JP2011105966A - 成膜材料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハースやハースの材料受け部上の成膜材料量を常に一定として、安定した蒸着が可能な成膜材料供給装置を提供する。
【解決手段】回転する材料受け部３３を有するハース２３に成膜材料２２を供給する成膜材料供給装置であって、内壁面に螺旋溝を有する回転体を備えた材料フィーダ４３と、材料フィーダ４３から材料受け部３３に成膜材料２２を滑落させて供給するシューター４５と、材料受け部３３に残留する成膜材料２２の量を検出する検出部３４と、検出部３４からの出力情報に基づいて回転体の回転数を制御する回転制御部３５とを有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、成膜装置用の成膜材料供給装置に関し、特にＡＣ型プラズマディスプレイパネルの保護膜を成膜する成膜装置の成膜材料供給装置に関する。

プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと呼ぶ）は、液晶パネルに比べて高速の表示が可能、視野角が広い、大型化が容易である、自発光で表示品質が高いなどの理由から広く普及しつつある。

ＡＣ型ＰＤＰは、前面側が透明な一対の基板を基板間に放電空間が形成されるように対向配置するとともに、放電空間を複数に仕切るための隔壁を基板に配置し、かつ隔壁により仕切られた放電空間で放電が発生するように基板に電極群を配置している。さらに、放電により発光する赤色、緑色、青色に発光する蛍光体を設けて複数の放電セルを構成している。放電によって発生する波長の短い真空紫外光によって蛍光体を励起し、赤色、緑色、青色の放電セルからそれぞれ赤色、緑色、青色の可視光を発光することによりカラー表示を行っている。

このような構造のＰＤＰにおいては、基板の放電空間に露出する側が放電に晒され、イオン衝撃のスパッタリングにより表面状態が変化してしまうことを避けるために、基板の放電空間側に例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）材料による保護膜を形成している。このような保護膜の形成は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）粒子などの成膜材料を電子ビームによって加熱して蒸発させる電子ビーム蒸着法により成膜する方法が一般的に用いられている。

このとき、成膜装置としての電子ビーム蒸着装置は、成膜室内に設けたハースに成膜材料を供給するための成膜材料供給装置を備え、ハース内の成膜材料に電子ビームを照射して成膜材料を蒸発させ、その蒸発ガスを移動する基板上に蒸着させることにより行われる。

これらのハースへの成膜材料の供給方法として、材料フィーダからシューター上に供給された成膜材料を、シューター上を滑落させながらハースに投入する例が特許文献１に開示されている。また、複数段の材料ホッパーと回転円筒フィーダとを用いて成膜材料をリングハース上に安定的に供給する例が特許文献２に記載されている。

特開２００８−１９４７３号公報 特開２００６−４５５８９号公報

ＰＤＰの保護膜を安定して成膜するためには、ハース上へ成膜材料を安定的に投入し、ハース上の成膜材料量を常に一定に保つことが要求される。ハースに材料受け部があり、回転する材料受け部の所定位置に電子ビームを照射させて蒸着させる場合、材料受け部の成膜材料量に分布があると、成膜材料の蒸発量が変動して基板上への成膜レートが変動する。したがって、成膜材料は、材料フィーダから安定してシューターに供給されるとともに、シューター上を安定的に滑落してハース上の所定位置に供給され、ハース上の成膜材料量が常に一定に保たれることが重要となる。

すなわち、ハースやハースの材料受け部上の成膜材料量を常に一定に保ち、電子ビームが照射される領域での蒸発量の変動がないように制御する必要がある。

本発明はこのような課題を解決して、ハースやハースの材料受け部上の成膜材料量を常に一定として、安定した蒸着が可能な成膜材料供給装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の成膜材料供給装置は、回転する材料受け部を有するハースに成膜材料を供給する成膜材料供給装置であって、内壁面に螺旋溝を有する回転体を備えた材料フィーダと、材料フィーダから材料受け部に成膜材料を滑落させて供給するシューターと、材料受け部に残留する成膜材料の量を検出する検出部と、検出部からの出力情報に基づいて回転体の回転数を制御する回転制御部とを有している。

