CN1492071A - 用于制造低反射率薄膜的方法和设备 - Google Patents

Abstract

通过优化布置在阴极背面的磁控管磁路的摆动速度与基体的移动速度之比，实现一用于以低成本和高的生产率水平制造低反射率薄膜的方法和设备。按照本发明的方法包括：通过分别布置在阴极背面的两个磁控管磁路装置，在布置在具有相同的电位的阴极上的靶的表面上产生闭环磁控管等离子；以及以不超过1/50的相对于基体的移动速度的速度摆动布置在阴极背面的磁控管磁路，从而相应地沿靶的表面移动由于产生磁控管等离子而得到的等离子。按照本发明的设备包括：两个磁控管磁路，它们布置在具有相同的电位的阴极的背面，以便产生各自的磁控管等离子闭环；磁路摆动装置，它用于分别相对于阴极的背面摆动磁控管磁路，从而相应地沿靶的表面移动由于产生磁控管等离子而得到的等离子；以及控制装置，它用于控制磁控管磁路相对于基体的移动速度的摆动速度。

Description

用于制造低反射率薄膜的方法和设备

本发明的背景

本发明涉及用于制造低反射率薄膜的方法和设备，该薄膜用于等离子显示器与其它平面显示器的光学过滤器。

这类薄膜通常多数用溅射技术制造，因为，特别从非常倾向于采用具有大的表面积的基体的平面显示板的观点，该技术有这样的优点，即在具有大的表面积的基体上形成薄膜时，对形成均匀的薄膜有卓越的可控制性。(可特别参看下面所列的专利文献1和2)。

低反射率薄膜通常用氧、氮和/或一反射层，通过组合两种或两种以上的由反应式溅射制备的薄膜而形成。

从提高沉积速度的观点，在薄膜形成过程中，一般采用局部产生高密度等离子的技术(例如磁控管溅射法)，通过在靶上形成的环形磁性储存捕获电子(可特别参看下面所列的专利文献1和2)。不过，由于高密度等离子是通过磁控管溅射局部产生的，溅射产生区(冲蚀)也只局限在靶上，因而降低了靶的利用率，从而提高了运营成本。

为了避免这一问题，建议一种相对于阴极摆动布置在其背面的磁控管磁路，从而移动靶上的冲蚀的技术。不过，采用这一技术，必须采用一具有大的宽度的靶。于是，特别就靶材和溅射系统而言，就产生高成本的问题。

如果磁控管磁路做成能摆动的，则由于磁路穿过的冲蚀带条的数目不同，靶的边缘与中心之间的溅射程度不同。于是，靶分段式地冲蚀，而且还造成靶的利用效率低。

在解决上述问题的企图中，本发明的发明人在日本专利申请No.2002-37825中建议一种方法和设备，它用于以低成本和高的生产率水平，通过增加布置在阴极的背面的磁控管磁路的数目来形成薄膜。更具体一些，在建议的设备中，在有相同的电位的阴极的背面布置两个磁控管磁路，以便产生两个等离子的闭环。于是，将布置在阴极的背面的磁控管磁路做成能相对于阴极的背面摆动，以使通过产生磁控管等离子得到的等离子因之能在靶的表面上移动。

[专利文献1]

日本专利申请待公开的公报No.10-140345

[专利文献2]

日本专利申请待公开的公报No.7-310181

当通过溅射形成薄膜时，通过反应式溅射形成薄层的速度和薄层的光学常数随氧的流量比、氮的流量比和二氧化碳的流量比而变。采用所建议的方法，在速度和光学常数迅速变化时，磁控管磁路的摆动速度精密地通过反应式溅射来规定，这是因为，磁控管磁路的摆动方向和基体的输送方向是彼此相反的。

本发明的概况

因此，本发明的目的为提供一用于制造低反射率薄膜的方法和设备，其中，上述问题可以得到克服。

在本发明的第一方面中，上述目的通过提供一方法来达到，该方法用于通过溅射一靶材在一设置在阴极对面并相对于阴极移动的基体上连续形成低反射率薄膜，该阴极布置在一溅射室中，该靶材用于在基体上形成低反射率薄膜，此方法包括下列步骤：

