位置相对于等离子束P的射出轴PL，向Z轴方向偏离规定距离dZ。另外，也可以代替这样将各炉缸部20设置成能够相对移动或除此之外将各等离子枪7设置成能够相对移动。

规定距离dZ根据等离子束P中电子的回旋半径（拉莫尔半径）R、及成膜材料Ma的回旋半径r进行设定，以使等离子束P照射到成膜材料Ma。在此的规定距离dZ为这些回旋半径R与r之间的值，优选由下式（2）设定。并且，该规定距离dZ，例如既可以是由模拟导出的模拟值，也可以是实际测量值或经验值。

dZ=（R×r）^0.5×α（α：系数）…（2）

然而，等离子枪7具有通过因其等离子束P本身的流动产生的自感应磁场而扭曲并流入阳极的性质。等离子束P的扭曲方向根据其磁力线G的方向而出现不同，在第1及第2等离子枪7R、7L上不同。并且，从与成膜材料Ma相对的方向观察时，若第2等离子枪7L相对于第1等离子枪7R排列配置在将射出方向作为前方时的右侧（所谓RL配置），则发现从邻接的等离子枪7射出的等离子束P的流动以相互接近的方式扭曲的现象（参考图5）。

在此方面，本实施方式中，关于并列设置的多个等离子枪7，从与成膜材料Ma相对的方向观察时，配置成第2等离子枪7L相对于第1等离子枪7R不会排列在将射出方向作为前方时的右侧，成为所谓的不包括RL配置的结构。由此，能够抑制等离子束P的流动以相互接近的方式扭曲的RL配置下明显的现象。

即，根据本实施方式，能够抑制在多个等离子枪7之间强烈激发自感应磁场，抑制等离子束P的流动进一步扭曲。其结果，能够将等离子束P高精度地引导至成膜材料Ma，能够适当地蒸发成膜材料Ma并合理地（以良好的膜厚分布）在成膜对象物11上进行成膜。

并且，本实施方式中如上述，多个等离子枪7并列设置成满足上式（1）的关系式。这样，通过多个等离子枪7具有上式（1）的配置关系，能够在它们之间适当地抑制自感应磁场增强。

另外，例如D≤φs×1.1时，等离子枪7之间的距离D变小，在等离子枪7之间强烈激发自感应磁场而使等离子束P的流动的扭曲变大，因此导致难以将等离子束P引导至成膜材料Ma。另一方面，例如φs×2.0≤D时，等离子枪7之间的距离D变大，甚至成膜材料Ma（炉缸部20）之间的距离也变大，因此导致很难以均匀的膜厚分布在成膜对象物11上成膜。

并且，通常，一边观察等离子束P的情况一边调整转向线圈48，由此，实现等离子束P接触成膜材料Ma。但是，该调整需要熟练的技术等，并且调整结束为止可能需要很长时间，并且，当等离子枪7为多个时调整将会很困难。对此，本实施方式中如上述，将等离子枪7及成膜材料Ma中的至少一个设置成能够相对移动，成膜材料Ma的中心位置设置成相对于等离子束P的射出轴PL能够相对移动，以使等离子束P照射到成膜材料Ma。由此，能够以简单且适当地结构使等离子束P准确地照射到成膜材料Ma。

另外，在第2等离子枪7L、7L之间存在等离子束P变薄的担忧。但是，实际上在这些第2等离子枪7L、7L的等离子束P、P之间的电位的谷间能够吸入离子，因此能够抑制等离子体密度的降低。

顺便说一下，在本实施方式中，将等离子枪7及成膜材料Ma中的至少一个构成为能够相对移动，以使成膜材料Ma的中心位置从等离子束P的射出轴PL上偏离，但作为代替或除此之外也可以预先配置成成膜材料Ma的中心位置从等离子束P的射出轴PL上偏离。

[参考实施例]

接着，参考图5对参考实施例所涉及的等离子体蒸发装置进行说明。另外，以下主要对与上述成膜装置1不同的点进行说明。

图5是说明包括参考实施方式所涉及的等离子体蒸发装置的成膜装置中等离子枪的配置的概要俯视图。如图5所示参考实施例所涉及的成膜装置100在多个等离子枪7的配置与上述成膜装置1（参考图3）的不同点上有差异。