このような構成によれば、材料受け部の成膜材料量を常に一定に保つことができ、成膜レートを安定化させることができる。

さらに、検出部が材料受け部の成膜材料の量を監視するカメラ装置であってもよい。このような構成によれば、簡単な構成で材料受け部の成膜材料量を常に一定に保つことができる。

さらに、検出部が、材料受け部と材料受け部の上面に設けた電極との間で形成されるコンデンサであってもよい。このような構成によれば、確実に材料受け部の成膜材料量を常に一定に保つことができる。

さらに、検出部が、材料受け部に設けたＬＥＤと受光素子とからなるフォトカプラであってもよい。このような構成によれば、簡単に材料受け部の成膜材料量を常に一定に保つことができる。

さらに、材料受け部の上端部に、材料受け部からの成膜材料を掻き取るスクレッパを備え、検出部がスクレッパに掻き取られた成膜材料の量を検出するセンサであってもよい。このような構成によれば、回転する材料受け部に余剰に成膜材料を投入して、余剰分を材料受け部から掻き取り、その掻き取られた成膜材料の量を一定とすることで、電子ビームが照射される領域での材料受け部の成膜材料の量と平面性をより正確に一定とすることができる。

さらに、センサがスクレッパに掻き取られた成膜材料の量を検出するＬＥＤと受光素子とからなるフォトカプラであってもよい。このような構成によれば、より正確にスクレッパに掻き取られた成膜材料を検出することができる。

以上のように本発明の成膜材料供給装置によれば、ハース上の成膜材料量を常に一定に保ち保護膜を安定して成膜することができる。

ＡＣ型ＰＤＰの構造を示す斜視図である。 実施の形態における成膜材料供給装置を用いてＰＤＰ用の保護膜を形成するための成膜装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態１における成膜材料供給装置の検出部の構成を示す図である。 実施の形態２における成膜材料供給装置のハースの平面図である。 図４のＸ−Ｘ線断面図である。 実施の形態３における成膜材料供給装置のハースの平面図である。 図６のＹ−Ｙ線断面図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
まず、ＰＤＰの構造について図１を用いて説明する。図１はＡＣ型ＰＤＰの構造を示す斜視図である。図１に示すように、ＰＤＰ１は前面ガラス基板３などよりなる前面板２と、背面ガラス基板１１などよりなる背面板１０とが対向して配置され、その外周部がガラスフリットなどからなる封着材によって気密封着されている。封着されたＰＤＰ１内部の放電空間１６には、キセノン（Ｘｅ）とネオン（Ｎｅ）などの放電ガスが５５ｋＰａ〜８０ｋＰａの圧力で封入されている。

前面板２の前面ガラス基板３上には、走査電極４および維持電極５よりなる一対の帯状の表示電極６とブラックストライプ（遮光層）７とが、互いに平行にそれぞれ複数列配置されている。前面ガラス基板３上には表示電極６と遮光層７とを覆うように電荷を保持してコンデンサとしての働きをする誘電体層８が形成され、さらにその上に保護膜９が形成されている。

また、背面板１０の背面ガラス基板１１上には、前面板２の走査電極４および維持電極５と直交する方向に、複数の帯状のアドレス電極１２が互いに平行に配置され、これを下地誘電体層１３が被覆している。さらに、アドレス電極１２間の下地誘電体層１３上には放電空間１６を区切る所定の高さの隔壁１４が形成されている。隔壁１４間の溝ごとに、紫外線によって赤色、緑色および青色にそれぞれ発光する蛍光体層１５が順次塗布して形成されている。走査電極４および維持電極５とアドレス電極１２とが交差する位置に放電空間１６が形成され、表示電極６方向に並んだ赤色、緑色、青色の蛍光体層１５を有する放電空間１６がカラー表示のための画素になる。

