JP4197204B2

JP4197204B2 - Magnesium oxide production equipment

Info

Publication number: JP4197204B2
Application number: JP30260298A
Authority: JP
Inventors: 崇行森脇; 均中河原
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2018-10-23
Also published as: JP2000129428A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化マグネシウム膜の作製装置に関し、特に、酸素ガスとアルゴンガスが混合された雰囲気中で電子ビームで材料を蒸発させ反応性蒸着に基づいて基板表面に酸化マグネシウム膜を作製し、例えばＰＤＰの電極の保護膜として酸化マグネシウム膜を利用する場合に量産に適した作製装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子ビームを利用して材料を蒸発させ、蒸着に基づいて基板表面に酸化マグネシウム膜の作製は、真空容器内の成膜雰囲気中に主に酸素ガスを導入し、適当な酸素分圧の酸素ガス雰囲気中での反応性蒸着により行われている（例えば特開平５−２３４５１９号公報等）。ここで反応性蒸着とは、膜中で欠損する酸素原子を、導入した酸素を活性化することで補って蒸着させる手法である。この手法により、可視光領域において透明でかつ〈１１１〉配向の酸化マグネシウム膜が一般に作製される。なお〈１１１〉配向の酸化マグネシウム膜は、膜厚方向の結晶方位が〈１１１〉で、膜平面と平行な面が｛１１１｝面の結晶を有する膜である。
【０００３】
上記酸化マグネシウム膜はプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）の電極の保護膜として用いられる。酸化マグネシウム膜の〈１１１〉配向膜は、他の膜質の酸化マグネシウム膜、すなわち、特定の結晶方位が他の結晶方位に対して優勢とならず個々の結晶が不規則な方向に結晶成長した状態の膜、および比較的形成しやすい〈２００〉配向膜等と比べて、パネル表示の安定化および長寿命化の上で優れているといわれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の酸化マグネシウム膜の作製方法によれば、〈１１１〉配向で、さらに９０％以上の透過率の膜を得るには、膜中で欠損する酸素を補うようにするため多量の酸素ガス流量が必要であった。その結果、従来の酸化マグネシウム膜の作製方法は、次のような欠点を有していた。
【０００５】
酸化マグネシウム膜は、大気中の水および二酸化炭素を吸着させやすい性質を持つので、酸化マグネシウム膜を作製する装置には水の排気速度が他のポンプに比べ高いクライオポンプの搭載が望ましい。しかし、従来装置による蒸着による酸化マグネシウム膜の作製では多量の酸素ガスを導入する必要があり、ため込み型ポンプであるクライオポンプの使用はポンプ内への酸素ガスのため込みの危険性が問題となる。そのため、従来の作製プロセスを用いた状態で、長時間の連続稼働が求められる生産装置へのクライオポンプの採用は難しい。
【０００６】
蒸着法による酸化マグネシウム膜の作製には、真空容器内で、蒸着材料としての酸化マグネシウムに電子ビームを照射し、材料を加熱して蒸発させる電子ビーム蒸着法が一般に用いられている。従来の酸素ガスを多量に導入する酸化マグネシウム膜の作製プロセスでは、酸素が原因で、電子ビームの電子発生部となるフィラメントが酸化し、その寿命が短くなる。そのため、長時間の連続稼働が求められる生産装置にとって従来の酸化マグネシウム膜の作製プロセスは不向きである。
【０００７】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、蒸着による酸化マグネシウム膜の作製で、真空容器への酸素ガスの導入量が相対的に少量であっても膜質の良好な例えば〈１１１〉配向性の酸化マグネシウム膜を作製することができ、これにより水分に対する排気能力の高いクライオポンプを量産用作製装置に搭載でき、さらに作製装置の連続稼働時間を延ばすことのできる酸化マグネシウム膜の作製装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る酸化マグネシウム膜の作製装置は、上記目的を達成するため、次のように構成される。
