CN104233201A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种成膜装置，其能够轻松调整对作为蒸发源的成膜材料导入等离子束的位置。本发明的成膜装置，在真空腔室（10）内通过等离子束（P）对成膜材料（Ma）进行加热而使其蒸发，并且使成膜材料的蒸发粒子（Mb）附着于成膜对象物（11）上，其构成为具备以下：等离子源，在腔室内生成等离子束；作为主阳极的主炉缸，被填充成为蒸发源的成膜材料，并且向成膜材料导入等离子束或者被导入等离子束；作为辅助阳极的环炉缸，配置于主炉缸的周围，并且引导等离子束；一对辅助线圈，隔着蒸发源配置于两侧；及辅助线圈电源部，以使一对辅助线圈的极性相互不同的方式供给直流电流。

Description

成膜装置

技术领域

本申请主张基于2013年6月13日申请的日本专利申请2013-124678号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种在真空腔室内通过等离子束对成膜材料进行加热而使其蒸发，并且使成膜材料的粒子附着于成膜对象物上的成膜装置。

背景技术

作为在成膜对象物的表面形成膜的成膜装置，例如有利用离子镀法的成膜装置。离子镀法中，使蒸发的成膜材料的粒子在真空腔室内扩散而使其附着于成膜对象物的表面上。这种成膜装置具备：等离子源，设置于真空容器的侧壁，并且用于生成等离子束；转向线圈，将由等离子源生成的等离子束导入到真空容器内；作为主阳极的主炉缸，保持成膜材料；及作为辅助阳极的环炉缸，包围该主炉缸（例如参考专利文献1）。并且，专利文献1中记载的成膜装置中，具备例如2组等离子源、转向线圈、主炉缸及环炉缸，由此使成膜材料从两处的蒸发源蒸发来扩大成膜的范围。

专利文献1：日本特开平9-256147号公报

上述的成膜装置中，转向线圈所生成的磁场、及等离子束内的电流所生成的自感应磁场添加到在主炉缸附近环炉缸所生成的磁场中，因此导致主炉缸附近的磁场对称性破坏。因此，即使在主炉缸内与环炉缸的中心轴对齐地配置成膜材料，等离子束也不会入射到成膜材料的中心，而是入射到从成膜材料的中心偏移一定程度距离的位置。当等离子束未入射到成膜材料的中心时，成膜材料局部升华或蒸发。如此，难以连续供给（从主炉缸中挤出）成膜材料的同时，长期稳定进行成膜材料的升华或蒸发。

为了应对在等离子束所入射的位置上产生偏移，可以考虑与该偏移对应地将主炉缸的位置相对于环炉缸的中心轴错开配置。但是，等离子束所入射的位置的偏移量根据成膜装置的运行条件而发生变化，因此当运行条件不一定时，难以在适当的位置上配置主炉缸。并且，人工改变主炉缸的安装位置非常麻烦，并且也难以安装于准确的位置上。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够轻松调整对作为蒸发源的成膜材料导入等离子束的位置的成膜装置。

本发明的成膜装置，在真空腔室内通过等离子束对成膜材料进行加热而使其蒸发，并且使成膜材料的蒸发粒子附着于成膜对象物上，其具备：等离子源，在真空腔室内生成等离子束；作为主阳极的主炉缸，被填充成为蒸发源的成膜材料，并且向成膜材料导入等离子束或者被导入等离子束；作为辅助阳极的环炉缸，配置于主炉缸的周围，并且引导等离子束；一对辅助线圈，从环炉缸的轴线方向观察时，隔着蒸发源配置于两侧；及辅助线圈电源部，在将配置成膜对象物的一侧设为正面时，以使一对辅助线圈的正面侧的极性相互不同的方式，向一对辅助线圈供给直流电流。

该成膜装置具备从环炉缸的轴线方向观察时隔着蒸发源配置于两侧的一对辅助线圈。以使正面侧的极性相互不同的方式向该一对辅助线圈供给直流电流。由此，能够通过一对辅助线圈在蒸发源的正面侧沿与环炉缸的轴线方向交叉的方向产生磁场。