次に、保護膜９を形成するための成膜装置について説明する。図２は本発明の一実施の形態における成膜材料供給装置を用いてＰＤＰ１用の保護膜９を形成するための成膜装置の概略構成を示す断面図である。成膜装置２０は、成膜材料を電子ビームで加熱、溶融して蒸着させる電子ビーム（ＥＢ）蒸着装置である。

成膜装置２０は、真空槽である真空チャンバ２１の内部に、成膜材料２２を満たしたハース２３が配置されている。真空チャンバ２１の側壁には電子ビーム源２４が設置され、電子ビーム源２４から電子ビーム２５をハース２３上の成膜材料２２に照射する。電子ビーム２５の照射は、ハース２３の側面に配置された磁気回路（図示せず）による電磁石を制御することにより、その照射位置を制御できる。また、真空チャンバ２１を真空排気するための排気ポンプ２６や真空度を計測するための真空計２７などが設けられている。

また、ハース２３の略上方には、ＰＤＰ１の前面ガラス基板３上に表示電極６とブラックストライプ（遮光層）７、および誘電体層８が形成された前面板２が設置され、さらに、この前面板２の上方には成膜時に前面板２を加熱するための加熱ヒーター２８が設置されている。そして、前面板２とハース２３との間には、シャッター板２９が設けられ、シャッター板２９を回転させることにより成膜時以外のタイミングで蒸着粒子３０が不用意に前面板２に付着するのを防止するようにしている。なお、前面板２に成膜された保護膜９の膜厚を膜厚モニタ３１で随時、計測するようにしている。

ＰＤＰ１の保護膜９としては酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の薄膜が用いられる。そこで本発明の一実施の形態では、成膜材料２２としては酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の成膜材料２２を用いている。

ハース２３に収容した成膜材料２２に電子ビーム２５を照射して、成膜材料２２を蒸発させ、その蒸発ガスを、前面板２の誘電体層８上に蒸着させることにより保護膜９の形成が行われる。また、図２に示すように、ハース２３は回転軸３２によって回転可能な構成となっており、ハース２３において成膜材料２２が供給される位置と、電子ビーム２５が照射される位置とを異ならせるようにしている。

成膜装置２０には、ハース２３内の成膜材料２２が、成膜に伴う加熱、蒸発により消費されるため、成膜材料２２を補給するための成膜材料供給装置４０が連結されている。成膜材料供給装置４０は材料ホッパー４１と、材料ホッパー４１の排出口４２の直下に配置された材料フィーダ４３と、材料フィーダ４３のフィーダ排出部４４に連結されたシューター４５とからなる。なお、材料ホッパー４１、材料フィーダ４３は、真空排気された真空槽チャンバ（図示せず）に設置され、成膜材料２２である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）に吸着した水分を除去する作用とともに、成膜材料２２を供給する際の真空チャンバ２１内の真空度低下を最小限に抑える予備真空室となる。

また、成膜材料供給装置４０の材料ホッパー４１の排出口４２には開閉弁（図示せず）が設けられ、開閉弁の開閉によって材料フィーダ４３への成膜材料２２の投入を制御している。また、図２に示すように、材料フィーダ４３はその下部に駆動モータ４３ａを備え、駆動モータ４３ａの駆動軸４３ｂが容器４３ｃ内のスクリュー（図示せず）などに連結されている。容器４３ｃ内のスクリューの回転によって、材料ホッパー４１から材料フィーダ４３の容器４３ｃに投入された成膜材料２２が容器４３ｃの底部から上部に搬送されて、傾斜した容器４３ｃの上端面のフィーダ排出部４４よりシューター４５に滑落するようにしている。

シューター４５への成膜材料２２の供給量、すなわちハース２３への成膜材料２２の供給量の制御は、駆動モータ４３ａの回転数などを制御することによって行うことができる。

次に、図２を参照しながら成膜材料２２をハース２３に供給する工程について詳細に説明する。材料ホッパー４１には、連続運転する期間に応じて、必要量の成膜材料２２である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が収納される。例えば、成膜装置２０を所定期間連続運転する場合、その期間にハース２３で消費される量に相当する成膜材料２２を材料ホッパー４１に収納しておく。材料ホッパー４１の下部は漏斗状になっていて、排出口４２に設けた開閉弁の開閉を制御して材料フィーダ４３への供給を制御し、材料フィーダ４３の容器４３ｃ内における成膜材料２２の量が略一定となるように制御している。