第１の酸化マグネシウム膜の作製装置は、排気手段を備えた真空容器内で、材料容器に入れられた酸化マグネシウム材料を加熱して蒸発させる蒸発手段により、この蒸発材料を上方に置かれた基板の表面に蒸着させて当該表面に酸化マグネシウム膜を形成する酸化マグネシウム膜の作製装置であって、真空容器内に酸素ガスとアルゴンガスの導入手段を有し、かつ、前記排気手段にクライオポンプを有し、酸素ガスとアルゴンガスが混合された雰囲気中で反応性蒸着に基づき特定の配向性を持った酸化マグネシウム膜を基板に形成する装置である。
上記装置によれば、酸素ガスと共に導入されるアルゴンガスの活性作用で酸素を活性化し、真空容器内への酸素ガスの導入量を低減しても、良質な〈１１１〉配向性の酸化マグネシウム膜を作ることが可能となる。
第２の酸化マグネシウム膜の作製装置は、上記の装置において、酸素ガスの導入量は相対的に少なく、かつアルゴンガスの導入量は相対的に多くし、アルゴンガスの活性化によって少なくとも酸素ガスの活性化を高め、反応性蒸着における反応性を高めるように制御したことを特徴とする。
第３の酸化マグネシウム膜の作製装置は、上記の装置において、酸素ガスとアルゴンガスの混合割合を真空容器への導入量で表すと、酸素導入量／アルゴンガス導入量の値が最も好ましくは１／７〜２／７の範囲に制御したことを特徴とする。
第４の酸化マグネシウム膜の作製装置は、上記の装置において、蒸発手段が電子ビームであることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明に係る酸化マグネシウム膜の作製方法が実施される蒸着装置の概略構成を示す。蒸着装置は、直列に接続された基板出入れチャンバ（以下「ＬＬチャンバ」という）１１と成膜チャンバ１２と加熱チャンバ１３を備える。これらのチャンバ１１〜１３の内部の下側にはガラス基板１４を載置したトレイ１５を搬送する搬送系１６が設けられる。成膜チャンバ１２と加熱チャンバ１３の内部上側にはランプヒータ１７が設けられている。成膜チャンバ１２の下壁は開放部１８が形成されており、かつその下部には蒸発源１９および磁束発生部２０が装備されたチャンバ２１が設けられている。チャンバ２１の側部には直進型電子銃２２と電離真空計２３が備えられる。
【００１１】
ＬＬチャンバ１１の入り口部と、ＬＬチャンバ１１および成膜チャンバ１２の間にはゲートバルブ２４，２５が設けられる。またＬＬチャンバ１１とチャンバ２１には、バルブ２６，２７を経由してロータリポンプ２８が接続される。さらにチャンバ２１にはクライオポンプ２９が付設されている。
【００１２】
蒸発源１９は、膜素材である蒸発物質としての酸化マグネシウム３０を収納するルツボ（耐熱容器）３１からなる。上記磁束発生部２０は、電子銃２２からの電子ビーム（熱電子流）３２を偏向してルツボ３１内の酸化マグネシウム３０に導く。電子ビーム３２のエネルギによって酸化マグネシウム３０を加熱して蒸発させる。
【００１３】
蒸発源１９が設けられたチャンバ２１の内部には、導入路３３により酸素ガス（Ｏ₂）が導入され、導入路３４によりアルゴンガス（Ａｒ）が導入される。導入路３３にはマスフローコントローラ３５が設けられて酸素ガスの導入量が制御され、導入路３４にはマスフローコントローラ３６が設けられてアルゴンガスの導入量が制御される。
【００１４】
酸化マグネシウム膜を堆積させるガラス基板１４は、水平姿勢のトレイ１５上に載せられ、搬送系１６により水平搬送される。トレイ１５は、トレイ搬送ラインに沿って、ＬＬチャンバ１１と成膜チャンバ１２と加熱チャンバ１３を順次に搬送される。
【００１５】
上記蒸着装置において、ガラス基板１４を載せたトレイ１５をゲートバルブ２４を介してＬＬチャンバ１１に導入し、次いでロータリポンプ２８によりＬＬチャンバ１１内を１０Ｐａ以下まで排気する。その後、バルブ２６を閉じ、ロータリポンプ２８によるＬＬチャンバ１１の排気を停止する。この際、ロータリポンプ２８によってチャンバ２１、成膜チャンバ１２等の内部も同時に排気されている。その後、クライオポンプ２９によってチャンバ２１と成膜チャンバ１２と加熱チャンバ１３は排気され、所要の真空状態に減圧されている。続いてゲートバルブ２５を開いて、ＬＬチャンバ１１は、予め真空状態となっている成膜チャンバ１２と加熱チャンバ１３と共に、クライオポンプ２９により排気される。ガラス基板１４を載せたトレイ１５は、一旦、成膜チャンバ１２を通過して加熱チャンバ１３へ搬送され、加熱チャンバ１３においてガラス基板１４はランプヒータ６によって２００℃となるように加熱される。
