CN104221477B - 等离子体产生装置、蒸镀装置以及等离子体产生方法 - Google Patents

Abstract

提供一种能在广大的范围内产生均匀的等离子体的等离子体产生装置。根据本发明的等离子体产生装置(1)的特征在于，将两个等离子枪(3)相对配置，这两个等离子枪(3)喷射出电离的放电气体，且分别包括辐射电子的阴极(6)、和形成对辐射出的电子进行引导的磁通量的聚焦线圈(10)，两个等离子枪(3)的相对于阴极阴极(6)的聚焦线圈(10)的极性为彼此相反的朝向。

Description

等离子体产生装置、蒸镀装置以及等离子体产生方法

技术领域

本发明涉及等离子体产生装置、蒸镀装置以及等离子体产生方法。

背景技术

已知在进行蒸镀时，通过在腔室内产生等离子体来促进蒸镀材料的化学反应的等离子体辅助法(日文：プラズマアシスト法)。在等离子体辅助法中，通常，利用一边将等离子化的放电气体喷射、一边放射使放电气体电离的电子的等离子枪，来形成等离子体。

一般来说，等离子枪包括形成对放出的电子进行引导的磁通的聚焦线圈(日文：収束コイル)。由于从等离子枪放出的电子以被聚焦线圈所形成的磁场绊住的方式移动，因此，通过包括聚焦线圈，甚至在离开等离子枪更远的位置处也能产生等离子体。

但是，即便使用聚焦线圈，通过等离子枪所能形成的等离子体的范围也是有限的。因而，当所要形成蒸镀覆膜的被蒸镀体变大时，例如需要像专利文献1记载的那样，将两个等离子枪相对地配置，以在宽阔范围内形成等离子体。

图3表示将等离子枪22相对地配置在腔室21的两侧的蒸镀装置。上述等离子枪22是压力梯度型等离子枪，其具有：射出电子的阴极23；形成电压梯度的第一电极24及第二电极25；回收电子的反馈电极26；以及形成对电子进行引导的磁通的聚焦线圈27，上述等离子枪24贯穿上述阴极23、第一电极24、第二电极25、反馈电极26及聚焦线圈27的中心来喷射放电气体。

在这种蒸镀装置中，利用彼此相对的等离子枪22的聚焦线圈27形成的磁通彼此相斥。由于从等离子枪22放出的电子以被聚焦线圈27所形成的磁通绊住的方式前进，因此，如虚线所示，电子会沿相互排斥的磁通折回而回流到反馈电极26中。因而，无法将电子充分地供给到彼此相对的等离子枪22的中间位置，而使等离子体变得稀薄，形成图示这样的不均匀的放电区域P。

因而，当在大型的面板上进行蒸镀的情况下，存在等离子体密度低的中央部的化学反应不充分而使蒸镀覆膜的密接性变低等、无法获得覆膜的均匀性这样的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平7－254315号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

鉴于上述问题，本发明的技术问题在于提供一种能在宽阔范围内产生均匀的等离子体的等离子体产生装置及等离子体产生方法、以及能形成均匀的蒸镀覆膜的蒸镀装置。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决上述问题，在本发明的等离子体产生装置中，将两个喷射电离的放电气体的等离子枪相对配置，这两个等离子枪分别包括放射电子的阴极和形成对所放射的电子进行引导的磁通的聚焦线圈，在两个上述等离子枪中，相对于配置所述阴极的方向的所述聚焦线圈的极性为彼此相反的朝向。

根据上述结构，形成相对的等离子枪的聚焦线圈所形成的磁通成为一体并贯穿两方的等离子枪这样的磁通。藉此，能使从等离子枪放射出的电子的直线行进性(日文：直進性)提高，中央部的等离子体密度不会下降。另外，在蒸镀中使用的情况下，能使蒸镀的化学反应在宽阔范围内均匀化。