材料フィーダ４３は、その容器４３ｃの内部に軸心を傾斜して回転する螺旋溝を有する回転体を備え、その回転体が駆動軸４３ｂによって駆動モータ４３ａに連結されている。また、容器４３ｃは水平面に対して５０度〜６０度の角度で傾斜している。

材料フィーダ４３の容器４３ｃに供給された成膜材料２２は、回転するスクリューの回転によって容器４３ｃの上方に移送され、容器４３ｃの最も低くなっている上端面のフィーダ排出部４４からシューター４５の上端部に所定の供給量が滑落供給される。

シューター４５は、その上端部が容器４３ｃの上端面に位置し、下端部がハース２３に位置するように、全体として容器４３ｃからハース２３に向けて傾斜して構成されている。すなわち、シューター４５の上端部に供給された成膜材料２２が、シューター４５を滑落しながらハース２３に供給される。

また、図２に示すように、ハース２３は同心円状にくり抜かれた円板状であり、くり抜かれた部分に材料受け部３３が形成されている。すなわち、材料受け部３３の深さは成膜材料２２の粒子径の２〜３倍であり、ここに成膜材料２２が収容される。材料受け部３３のシューター４５から成膜材料２２が供給される位置は、材料受け部３３の電子ビーム２５が照射される位置と離間している。図２では、ハース２３上で成膜材料２２が供給される位置と電子ビーム２５の照射位置とは回転軸３２に対して対称な位置にある。すなわち、シューター４５から材料受け部３３に供給された成膜材料２２が、ハース２３の回転によって電子ビーム２５の照射位置まで移動して電子ビーム２５が照射されて蒸発する。

したがって、ハース２３内の成膜材料２２が加熱、蒸発により消費されるのを補うように成膜材料供給装置４０が運転される。

さらに、本実施の形態１における成膜材料供給装置４０は、材料受け部３３に残留する成膜材料２２の量を検出する検出部３４と、検出部３４からの出力情報に基づいて螺旋溝を有する回転体の回転を制御するよう駆動モータ４３ａの回転を制御する回転制御部３５とを備えている。

次に、実施の形態１における成膜材料供給装置４０についてさらに詳細に説明する。成膜装置２０のハース２３上の成膜材料２２は成膜装置２０の運転に伴って消費されて減少する。したがって、長時間に亘って安定的に連続運転をするためには、消費された成膜材料２２に見合う成膜材料２２をハース２３に連続的に供給して、ハース２３上の成膜材料２２の量を常に一定に保つ必要がある。消費量に対して供給量が不足すると、ハース２３の材料受け部３３の成膜材料２２厚みが薄くなり成膜レートが低下してしまう。逆に、消費量に対して供給量が過多になると、材料受け部３３上に蓄積された成膜材料２２の厚みが厚くなり成膜レートが局所的に増大したり、材料受け部３３から成膜材料２２が溢れて落下し、成膜材料２２の利用率が低下したりする。

図３は、本実施の形態１における成膜材料供給装置４０の検出部３４の構成を示す図であり、図２における成膜装置２０の要部のみを示している。図３に示すように、本実施の形態１における成膜材料供給装置４０では、検出部３４として材料受け部３３内の成膜材料２２の量を監視するカメラ装置３６を真空チャンバ２１の側壁に取り付けている。

すなわち、このカメラ装置３６によって、材料受け部３３の成膜材料２２の量をモニタリングし、得られた画像をあらかじめ設定した画像と比較することにより材料受け部３３の成膜材料２２の量を判別する。その判別結果を図２における回転制御部３５に伝達し、材料受け部３３に残留する成膜材料２２が一定となるように、駆動モータ４３ａの回転を制御する。