【００１６】
成膜チャンバ１２内の圧力が１×１０^-3Ｐａ以下に達すると、直進型電子銃２２と蒸発源１９と磁束発生部２０を作動させて、酸化マグネシウム３０を蒸発させる。続いて酸素ガスおよびアルゴンガスをそれぞれマスフローコントローラ３５およびマスフローコントローラ３６により流量制御しながら成膜チャンバ２１の内部に導入し、直進型電子銃２２の作動可能な１．０×１０^-2〜１．０×１０^-1Ｐａの範囲内の所定圧力にて、堆積速度が例えば４０オングストローム／秒となるように直進型電子銃２２と蒸発源１９等の制御を行う。
【００１７】
成膜チャンバ１２内の圧力と堆積速度が安定した後、ガラス基板１４の載せられたトレイ１５を、加熱チャンバ１３からＬＬチャンバ１１の方向に２００℃の基板温度を保ちながら或る速度で搬送させる。トレイ１５が搬送され、成長チャンバ１２の蒸発源１９上を通過する間、蒸発源１９から蒸発した酸化マグネシウムは蒸発流となってガラス基板１４の表面に到達し、ガラス基板１４上に結晶成長の形で酸化マグネシウム膜が堆積する。ガラス基板１４の表面で堆積する酸化マグネシウムでは、後述するように所定割合で混合された酸素ガスとアルゴンガスからなる混合ガス雰囲気中で結晶成長が進行する。
【００１８】
トレイ１５が成膜チャンバ１２を通過してＬＬチャンバ１１まで搬送され、ガラス基板１４上への酸化マグネシウム膜の作製が終了すると、直進型電子銃２２、蒸発源１９、ランプヒータ１７の動作を停止し、ガラス基板１４の温度がある程度下がるのを待つ。その後ゲートバルブ２５を閉め、ＬＬチャンバ１１のみを大気圧に戻した後、ゲートバルブ２４を開いて、ガラス基板１４の載置されたトレイ１５をＬＬチャンバ１１から取り出し、ガラス基板１４を回収する。
【００１９】
次に、上記蒸着装置による酸化マグネシウム膜の作製方法において、マスフローコントローラ３５，３６による酸素ガスおよびアルゴンガスの流量制御の方法を詳述する。
【００２０】
図２は従来の酸素ガスのみを多量に導入する蒸着プロセスにおける酸素ガス導入量の変化に伴う酸化マグネシウム膜の結晶配向性の変化を示すグラフである。このグラフから明らかなように、〈１１１〉配向のみの膜を得るためには、酸素ガス流量として少なくとも７０sccmの酸素ガス導入が必要であることがわかる。例えば７０sccmは酸素ガス流量として多すぎ、前述した問題点が提起される。そこで本実施形態では、以下、酸素ガス流量を、〈２００〉配向が含まれることにより〈１１１〉配向のみの膜を得ることができない２０sccmに設定して蒸着プロセスを行うことについて検討する。なお酸素分圧としては３．０×１０^-2Ｐａ以上が必要である。なお図２のグラフを得るにあたり他の条件として、バックグラウンド圧力は〜０．５×１０^-4Ｐａ、エミッション電流は２２０ｍＡ、ガス導入前圧力は〜２．０×１０^-3Ｐａである。
【００２１】
図３は、本実施形態による酸化マグネシウム膜の作製方法を図解するグラフであり、酸素ガス流量を２０sccmで一定とし、導入されるアルゴンガスの流量の変化に伴う酸化マグネシウム膜の結晶配向性の変化を示している。アルゴンガスの導入量は０〜７０sccmの範囲で変化させる。
【００２２】
図３のグラフでは、アルゴンガスの流量の増加に伴って、得られる膜の｛１１１｝面に基づく回析強度は強くなり、｛２００｝面に基づく回析強度は弱くなる傾向が認められる。酸素ガスの導入量が２０sccm程度（酸素分圧：１．０×１０^-2Ｐａ）の少量であっても、アルゴンガスの導入流量の増加に伴って、得られる膜は〈１１１〉配向となることが認められる。アルゴンガスの導入量を７０sccm（アルゴン分圧：５．２×１０^-2Ｐａ）まで増加させると、〈１１１〉配向以外の結晶方位がほとんど存在しない優れた〈１１１〉配向膜を作製することが可能となる。つまり、従来の蒸着プロセスに比較して２０sccmという低い酸素ガス導入量（酸素分圧としては１．０×１０^-2Ｐａ）において、〈１１１〉配向の酸化マグネシウム膜を作製するためには、酸素ガスと共にアルゴンガスを導入し、かつその導入量を少なくとも７０sccmとすることが必要である。酸素ガスとアルゴンガスの導入量を圧力の観点で見てみると、全圧の上限を越えない範囲で、好ましくは分圧比Ｏ₂：Ａｒ＝１：５の割合、あるいはアルゴンガスの分圧がより高くなる割合で混合されたガス雰囲気中で蒸着が行われることが必要である。なお図３のグラフを得るにあたり他の条件として、バックグラウンド圧力は１．０×１０^-3Ｐａ、エミッション電流は２２０ｍＡ、ガス導入前圧力は２．０〜３．０×１０^-3Ｐａである。