由此，能够轻松调整对蒸发源导入等离子束的位置。并且，通过调整为使等离子束导入到成膜材料的中心，可以抑制成膜材料局部升华或蒸发，且能够使成膜材料均匀升华或蒸发。其结果，能够使成膜材料的升华或蒸发稳定来延长连续运行的时间。

在此，成膜装置可以为如下结构：具有至少2对辅助线圈，一对辅助线圈彼此在不同的方向上隔着主炉缸而配置。根据该结构的成膜装置，由于2对辅助线圈在相互不同的方向上隔着主炉缸而配置，因此能够在多个不同的方向上产生由一对辅助线圈形成的磁场。因此，能够通过由两对辅助线圈生成的磁场在多个不同的方向上调整磁场的方向。其结果，能够扩大导入等离子束的位置的调整范围，因此容易将导入等离子束的位置调整为与成膜材料的中心对齐。

并且，一对辅助线圈可以为配置于环炉缸的正面侧的结构。

若如此一对辅助线圈配置于环炉缸的正面侧，则能够在环炉缸的正面侧产生由一对辅助线圈形成的磁场来轻松调整导入等离子束的位置。

并且，成膜装置可以为还具备磁场调整部的结构，所述磁场调整部调整向辅助线圈供给的直流电流来调整通过辅助线圈生成的磁场。根据该结构的成膜装置，由于能够调整向辅助线圈供给的直流电流来调整通过一对辅助线圈生成的磁场的强度，因此仅通过调整电流，就能够轻松调整对蒸发源导入等离子束的位置。由此，能够将等离子束轻松导入到成膜材料的中心，因此可以抑制成膜材料局部蒸发或升华。

并且，成膜装置可以为在真空腔室内具备多组主炉缸及环炉缸，并且与主炉缸及环炉缸对应地分别设有等离子源及一对辅助线圈的结构。

例如，当成膜装置具备多个主炉缸及环炉缸时，调整各个主炉缸及环炉缸的相对位置非常麻烦。本发明的成膜装置由于能够轻松调整导入等离子体的位置，因此在具备多个主炉缸及环炉缸时特别有效。

发明效果

本发明的成膜装置能够通过调整由一对辅助线圈生成的磁场来轻松调整对作为蒸发源的成膜材料导入等离子体的位置。

附图说明

图1是表示本发明的成膜装置的一实施方式的结构的剖视图。

图2是表示主炉缸附近的磁场的示意图。

图3（a）是表示环炉缸的环状磁铁及辅助线圈的俯视图，图3（b）是表示环炉缸的环状磁铁及辅助线圈的剖视图。

图4是表示辅助线圈所形成的中心轴上的磁场强度的图。

图5是表示主炉缸及环炉缸部的放大剖视图。

图6是表示设有多个等离子源的真空腔室的剖视图。

图中：1-成膜装置，6-环炉缸，7-等离子源，10-真空腔室，11-成膜对象物，17-主炉缸，20-永久磁铁，23-辅助线圈组，26、27-一对第1辅助线圈，28、29-一对第2辅助线圈。

具体实施方式

以下，参考附图对基于本发明的成膜装置的一实施方式进行详细说明。另外，在附图说明中，对相同要件标注相同符号，并省略重复说明。

图1所示的成膜装置1为在所谓的离子镀法中使用的离子镀装置。另外，为了方便说明，图1中示出XYZ坐标系。Y轴方向为输送后述的成膜对象物的方向。X轴方向为成膜对象物和后述的炉缸机构对置的方向。Z轴方向为与X轴方向和Y轴方向正交的方向。

成膜装置1为所谓的立式成膜装置，即成膜对象物11以成膜对象物11的板厚方向成为水平方向（图1中为X轴方向）的方式，以将成膜对象物11直立或从直立的状态倾斜的状态配置于真空腔室10内而被输送。此时，X轴方向为水平方向且为成膜对象物11的板厚方向，Y轴方向为水平方向，Z轴方向成为铅直方向。另一方面，基于本发明的成膜装置的一实施方式中，也可以为成膜对象物以成膜对象物的板厚方向成为大致铅直方向的方式配置于真空腔室内而被输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轴方向成为铅直方向且成为板厚方向。另外，在以下实施方式中，以立式的情况为例子，对本发明的成膜装置的一实施方式进行说明。