另外，在本发明的等离子体产生装置中，上述等离子枪可以是在上述阴极与上述聚焦线圈之间包括第一电极及第二电极的压力梯度型等离子枪，上述第二电极在内部配置有极内磁铁，上述极内磁铁形成与上述聚焦线圈所形成的磁通相同朝向的磁通。

根据上述结构，由于使极内磁铁所形成的磁通与聚焦线圈所形成的磁通成为一体，因此，能使磁通在等离子枪的内部捕捉到电子而进行稳定的放电。

另外，在本发明的等离子体产生装置中，可以通过彼此绝缘的驱动电路对两个上述等离子枪进行驱动。

根据上述结构，由于能够单独地对等离子枪的放电量进行调节，因此，能够防止因空间的非对称性等而使一方的等离子枪的放电量变多并使等离子体变得不均衡。

另外，在本发明的等离子体产生装置中，可以单独地对上述聚焦线圈的位置和角度中的至少任一个进行调节。

根据上述结构，能够通过对聚焦线圈的位置及角度进行调节，来对因空间的非对称性等引起的等离子体流的不均衡进行矫正，并能产生均匀的等离子体。

另外，在本发明的等离子体产生装置中，上述等离子枪可以包括将上述阴极所放射的电子回收的反馈电极，上述反馈电极与相对的上述等离子枪的电路连接。

根据上述结构，将一方的等离子枪所放射的电子在另一方的等离子枪中回收，因此，能使电子的直线行进性提高，并能使等离子体密度均匀化。

另外，本发明的蒸镀装置具有上述任一种的等离子体产生装置。

发明效果

如上所述，根据本发明，能够在宽阔范围内产生均匀的等离子体。因而，在蒸镀时，能够使蒸镀材料发生均匀的化学反应，在较大的被蒸镀体上也能形成均匀的蒸镀覆膜。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的蒸镀装置的示意结构图。

图2是本发明第二实施方式的蒸镀装置的示意结构图。

图3是现有的蒸镀装置的示意结构图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1表示本发明第一实施方式的蒸镀装置1的结构。蒸镀装置1具有：腔室2，该腔室2能将内部抽真空；以及一对压力梯度型等离子枪3，这一对压力梯度型等离子枪3配置成能从设置在位于腔室2两侧的侧壁上的开口观察到腔室2的内部。

腔室2能将要在表面蒸镀金属的被蒸镀体、即玻璃基板4保持在内部空间的上部，并且在底部配置有用于将蒸镀材料溶解的坩埚5。坩埚5包括用于对蒸镀材料进行加热的加热器5a。加热器5a除了能采用直流或交流的电阻加热方式之外，还可以是使用电子束的方式。

等离子枪3具有：放出电子的阴极6；沿电子的轨道形成电位梯度的第一电极7及第二电极8；将阴极6所放出的电子回收的反馈电极9；以及形成对阴极6所放出的电子进行引导的磁通的聚焦线圈10。第一电极7是在内部收容有由永磁体构成的第一极内磁铁11的中空环状的电极。第二电极是在内部收容有由空芯线圈构成的第二极内磁铁12的中空环状的电极。等离子枪3的构成要素之间以及等离子枪3与腔室2之间通过金属制或玻璃制的管等连接，以确保气密性。

另外，两个等离子枪3具有用于对阴极6、第一电极7、第二电极8及反馈电极9施加放电电压的驱动电路13。两个驱动电路13彼此电绝缘，并能够单独地对这两个驱动电路13进行调节。此外，等离子枪3将例如氩这样的通过电离而等离子化的放电气体贯穿阴极6、第一电极7、第二电极8、反馈电极9及聚焦线圈10的中心进行喷射，且等离子枪3分别具有用于单独地对所喷射的放电气体的流量进行调节的调节阀14。

从未图示的电源对聚焦线圈10及第二极内磁铁12施加直流电压，以使两者的极性为相同的朝向。聚焦线圈10及第二极内磁铁12以使电流绕等离子枪3的中心轴环绕的方式卷绕，并形成贯穿线圈内部这样的磁通。因此，图示的极性仅表示磁极的朝向，并非意味着磁通从图示的极延伸。