【００２３】
図４は、酸素ガスの流量を２０sccmと一定にした状態で、アルゴンガスの流量の変化に伴う酸化マグネシウム膜の透過率（５５０ｎｍの可視光を利用）の変化を示すグラフである。アルゴンガスの導入量は０〜７０sccmの範囲で変化させている。導入するアルゴンガスの流量の増加に伴って、得られる膜の透過率は高くなる傾向が認められる。つまり、アルゴンガス流量の増加に伴い、酸化マグネシウム膜中に取り込まれる酸素が増えていることがわかる。なお図４のグラフを得るにあたり他の条件として、バックグラウンド圧力は１．０×１０^-3Ｐａ、エミッション電流は２２０ｍＡ、ガス導入前圧力は２．０〜３．０×１０^-3Ｐａである。
【００２４】
図５は、アルゴンガスの流量を７０sccmで一定とし、酸素ガスの流量の変化に伴う酸化マグネシウム膜の結晶配向性の変化を示すグラフである。酸素ガスの流量は０〜２０sccmの範囲で変化させている。
【００２５】
図５のグラフによれば、酸素ガスの流量の増加に伴って、得られる膜の｛１１１｝面に基づく回析強度は強くなり、｛２００｝面に基づく回析強度は弱くなる傾向が認められる。アルゴンガスを７０sccmの流量で導入した場合（アルゴン分圧：５．２×１０^-2Ｐａ）、１０sccm（酸素分圧：６．０×１０^-3Ｐａ）以上の流量で酸素ガスを導入すれば、〈１１１〉配向以外の結晶方位がほとんど存在しない〈１１１〉配向膜を作製することが可能となることがわかる。つまり、従来の蒸着プロセスに比較して１０sccmという低い酸素ガス導入量（酸素分圧としては６．０×１０^-3Ｐａ）において、〈１１１〉配向の酸化マグネシウム膜を作製するためには、酸素ガスと共に、少なくとも７０sccmのアルゴンガスを導入することが必要である。また酸素ガスとアルゴンガスの各導入量を圧力の観点で見てみると、全圧の上限を越えない範囲で、好ましくは分圧比Ｏ₂：Ａｒ＝１：８．７の割合、あるいはアルゴンガスの分圧がより高くなる割合で混合されたガス雰囲気中で蒸着が行われることが必要である。なお図５のグラフを得るにあたり他の条件として、バックグラウンド圧力は１．０×１０^-3Ｐａ、エミッション電流は２２０ｍＡ、ガス導入前圧力は２．０〜３．０×１０^-3Ｐａである。
【００２６】
以上の説明によれば、本発明による酸化マグネシウム膜の蒸着方法において、〈１１１〉配向性のみを有する膜を酸素導入量を低減することにより作製するには、酸素ガス導入量１０〜２０sccmに対しアルゴンガス導入量を７０sccmとすることが望ましい。この酸素ガス／アルゴンガスの比を導入量による比の範囲で表すと、もっとも好ましい範囲は１／７〜２／７となる。なおアルゴンガスの導入量は少なくとも７０sccmが必要であり、それ以上であってもよい。アルゴンガスの導入量が７０sccmよりも多くなるときには、上記範囲はより小さい値となるように変化する。また上記の酸素ガス／アルゴンガスの比を分圧比で表現することも可能であるが、この場合には上記の導入量の比とは異なる範囲となる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、所定の混合条件で混合された酸素ガスとアルゴンガスの混合ガス雰囲気中での電子ビーム蒸着によりガラス基板に酸化マグネシウム膜を堆積させるようにしたため、酸素導入量をできる限り低減した状態で、膜品質の高い〈１１１〉配向の酸化マグネシウム膜を作ることができる。〈１１１〉配向で可視光領域において透明な酸化マグネシウム膜を低酸素流量プロセスで作製することが可能となり、水分に対する排気能力の高いクライオポンプの装置への搭載が可能となり、さらに蒸着成膜装置の連続稼働時間の延長が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による酸化マグネシウム膜の作製方法が適用される蒸着装置の概略構成を示す図である。