通过分别布置在阴极背面的两个磁控管磁路装置，在布置在具有相同的电位的阴极上的靶的表面上产生闭环磁控管等离子；以及

以不超过1/50的相对于基体的移体速度的速度，摆动具有相同的电位并布置在阴极背面的磁控管磁路，从而相应地沿靶的表面移动由于产生磁控管等离子而得到的等离子。

布置在阴极的表面上的靶材可以用Cr、Mo、Fe或Ni或任何一种包含上述元素的一种或更多种的合金制造。

在按照本发明的方法中，可以采用含有氧、氮和二氧化碳中的一种或更多种的气体作为反应气体。

在本发明的第二方面中，提供一通过溅射一靶材在一设置在阴极对面并相对于阴极移动的基体上连续形成低反射率薄膜的设备，该阴极布置在一溅射室中，该靶材用于在基体上形成低反射率薄膜，该设备包括：

两个磁控管磁路，它们布置在具有相同的电位的阴极的背面，以便产生各自的磁控管等离子闭环；

磁路摆动装置，它用于分别相对于阴极的背面摆动磁控管磁路，从而相应地沿靶的表面移动由于产生磁控管等离子而得到的等离子；以及

控制装置，它用于控制磁控管磁路相对于基体的移动速度的摆动速度。

采用按照本发明的方法，借助布置在阴极上的两个磁控管磁路，在布置在具有相同的电位的阴极的表面上的靶的表面上产生两个磁控管等离子闭环，而所产生的磁控管等离子则通过摆动布置在阴极背面的磁控管磁路，以不超过1/50的相对于基体的移动速度的速度沿靶的表面移动。这样，可以显著地提高靶的使用效率，以降低薄膜成本。此外，可以在基体上均匀地形成低反射率薄膜。

按照本发明的设备包括两个磁控管磁路、磁路摆动装置和控制装置；该磁控管磁路布置在具有相同的电位的阴极的背面，以便产生各自的磁控管等离子闭环；该磁路摆动装置用于分别相对于阴极的背面摆动磁控管磁路，从而相应地沿靶的表面移动所产生的磁控管等离子；该控制装置用于控制磁控管磁路相对于基体的移动速度的摆动速度。这样，设备的薄膜形成速度可以为可比的、具有单一磁路的传统设备的两倍，以致有可能显著地提高靶的使用效率。因此，阴极的数目、动力源和泵的数目都可以大大地减少，因而可以减少总长度并降低设备的成本。

附图的简单说明

图1为按照本发明的用于形成低反射率薄膜的设备的实施例的示意简图；

图2A和2B为通过使用图1的设备在各自的基体上形成的两层的低反射率薄膜的示意平面图；

图3为一曲线图，它示出图2A的基体的反射率特性；以及

图4为一曲线图，它示出反射率沿基体的移动方向的分布，该曲线通过改变磁路的摆动速度得到。

本发明的详细说明

现在参考附图描述本发明，该图示出按照本发明的用于制造低反射率薄膜的方法和设备的优选的实施例。

图1为按照本发明的用于形成低反射率薄膜的设备的实施例的示意简图，它示出其整个构形。所示的设备包括一送入/送出室1和一溅射室2，它们通过一分隔阀3彼此隔开。送入/送出室1可借助一真空/排气泵5经由阀4抽至所要求的真空水平。同样，溅射室2也可借助一真空/排气泵7经由阀7抽至所要求的真空水平。混合气体借助具有各自的质量流量控制器的Ar气送入系统8和反应气体送入系统9以所要求的速度被送入溅射室2中。

一阴极11布置在具有电绝缘板10的溅射室2中。靶材12安装在阴极11的表面上。两个磁控管磁路13布置在阴极下面，以便在靶材12上形成两个环形磁场。两个磁控管磁路13以这样的方式安装在各自的摆动机构14上，以致它们可以通过磁路摆动驱动单元15同时进行摆劝。

阴极11连至直流动力源16上，以使通过来自直流动力源16和射频动力源(未示出)的供应动力沿靶材12上的环形磁场产生高密度等离子17，而靶材12则溅射在溅射中心及其四周上，该溅射中心位于产生等离子的区域中。

在溅射室2中还布置一基体夹持器18，而基体19则安装在基体夹持器18上。基体夹持器18由一输送机构(未示出)支承，以便能在送入/送出室1和溅射室2之间移动。基体夹持器18可以用一布置在溅射室2的右端的铠装加热器20加热。

用于规定磁控管磁路13的摆动速度的控制单元21连至用于驱动磁控管磁路13的摆动机构14的磁路摆动驱动单元15上。控制单元21的工作为以不大于1/50的相对于基体19的移动速度S的速度限制布置在阴极的背面的磁控管磁路13的摆动速度M。摆动机构14使磁路相对于基体夹持器18经过的方向沿正向和反向摆动。