具体而言，在从X轴正方向朝向X轴负方向的方向（与成膜材料Ma相对的方向）观察时，多个等离子枪7以规定的间隔沿Z轴方向直列地并列设置，并且配置成第2等离子枪7L相对于第1等离子枪7R排列在将射出方向作为前方时的右侧。换言之，多个等离子枪7具有所谓的RL配置结构，即从将射出方向作为前方时的左侧依次排列有第1等离子枪7R及第2等离子枪7L。

这种构成的成膜装置100中，相邻的一对成膜材料Ma以相互接近的方式进行配置。具体而言，在从X轴正方向朝向X轴负方向的方向观察时，与第1等离子枪7R对应的成膜材料Ma（炉缸部20）的中心位置相对于等离子束P的射出轴PL配置成沿Z轴方向向第2等离子枪7L侧偏离规定距离dZ，并且与第2等离子枪7L对应的成膜材料Ma（炉缸部20）的中心位置相对于等离子束P的射出轴PL配置成沿Z轴方向向第1等离子枪7R侧偏离规定距离dZ。

规定距离dZ与上述成膜装置1相同地能够以等离子束P照射到成膜材料Ma的方式根据回旋半径R、r进行设定，能够根据上述（2）进行设定。另外，也可以代替配置成成膜材料Ma（炉缸部20）偏离或除此之外配置成第1及第2等离子枪7R、7L偏离。另外，等离子枪7及成膜材料Ma的至少一个与上述成膜装置1相同地也可以构成为能够相对移动，以使成膜材料Ma的中心位置从等离子束P的射出轴PL上偏离。

以上，参考实施例所涉及的成膜装置100中，即使是具有所谓RL配置结构时，成膜材料Ma的中心位置配置成从等离子束P的射出轴PL上偏离，以便等离子束P照射到成膜材料Ma，因此也能够将等离子束P准确地照射（接触）到成膜材料Ma，能够适当地蒸发成膜材料Ma并准确且适当地在成膜对象物11上成膜。

以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，可以在不改变各权利要求项所述的宗旨范围内进行变形或应用于其他发明。

例如，上述实施方式的成膜装置1具备3个等离子枪7，但可以是具备2个，也可以是具备4个以上。并且，上述实施方式的成膜装置1中，多个等离子枪7具有所谓LLR配置结构，但并不限定于此。多个等离子枪7在从与成膜材料Ma相对的方向观察时，也可以具有以下配置结构。

即，例如具备3个等离子枪7时，可以具有从将射出方向作为前方时的左侧依次并列设置有第2等离子枪7L、第1等离子枪7R及第1等离子枪7R的配置结构（所谓LRR配置结构）。例如，具备2个等离子枪7时，可以具有并列设置有第2等离子枪7L及第1等离子枪7R的配置结构（所谓LR配置结构）。并且，例如具备4个等离子枪7时，可以具有LLLR配置结构、LLRR配置结构、及LRRR配置结构。总之，只要配置成第2等离子枪7L相对于第1等离子枪7R不排列在将射出方向作为前方时的右侧即可。

并且，在上述实施方式中，将等离子体蒸发装置应用于成膜装置1，但并不限定于此。例如，本发明也能够应用于，为了分离如氧化镁和氧化铝等氧化物的蒸发材料而使该蒸发材料在腔室内通过等离子束进行蒸发的还原装置。

Claims (4)

1.一种等离子体蒸发装置，其在腔室内使蒸发材料蒸发，

所述等离子体蒸发装置具备用于蒸发所述蒸发材料的多个等离子枪，

所述多个等离子枪包括：

第1等离子枪，在等离子束的射出方向上具有磁力线方向；及

第2等离子枪，在与等离子束的射出方向相反的方向上具有磁力线方向，

从与所述蒸发材料相对的方向观察时，所述多个等离子枪并列设置于所述腔室，并且被配置成所述第2等离子枪相对于所述第1等离子枪不排列在将所述射出方向作为前方时的右侧。

2.根据权利要求1所述的等离子体蒸发装置，其中，

所述多个等离子枪并列设置成满足控制其等离子束的射出方向的转向线圈所涉及的下式（1）的关系式，

φs×1.1＜D＜φs×2.0…（1）

其中，

φs：所述转向线圈的直径，

D：所述多个等离子枪之间的距离。

3.根据权利要求1或2所述的等离子体蒸发装置，其中，

所述等离子枪及所述蒸发材料中的至少一个配置成，所述蒸发材料的中心位置偏离等离子束的射出轴。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子体蒸发装置，其中，

所述等离子枪及所述蒸发材料中的至少一个设置成能够相对移动，以使所述蒸发材料的中心位置相对于等离子束的射出轴偏离。