成膜装置1具备炉缸机构2、输送机构3、环炉缸部4、转向线圈5、等离子源7、压力调整装置8及真空腔室10。

真空腔室10具有用于输送待形成成膜材料的膜的成膜对象物11的输送室10a、使成膜材料Ma扩散的成膜室10b、及将从等离子源7照射的等离子束P接收到真空腔室10中的等离子口10c。输送室10a、成膜室10b及等离子口10c相互连通。输送室10a沿规定的输送方向（图中的箭头A）（Y轴）设定。并且，真空腔室10由导电性材料构成且与地电位连接。

输送机构3沿输送方向A输送以与成膜材料Ma对置的状态保持成膜对象物11的成膜对象物保持部件16。例如，保持部件16为保持成膜对象物的外周缘的框体。输送机构3由设置于输送室10a内的多个输送辊15构成。输送辊15沿着输送方向A等间隔配置，并支承成膜对象物保持部件16，同时沿输送方向A进行输送。另外，成膜对象物11例如使用玻璃基板或塑料基板等板状部件。

等离子源7为压力梯度型，其主体部分经由设置于成膜室10b的侧壁的等离子口10c而连接于成膜室10b。等离子源7在真空腔室10内生成等离子束P。在等离子源7中生成的等离子束P从等离子口10c向成膜室10b内射出。等离子束P的射出方向通过以包围等离子口10c的方式设置的转向线圈5进行控制。转向线圈5为生成Y轴方向的磁场且将由等离子源7生成的等离子束导入到真空容器内的中央的线圈。

压力调整装置8连接于真空腔室10，调整真空腔室10内的压力。压力调整装置8具有例如涡轮分子泵或低温泵等减压部、及测定真空腔室10内的压力的压力测定部。

炉缸机构2为用于保持成膜材料Ma的机构。炉缸机构2设置于真空腔室10的成膜室10b内，从输送机构3观察时沿X轴方向的负方向配置。炉缸机构2具有主炉缸17，该主炉缸为向成膜材料Ma导入从等离子源7射出的等离子束P的主阳极、或被导入从等离子源7射出的等离子束P的主阳极。

主炉缸17具有填充有成膜材料Ma的沿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相对于真空腔室10所具有的地电位保持为正电位，因此吸引等离子束P。该等离子束P所入射的主炉缸17的填充部17a上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的一端向成膜室10b露出。

环炉缸部4具有具备用于引导等离子束P的电磁铁的作为辅助阳极的环炉缸6。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。在环炉缸6的中心轴CL6上配置有成膜材料Ma。另外，成膜材料Ma也可以配置于从环炉缸6的中心偏移的位置。环炉缸6具有环状线圈9、环状永久磁铁20及环状容器12，线圈9及永久磁铁20被容纳于容器12内。

成膜材料Ma可以例示出ITO或ZnO等透明导电材料、SiON等绝缘密封材料。当成膜材料Ma由绝缘性物质构成时，若向主炉缸17照射等离子束P，则主炉缸17通过来自等离子束P的电流而被加热，成膜材料Ma的前端部分蒸发或升华，被等离子束P离子化的成膜材料粒子（蒸发粒子）Mb向成膜室10b内扩散。并且，当成膜材料Ma由导电性物质构成时，若向主炉缸17照射等离子束P，则等离子束P直接入射到成膜材料Ma，成膜材料Ma的前端部分被加热而蒸发或升华，被等离子束P离子化的成膜材料粒子Mb向成膜室10b内扩散。向成膜室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，在输送室10a内附着于成膜对象物11的表面上。另外，成膜材料Ma为成形为规定长度的圆柱形状的固体物，多个成膜材料Ma被一次性填充于炉缸机构2内。并且，根据成膜材料Ma的消耗，从炉缸机构2的X轴负方向侧依次挤出成膜材料Ma，以使最前端侧的成膜材料Ma的前端部分与主炉缸17的上端保持规定的位置关系。