所示设备按下面的方式工作。在用真空/排气泵5经由阀4将送入/送出室1抽至所要求的真空水平以后，其上装有基体19的基体夹持器18就经由分隔阀3被送入溅射室2中。溅射室2首先用真空/排气泵7经由阀6被抽至高真空度，接着用具有各自的质量流量控制器的Ar气送入系统8和反应气体送入系统9以预定的速度将混合气体送入其中。另一方面，当从直流动力源16和射频动力源向阴极11供给动力时，在靶材12上沿环形磁场形成高密度等离子17，而靶材12则溅射在溅射中心及其四周上，该溅射中心位于产生等离子的区域中。这样，安装在被铠装加热器20加热的基体夹持器18上的基体19就被送至靶材12被溅射的区域中。其结果为，在装在基体夹持器18上的基体19上通过溅射的靶材形成氧化物膜、氮化物膜和碳化物膜。在工作中，基体19具有由铠装加热器20控制的温度。

现在进一步参考一例子描述本发明。在所示的实施例中，在图1所示的设备中采用Cr靶作为靶材12，并对反应气体送入系统9采用氧、二氧化碳和氮的气体。与此同时，采用0.7Pa的溅射压力和15kW的功率。磁路摆动驱动单元15如此用控制单元21控制，以致在使基体夹持器18经过相应的Cr靶材的表面时，磁控管磁路13相对于装在各自的基体夹持器18上的基体19的移动速度的摆动速度M为1/50和1/7。其结果为，在每个基体上形成45nm的反应溅射层和130nm的反射层。

图2A示出其速度比(基体19的移动速度：磁控管磁路13的摆动速度)为1∶50的基体，而图2B则示出其速度比为1∶7的基体。如同a所示，在图2A的基体19上均匀地形成低反射率薄膜，而在图2B的基体19上则如b和c所示，产生带条。由于薄膜是在磁路相对于基体的移动速度S的摆动速度为+M和-M的情况下在基体上形成的，故从等离子看去，基体的相对速度为S+M和S-M。换句话说，除非M足够大或足够小，否则就产生带条。通过选择足够小的M值消除带条是比较容易的，因为由于与硬件有关的原因，M有一上限。

图3为一曲线图，它示出图2A的基体的反射率特性。参看图3，用于最低的反射率值B的波长用λβ表示。对于本发明来说，为了覆盖整个可见光的范围，求得波长在550nm与600nm之间，这大约在可见光的波长范围的中间。

图4为一曲线图，它示出反射率沿基体的移动方向的分布，该曲线是通过改变磁路的摆动速度M得到的。如图4所示，当速度比(它等于磁路的摆动速度M的倒数)不小于50时，波长λβ的宽度Δλβ是稳定的，示出反射率的均匀分布。

Claims (4)

1.一用于通过溅射一靶材在一设置在阴极对面并相对于阴极移动的基体上连续形成低反射率薄膜的方法，该阴极布置在一溅射室中，该靶材用于在基体上形成低反射率薄膜，此方法包括下列步骤：

通过分别布置在阴极背面的两个磁控管磁路装置在布置在具有相同的电位的阴极上的靶的表面上产生闭环磁控管等离子；以及

以不超过1/50的相对于基体的移动速度的速度摆动具有相同的电位并布置在阴极背面的磁控管磁路，从而相应地沿靶的表面移动由于产生磁控管等离子而得到的等离子。

2.如权利要求1的方法，其特征为，布置在阴极的表面上的靶材用Cr、Mo、Fe或Ni或含有上述元素的一种或更多种的合金制造。

3.如权利要求1的方法，其特征为，用Cr、Mo、Fe或Ni或含有上述元素的一种或更多种的合金制造的靶被用作靶，而含有氧、氮和碳中的一种或更多种的气体则用作反应气体。

4.一通过溅射一靶材在一设置在阴极对面并相对于阴极移动的基体上连续形成低反射率薄膜的设备，设阴极布置在一溅射室中，该靶材用于在基体上形成低反射率薄膜，该设备包括：

两个磁控管磁路，它们布置在具有相同的电位的阴极的背面，以便产生各自的磁控管等离子闭环；

磁路摆动装置，它用于分别相对于阴极的背面摆动磁控管磁路，从而相应地沿靶的表面移动由于产生磁控管等离子而得到的等离子；以及

控制装置，它用于控制磁控管磁路相对于基体的移动速度的摆动速度。

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