すなわち、材料受け部３３に残留する成膜材料２２の量が少ないと判断した場合には、成膜材料２２の供給量を増加させるため駆動モータ４３ａの回転速度を速め、逆に、残留する成膜材料２２量が過多であると判断した場合には、駆動モータ４３ａの回転速度を遅くする。

なお、カメラ装置３６で監視する材料受け部３３の位置は、シューター４５から成膜材料２２が供給されて電子ビーム２５が照射されるまでの位置であることが望ましい。

このように、本実施の形態１では、材料受け部３３での成膜材料２２の量を常にカメラ装置３６でモニタリングしてその量の多さを判別し、その判別結果に基づいて、材料フィーダ４３からの材料受け部３３への成膜材料２２の供給量を制御している。その結果、電子ビーム２５が照射される位置での材料受け部３３の成膜材料２２の量を一定とすることができ、長時間に亘って安定した保護膜９の成膜を実現することができる。

（実施の形態２）
図４、図５は、実施の形態２における成膜材料供給装置の構成を示す図であり、図４は実施の形態２における成膜材料供給装置のハース２３の平面図、図５は図４のＸ−Ｘ線断面図である。

図４および図５に示すように、ハース２３は矢印Ｒ方向に回転する。成膜材料２２はシューター４５からハース２３上の位置６０に供給され、位置６１で電子ビーム２５が照射される。また、検出部３７は、ハース２３が回転する方向の位置６０と位置６１との間に設けられている。

本実施の形態２では、検出部３７は電極３８と電極３９との間とで構成するコンデンサであり、コンデンサの容量値に応じて成膜材料２２の量が検出できる。成膜材料２２である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の比誘電率は約１０であるので、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の量が多くなるに伴って容量値が増大する。したがって、回転軸３２の周りにハース２３が回転するのに伴い、ハース２３の材料受け部３３に積載されている成膜材料２２の量を検出できる。当然、この場合には、ハース２３はカーボンや金属などの電気導電体であることが必要である。

このような構成によって、材料受け部３３に積載されている成膜材料２２の量を、簡単な構成で判別でき、これらの電気信号としての判別結果を図２に示す回転制御部３５に伝達させることができる。その結果、ハース２３の材料受け部３３に供給する成膜材料２２の供給量を制御することができる。

（実施の形態３）
図６、図７は、実施の形態３における成膜材料供給装置の構成を示す図であり、図６は実施の形態３におけるハース２３の平面図、図７は図６のＹ−Ｙ線断面図である。図４および図５に示すように、ハース２３は矢印Ｒ方向に回転する。成膜材料２２はシューター４５からハース２３上の位置６０に供給され、位置６１で電子ビーム２５が照射される。また、スクレッパ６２が、ハース２３が回転する方向の位置６０と位置６１との間に設けられている。

スクレッパ６２は、材料受け部３３の上面部６３に近接してハース２３の上面に設けられている。スクレッパ６２はハース２３の材料受け部３３に所定の高さ以上に積載された成膜材料２２を剥ぎ取る役目を果たすとともに、スクレッパ６２に検出部６４を備えている。すなわち、本実施の形態では、材料受け部３３に余剰に成膜材料２２を供給し、余剰分をスクレッパ６２で掻き取りながら、その掻き取られた余剰分の成膜材料２２を検出して、その余剰分が一定となるように制御するものである。

このように、掻き取られた成膜材料２２の量を一定とすることで、電子ビーム２５が照射される位置６１での材料受け部３３の成膜材料２２は、常に材料受け部３３の深さに一致した平面性が保たれた量とすることができる。

なお、スクレッパ６２には検出部６４が設けられている。本実施の形態における検出部６４としては、ＬＥＤと受光素子からなるフォトカプラなどであってもよい。すなわち、スクレッパ６２の前面６５にＬＥＤ素子を取り付け、その面からの光量を受光素子で受光してスクレッパ６２で掻き取られる余剰な成膜材料２２の量を検出することもできる。

また、検出部６４がスクレッパ６２の前面６５に取り付けられた圧電センサであってもよい。圧電センサは高周波電圧を印加して振動状態にある圧電素子が、付加荷重によって振動状態が変化することを利用するものである。ハース２３が回転することにより、スクレッパ６２の前面６５に余剰な成膜材料２２によって印加される付加荷重を検出することができる。