在此，需要注意的是，相对于各等离子枪3的配置阴极6的方向，左右的等离子枪3的聚焦线圈10及极内磁铁12的极性为相反的朝向。也就是说，所有的聚焦线圈10及极内磁铁12的绝对极性是一致的。具体来说，在图中均是左侧为S极，右侧为N极。因而，两侧的聚焦线圈10及极内磁铁12所形成的磁通一体化，形成使左右的等离子枪3沿着左右的等离子枪3的中心轴直线地贯穿这样的磁通。

从阴极6放射出的电子以被在左右的等离子枪3之间直线行进的磁通绊住的方式行进。藉此，如虚线所示，从两侧的等离子枪3放出的电子在腔室2的中央部因库仑力而彼此相斥，从而脱离磁通，回流到各自的反馈电极9。由于两个等离子枪3的驱动电路13彼此绝缘，因此，与从上述等离子枪3的阴极6放出的电子相等数量的电子回流到各反馈电极9。藉此，不会使多数的电子回流到一方的反馈电极9，并且不会使腔室2内的电子的流动发生不均衡。

通过使腔室2的内部处于真空状态，并且一边从等离子枪3供给放电气体一边放出电子，从而能使放电气体电离来产生等离子体、或是形成等离子区域P。在本实施方式中，利用磁通将电子引导到腔室2的中央部，从而能使腔室2的中央部的放电气体也等离子化，并使所产生的等离子体的密度均匀。另外，由于左右的等离子枪3所放出的电子的流动是对称的，因此，形成在腔室2内的等离子区域P也是左右对称的。

为了在蒸镀装置1中进行蒸镀，以在腔室2内形成有等离子区域P的状态，利用加热器5a将坩埚5的蒸镀材料溶解，并将用于与蒸镀材料发生化学反应的反应气体导入到腔室2内。藉此，蒸镀材料在与反应气体发生化学反应的同时，到达玻璃基板4，并在玻璃基板4的表面上形成覆膜。在等离子区域P的内部，利用等离子体来促进上述蒸镀材料与反应气体的化学反应。由于在蒸镀装置1中如上所述形成有均匀密度的等离子区域P，因此，能够形成均匀且高品质的蒸镀覆膜。另外，反应气体也可以是TEOS等等离子体CVD气体。基板除了是玻璃基板之外，也可以是金属或塑料。另外，基板的形状既可以是板材，也可以是从辊对辊机构(日文：ロール·トゥー·ロール機構)中给出的环形件。

另外，在实际的蒸镀装置1中，因由腔室2的形状或真空排气引起的非对称性、等离子枪3的结构误差、外部的磁场或电场的影响等，也有可能使左右的等离子枪3的作用变得不均衡。因此，在本实施方式中，通过利用调节阀14单独地对各等离子枪3的放电气体流量进行调节，从而能使左右的等离子枪3的等离子体形成能力均衡。

各等离子枪3所形成的等离子体的能量依赖于各等离子枪3的放电电力、即放电电压与放电电流的积。因而，在蒸镀装置1中，由于对称地形成左右的等离子体，因此较为理想的是，使各驱动电路的输出电力相等。在表1中表示蒸镀装置1中的等离子体放电的对称化的实验例。

表1

在表中，示出的是使左右的等离子枪3(等离子枪1、等离子枪2)的放电气体的流量相等且通过调节放电电压来使放电电力相等的情况，以及使左右的等离子枪3的放电电压相等且通过利用调节阀14对放电气体的流量进行调节来使放电电力相等的情况。

在通过放电电压使放电电力均衡的情况下，因放电电压的不同，使得放出的电子的动能不同，并且放电电流的值、即放出的电子的数量变得不均衡，放电气体的电离状态也不同。另一方面，在通过放电气体的流量来使放电电力均衡的情况下，虽然放电气体的量不同，但等离子枪3的放电电压及放电电流、即放出的电子的量及动能相同，因此，在左右的等离子体(电离后的放电气体)的状态上并没看出有所不同。