并且，成膜装置1在成膜室10b内具备多组炉缸机构2、环炉缸部4及等离子源7的组合，且具有多个蒸发源。多个炉缸机构2在Z轴方向上以等间隔配置，与炉缸机构2对应地分别配置有环炉缸部4、等离子源7及转向线圈5。成膜装置1能够使成膜材料Ma从Z轴方向的多处蒸发而使成膜材料粒子Mb扩散。

接着，参考图2对主炉缸17附近的磁场分布进行说明。图2中示出从等离子源7射出的等离子束通过环炉缸6而导入到主炉缸17的状态的磁场分布。图中的箭头表示磁力线的方向。主炉缸17附近的磁场受到由环炉缸6形成的磁场、由转向线圈5形成的磁场、及由等离子束P的自感应形成的磁场的影响，如图2所示，相对于环炉缸6的中心轴CL6呈非对称分布。因此，等离子束P的入射位置成为从环炉缸6的中心轴CL6偏移的位置，并且成为从配置于中心轴CL6上的成膜材料Ma（的中心）偏移的位置。

在此，成膜装置1具备从环炉缸6的中心轴CL6方向观察时配置于主炉缸17的填充部17a的周围的辅助线圈组23、向辅助线圈组23供给直流电流的辅助线圈电源部24、及调整向辅助线圈组23供给的直流电流的电流调整部（磁场调整部）25。

如图3所示，辅助线圈组23具有一对第1辅助线圈26、27及一对第2辅助线圈28、29。另外，图3（a）中，省略图示环炉缸部4的外壳12。辅助线圈组23容纳于外壳12内。

当将配置有输送机构3（成膜对象物）的一方设为正面时，辅助线圈组23配置于永久磁铁20的正面（线圈9的反对侧的面）上。一对第1辅助线圈26、27从X轴方向观察时隔着蒸发源配置于Y轴方向的两侧。图3中，在左侧配置有第1辅助线圈26，在右侧配置有第1辅助线圈27。第1辅助线圈26、27为沿着环状永久磁铁20的周向卷绕成大致扇形的平面线圈。第1辅助线圈26、27的轴线方向沿着X轴方向而配置。

一对第2辅助线圈28、29从X轴方向观察时隔着蒸发源配置于Z轴方向的两侧。图3（a）中，在上侧配置有第2辅助线圈28，在下侧配置有第2辅助线圈29。第2辅助线圈28、29为沿着环状永久磁铁20的周向卷绕成大致扇形的平面线圈。第2辅助线圈28、29的轴线方向沿着X轴方向而配置。

辅助线圈电源部24分别向一对第1辅助线圈26、27及一对第2辅助线圈28、29供给直流电流。辅助线圈电源部24以使一对第1辅助线圈26、27的正面侧的极性相互不同的方式供给直流电流。例如，以第1辅助线圈26的正面侧的极性成为S极、第1辅助线圈27的正面侧的极性成为N极的方式供给直流电流。此时，通过一对第1辅助线圈26、27从第1辅助线圈27向第1辅助线圈26形成沿Y轴方向的磁场。第1辅助线圈26、27的电流值根据通过一对第1辅助线圈26、27形成的磁场的大小适当地进行设定。

并且，辅助线圈电源部24以使一对第2辅助线圈28、29的正面侧的极性相互不同的方式供给直流电流。例如，以使第2辅助线圈28的正面侧的极性成为S极、使第2辅助线圈29的正面侧的极性成为N极的方式供给直流电流。此时，通过一对第2辅助线圈28、29从第2辅助线圈29向第2辅助线圈28形成沿Z轴方向的磁场。第2辅助线圈28、29的电流值根据通过一对第2辅助线圈28、29形成的磁场的大小适当地进行设定。

电流调整部25调整向第1辅助线圈26、27及第2辅助线圈28、29供给的直流电流。电流调整部25通过改变例如电阻值来调整向第1辅助线圈26、27及第2辅助线圈28、29供给的电流值。电流调整部25能够通过调整向第1辅助线圈26、27及第2辅助线圈28、29供给的电流值，来调整通过第1辅助线圈26、27生成的磁场的强度及通过第2辅助线圈28、29生成的磁场的强度。