【図２】酸素ガスのみを多量に導入する従来の蒸着プロセスに関する酸素ガス導入量と酸化マグネシウム膜の配向性の関係を示すグラフである。
【図３】アルゴンガス導入量と酸化マグネシウム膜の結晶配向性との関係を示すグラフである。
【図４】アルゴンガス導入量と酸化マグネシウム膜の可視光波長５５０ｎｍにおける透過率との関係を示すグラフである。
【図５】アルゴンガス導入量を７０sccmで一定とした条件下における酸素ガス導入量と酸化マグネシウム膜の配向性との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１１基板出入れチャンバ（ＬＬチャンバ）
１２成膜チャンバ
１３加熱チャンバ
１４ガラス基板
１５トレイ
１６搬送系
１９蒸発源
２０磁束発生部
２２直進型電子銃
２８ロータリポンプ
２９クライオポンプ
３０酸化マグネシウム
３１ルツボ
３２電子ビーム
３５マスフローコントローラ（Ｏ₂）
３６マスフローコントローラ（Ａｒ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for producing a magnesium oxide film, and in particular, evaporates a material with an electron beam in an atmosphere in which oxygen gas and argon gas are mixed to produce a magnesium oxide film on a substrate surface based on reactive deposition, for example, The present invention relates to a manufacturing apparatus suitable for mass production when a magnesium oxide film is used as a protective film for an electrode of a PDP.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the material is evaporated using an electron beam, and the production of a magnesium oxide film on the surface of a substrate based on vapor deposition is mainly performed by introducing an oxygen gas into a film formation atmosphere in a vacuum vessel, and setting an appropriate oxygen partial pressure. This is performed by reactive vapor deposition in an oxygen gas atmosphere (for example, JP-A-5-234519). Here, the reactive vapor deposition is a technique in which oxygen atoms deficient in the film are supplemented by activating the introduced oxygen for vapor deposition. By this method, a magnesium oxide film which is transparent in the visible light region and has a <111> orientation is generally produced. Note that a <111> -oriented magnesium oxide film is a film having a crystal orientation in the film thickness direction of <111> and a crystal parallel to the film plane and having a {111} plane.