这样，在蒸镀装置1中，若通过将左右的等离子枪3的放电电压设定为相等，且对放电气体的流量进行调节，来使放电电流变得相等，则能使左右的等离子枪3的等离子体形成能力均衡。除此之外，在蒸镀装置1中，较为理想的是，能单独地对聚焦线圈10的位置和角度进行调节，并使左右的等离子枪3的作用取得平衡。

接着，图2中示出的是本发明第二实施方式的蒸镀装置1a。在本实施方式中，对于与第一实施方式相同的结构要素，标注相同的符号而省略重复的说明。

本实施方式的等离子枪3a在聚焦线圈10的前方、即腔室2一侧具有上下一对的片化磁铁(日文：シート化磁石)15。片化磁铁15是配置成与聚焦线圈10的出口侧的极相同且磁极彼此相对的磁铁，形成对聚焦线圈10所形成的磁通进行排斥的磁场，并将聚焦线圈10所产生的磁通上下压缩。藉此，能使形成在腔室内的磁通在水平方向上扩展分布，并能相应地将等离子体的形成范围上下压缩来水平扩展。

另外，在本实施方式的蒸镀装置1a中，反馈电极9与相对的等离子枪3的驱动电路13a连接。也就是说，在本实施方式中，仅从与各反馈电极9相对的等离子枪3的驱动电路13的电源对各反馈电极9供电。因而，从一方的等离子枪3放出的电子如虚线所示，不会在腔室2的中央折回而是回流到另一方的等离子枪3的反馈电极9。藉此，能使产生的等离子体的密度更加均匀。

(符号说明)

1、1a 蒸镀装置

2 腔室

3 等离子枪

4 玻璃基板(被蒸镀体)

5 坩埚

5a 加热器

6 阴极

7 第一电极

8 第二电极

9 反馈电极

10 聚焦线圈

11 第一极内磁铁

12 第二极内磁铁

13、13a 驱动电路

14 调节阀

15 片化磁铁

P 等离子区域。

Claims (7)

1.一种等离子体产生装置，其特征在于，在所述等离子体产生装置中将两个喷射电离的放电气体的等离子枪彼此相对地配置，这两个等离子枪分别包括放射电子的阴极和形成对放射出的电子进行引导的磁通的聚焦线圈，

在两个所述等离子枪中，相对于配置所述阴极的方向的所述聚焦线圈的极性为彼此相反的朝向。

2.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，

所述等离子枪是在所述阴极与所述聚焦线圈之间包括第一电极及第二电极的压力梯度型等离子枪，

所述第二电极在内部配置有极内磁铁，所述极内磁铁形成与所述聚焦线圈所形成的磁通相同朝向的磁通。

3.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，

通过彼此绝缘的驱动电路对两个所述等离子枪进行驱动。

4.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，

能够单独地对所述聚焦线圈的位置和角度中的至少任一个进行调节。

5.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，

所述等离子枪包括将所述阴极所放射的电子回收的反馈电极，所述反馈电极与相对的所述等离子枪的电路连接。

6.一种蒸镀装置，其特征在于，

所述蒸镀装置具有权利要求1至5中任一项所述的等离子体产生装置。

7.一种等离子体产生方法，其特征在于，

将两个喷射电离的放电气体的等离子枪彼此相对地配置，这两个等离子枪分别包括放射电子的阴极和形成对所放射的电子进行引导的磁通的聚焦线圈，

使两个所述等离子枪的、相对于配置所述阴极的方向的所述聚焦线圈的极性为彼此相反的朝向，

使两个所述等离子枪的放电电压相等，将两个所述等离子枪中的至少任一个的所述放电气体的喷射量调节成使两个所述等离子枪的放电电流相等。