以上のように、本実施の形態３では、スクレッパ６２に滞留する余剰な成膜材料２２の量を検出し、その量が一定となるように材料フィーダ４３からの成膜材料２２の供給量を制御することができる。

なお、成膜材料２２の供給量があまりにも過剰である場合には、スクレッパ６２の前面６５に多量の成膜材料２２が滞留されてハース２３の正常な回転が阻止される場合がある。そのために、スクレッパ６２に回転機構を設け、スクレッパ６２を回転させてスクレッパ６２の前面６５に蓄積した成膜材料２２をハース２３外に振るい落とすようにしてもよい。

以上の説明では、検出部としてカメラ、コンデンサ、フォトカプラ、さらには圧電素子などを例として説明したが、これらに限らず、例えばハース２３の重量を計測する重量検知部などを設けてもよい。

以上のように、実施の形態における成膜材料供給装置によれば、簡単な構成でハース上の成膜材料の量を常に一定に保つことができ、長時間に亘る連続運転においても安定的に均一な成膜を実現できる。

本発明による成膜材料供給装置によれば、長時間に亘り連続して安定的に成膜することが可能で、広く薄膜成膜装置などに適用が可能である。

１ ＰＤＰ
２ 前面板
３ 前面ガラス基板
４ 走査電極
５ 維持電極
６ 表示電極
７ ブラックストライプ（遮光層）
８ 誘電体層
９ 保護膜
１０ 背面板
１１ 背面ガラス基板
１２ アドレス電極
１３ 下地誘電体層
１４ 隔壁
１５ 蛍光体層
１６ 放電空間
２０ 成膜装置
２１ 真空チャンバ
２２ 成膜材料
２３ ハース
２４ 電子ビーム源
２５ 電子ビーム
２６ 排気ポンプ
２７ 真空計
２８ 加熱ヒーター
２９ シャッター板
３０ 蒸着粒子
３１ 膜厚モニタ
３２ 回転軸
３３ 材料受け部
３４，３７，６４ 検出部
３５ 回転制御部
３６ カメラ装置
３８，３９ 電極
４０ 成膜材料供給装置
４１ 材料ホッパー
４２ 排出口
４３ 材料フィーダ
４３ａ 駆動モータ
４３ｂ 駆動軸
４３ｃ 容器
４４ フィーダ排出部
４５ シューター
６０，６１ 位置
６２ スクレッパ
６３ 上面部
６５ 前面

Claims (6)

1. 回転する材料受け部を有するハースに成膜材料を供給する成膜材料供給装置であって、内壁面に螺旋溝を有する回転体を備えた材料フィーダと、前記材料フィーダから前記材料受け部に前記成膜材料を滑落させて供給するシューターと、前記材料受け部に残留する前記成膜材料の量を検出する検出部と、前記検出部からの出力情報に基づいて前記回転体の回転数を制御する回転制御部とを有する成膜材料供給装置。
2. 前記検出部が前記材料受け部の成膜材料の量を監視するカメラ装置であることを特徴とする請求項１に成膜材料供給装置。
3. 前記検出部が、前記材料受け部と前記材料受け部の上面に設けた電極との間で形成されるコンデンサであることを特徴とする請求項１に記載の成膜材料供給装置。
4. 前記検出部が、前記材料受け部に設けたＬＥＤと受光素子とからなるフォトカプラであることを特徴とする請求項１に記載の成膜材料供給装置。
5. 前記材料受け部の上端部に、前記材料受け部からの前記成膜材料を掻き取るスクレッパを備え、前記検出部が前記スクレッパに掻き取られた前記成膜材料の量を検出するセンサであることを特徴とする請求項１に記載の成膜材料供給装置。
6. 前記センサが前記スクレッパに掻き取られた成膜材料の量を検出するＬＥＤと受光素子とからなるフォトカプラであることを特徴とする請求項５に記載の成膜材料供給装置。

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