并且，电流调整部25可以使向一对第1辅助线圈26、27供给的直流电流的方向倒转来使第1辅助线圈26、27的极性反转并改变通过第1辅助线圈26、27生成的磁场的方向。电流调整部25也可以使向一对第2辅助线圈28、29供给的直流电流的方向倒转来使第2辅助线圈28、29的极性反转并改变通过第2辅助线圈28、29生成的磁场的方向。

图4中示出通过一对第1辅助线圈26、27在环炉缸6的中心轴CL6上形成的磁场的强度H₁。图4所示的纵轴表示中心轴方向上的距第1辅助线圈26、27的距离，横轴表示沿Y轴方向的磁场的强度。在图4的状态下，由一对第1辅助线圈26、27形成的磁场朝左。

如图2所示，环炉缸6的线圈9及永久磁铁20所生成的磁场在从环炉缸6向正面侧行进规定距离的位置上减弱。在该磁场减弱的位置上，通过一对第1辅助线圈26、27生成磁场，以便呈现磁场强度H₁的峰值H_1P。由此，能够有效地抵消转向线圈5所生成的磁场或等离子束所生成的自感应磁场的影响来使等离子束P入射到成膜材料Ma的中心（环炉缸6的中心轴CL6）。例如，由一对第1辅助线圈26、27形成的磁场强度H₁的峰值H_1P为在中心轴CL6方向上从第1辅助线圈26、27向正面侧隔开6cm的位置。

接着，对本实施方式所涉及的成膜装置1的作用进行说明。

首先，在使用成膜装置1之前，确认等离子束P的照射位置。成膜材料Ma填充于主炉缸17的填充部17a。成膜装置1从等离子源7照射等离子束P。此时，确认导入等离子束P的位置。当等离子束P针对成膜材料Ma被导入到准确位置（中心）时，成膜材料Ma的中心的减少量最多，以中心轴为中心对称地等量减少。另外，图5中用虚线示出成膜材料Ma的减少部分。当等离子束P未被导入到成膜材料Ma的中心时，成膜材料Ma的减少量相对于中心轴不对称，一侧减少增多。另外，在确认等离子束P的照射位置（入射的位置）时，如上所述，可以确认成膜材料Ma的减少方式，也可以使用等离子体的测定器测定等离子束P的照射位置本身。

成膜装置1中，通过一对第1辅助线圈26、27及一对第2辅助线圈28、29产生磁场，来校正等离子束P的导入位置。根据等离子束P的偏移量，调整向一对第1辅助线圈26、27及一对第2辅助线圈28、29供给的电流值来调整磁场的强度，从而校正等离子束P相对于成膜材料Ma的导入位置。例如，等离子束P在Y轴方向上的偏移通过由一对第1辅助线圈26、27生成的磁场进行校正。等离子束P在Z轴方向上的偏移则通过由一对第2辅助线圈28、29生成的磁场进行校正。在如此校正导入等离子束P的位置之后，执行成膜处理。

根据这种成膜装置1，以使正面侧的极性相互不同的方式向一对第1辅助线圈26、27供给直流电流，因此能够通过一对第1辅助线圈26、27在蒸发源的正面侧沿Y轴方向产生磁场。并且，成膜装置1中，以使正面侧的极性相互不同的方式向一对第2辅助线圈28、29供给直流电流，因此能够通过一对第2辅助线圈28、29在蒸发源的正面侧沿Z轴方向产生磁场。

并且，由于成膜装置1具备调整向第1辅助线圈26、27供给的直流电流的电流调整部25，因此能够调整向一对第1辅助线圈26、27供给的直流电流来调整由一对第1辅助线圈26、27形成的磁场的强度。同样地，电流调整部25由于能够调整向一对第2辅助线圈28、29供给的电流，因此能够调整由一对第2辅助线圈28、29形成的磁场的强度。

成膜装置1可以通过电流调整部25自动调整一对第1辅助线圈26、27和/或一对第2辅助线圈28、29的电流，也可以由工作人员对电流调整部25进行操作来微调一对第1辅助线圈26、27和/或一对第2辅助线圈28、29的电流。

如此，成膜装置1中，仅通过调整由第1辅助线圈26、27及第2辅助线圈28、29形成的电流，就能够轻松使导入等离子束P的位置与成膜材料Ma的中心对齐。由此，向成膜材料Ma的中心导入等离子束P，因此能够防止成膜材料在从中心轴偏移的位置局部蒸发或升华，且能够使成膜材料稳定蒸发或升华。其结果，成膜装置1中，能够连续供给成膜材料，同时进行成膜材料的蒸发或升华，从而能够稳定地连续运行，且能够延长连续运行时间。

并且，成膜装置1中，无需如以往由工作人员改变主炉缸的安装位置，就能够通过由一对第1辅助线圈26、27和/或一对第2辅助线圈28、29生成的磁场来调整等离子束P所入射的位置。并且，即使运行条件有所改变，在成膜装置1中也能够轻松调整等离子束P所入射的位置。

本发明不限于前述的实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内能够实施如下所述的各种变形。

例如，上述实施方式中，具备多组主炉缸17及环炉缸6，并且与主炉缸17及环炉缸6对应地分别设有等离子源7、转向线圈5、辅助线圈组23及电流调整部25，但也可以为仅具备一组主炉缸17及环炉缸6的成膜装置。并且，如图6所示，还可以为在Y轴方向（输送方向）及Z轴方向上具备多个蒸发源的成膜装置。另外，图6中，省略图示辅助线圈组23。在具备多个蒸发源的成膜装置中，若与各个蒸发源对应地具备辅助线圈组23，则能够轻松调整各蒸发源上的等离子束P的导入位置，所以特别有效。

并且，上述的实施方式中，辅助线圈组23具备一对第1辅助线圈26、27及一对第2辅助线圈28、29，但也可以为仅具备一对第1或第2辅助线圈的结构。并且，辅助线圈组23还可以为具备3对以上在相互不同的方向上对置配置的辅助线圈的辅助线圈组。并且，辅助线圈的对置方向不限于Y轴方向或Z轴方向，也可以在其他方向上对置配置。

并且，一对辅助线圈的形状不限于扇形，也可以为圆形或矩形等其他形状。

并且，上述实施方式中，辅助线圈组23配置于永久磁铁20的正面侧，但辅助线圈组23也可以配置于永久磁铁20与线圈9之间，还可以配置于其他位置。

并且，辅助线圈组23可以不容纳于环炉缸部4的外壳12内，也可以容纳于与外壳12分体设置的外壳内。

Claims (5)

1.一种成膜装置，在真空腔室内通过等离子束对成膜材料进行加热而使其蒸发，并且使所述成膜材料的蒸发粒子附着于成膜对象物上，其特征在于，具备：

等离子源，在所述真空腔室内生成所述等离子束；

作为主阳极的主炉缸，作为蒸发源的所述成膜材料被填充于该主炉缸，并且该主炉缸向所述成膜材料导入所述等离子束或者被导入所述等离子束；

作为辅助阳极的环炉缸，配置于所述主炉缸的周围，并且引导所述等离子束；

一对辅助线圈，从所述环炉缸的轴线方向观察时，隔着所述蒸发源配置于两侧；及

辅助线圈电源部，在将配置所述成膜对象物的一侧设为正面时，以使所述一对辅助线圈的正面侧的极性相互不同的方式，向所述一对辅助线圈供给直流电流。

2.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，

所述成膜装置具有至少2对所述辅助线圈，

所述一对辅助线圈彼此在不同的方向上隔着所述主炉缸而配置。

3.根据权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于，

所述一对辅助线圈配置于所述环炉缸的正面侧。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的成膜装置，其特征在于，

所述成膜装置还具备磁场调整部，所述磁场调整部调整向所述辅助线圈供给的直流电流来调整通过所述辅助线圈生成的磁场。

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，

在所述真空腔室内具备多组所述主炉缸及所述环炉缸，

与所述主炉缸及所述环炉缸对应地分别设有所述等离子源及所述一对辅助线圈。