[0003]
The magnesium oxide film is used as a protective film for an electrode of a plasma display panel (PDP). The <111> orientation film of the magnesium oxide film is a magnesium oxide film of another film quality, that is, a state in which a specific crystal orientation does not dominate other crystal orientations and individual crystals grow in irregular directions. It is said that it is superior in stabilizing the panel display and prolonging its life as compared with the above-mentioned film and the <200> orientation film that is relatively easy to form.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to a conventional method for producing a magnesium oxide film, in order to obtain a film with a <111> orientation and a transmittance of 90% or more, a large amount of oxygen gas is used to compensate for oxygen deficient in the film. A flow rate was required. As a result, the conventional method for producing a magnesium oxide film has the following drawbacks.
[0005]
Since the magnesium oxide film has the property of easily adsorbing water and carbon dioxide in the atmosphere, it is desirable that the apparatus for producing the magnesium oxide film be equipped with a cryopump having a higher water exhaust speed than other pumps. However, it is necessary to introduce a large amount of oxygen gas in the production of a magnesium oxide film by vapor deposition with a conventional apparatus, and the use of a cryopump, which is a built-in pump, has a problem of the risk of trapping because of oxygen gas in the pump. Become. For this reason, it is difficult to employ a cryopump in a production apparatus that requires continuous operation for a long time using a conventional manufacturing process.
[0006]
For the production of a magnesium oxide film by a vapor deposition method, an electron beam vapor deposition method is generally used in which a magnesium oxide as a vapor deposition material is irradiated with an electron beam in a vacuum vessel, and the material is heated and evaporated. In a conventional manufacturing process of a magnesium oxide film in which a large amount of oxygen gas is introduced, a filament that becomes an electron generating part of an electron beam is oxidized due to oxygen, and its lifetime is shortened. Therefore, the conventional process for producing a magnesium oxide film is not suitable for a production apparatus that requires continuous operation for a long time.
[0007]
An object of the present invention is to solve the above-described problem. In the production of a magnesium oxide film by vapor deposition, even if the amount of oxygen gas introduced into the vacuum vessel is relatively small, the film quality is good, for example <111 ＞ Oriented magnesium oxide film can be manufactured, so that a cryopump with high exhaust capability against moisture can be mounted on a mass production production device, and the production of a magnesium oxide film that can extend the continuous operation time of the production device To provide an apparatus .
[0008]
[Means and Actions for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a magnesium oxide film manufacturing apparatus according to the present invention is configured as follows.
The apparatus for producing a first magnesium oxide film is in a vacuum chamber having an exhaust means, by evaporation means Ru evaporated by heating an acid magnesium material placed in the material container is placed the evaporating material upwardly and an apparatus for producing a magnesium oxide film which is deposited on the surface of the substrate to form a magnesium oxide film on the surface, has a means for introducing oxygen gas and argon gas into the vacuum chamber, and cryo said exhaust means It comprises a pump, a oxygen gas and a magnesium oxide film having a specific orientation on the basis of the reactive evaporation with argon gas in a mixed atmosphere device to be formed on the substrate.
According to the above apparatus , even if oxygen is activated by the active action of argon gas introduced together with oxygen gas and the amount of oxygen gas introduced into the vacuum vessel is reduced, a good <111> oriented magnesium oxide film Can be made.
The second magnesium oxide film manufacturing apparatus is the above-described apparatus in which the introduction amount of oxygen gas is relatively small and the introduction amount of argon gas is relatively large. enhance activation, characterized in that control the to increase the reactivity in the reactive deposition.
In the third magnesium oxide film production apparatus , in the above apparatus , when the mixing ratio of the oxygen gas and the argon gas is represented by the introduction amount into the vacuum vessel, the value of the oxygen introduction amount / argon gas introduction amount is most preferably 1. It is characterized by being controlled in the range of / 7 to 2/7.
The fourth magnesium oxide film manufacturing apparatus is characterized in that in the above apparatus , the evaporation means is an electron beam.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0010]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a vapor deposition apparatus in which a method for producing a magnesium oxide film according to the present invention is implemented. The vapor deposition apparatus includes a substrate loading / unloading chamber (hereinafter referred to as “LL chamber”) 11, a film forming chamber 12, and a heating chamber 13 connected in series. A transport system 16 that transports the tray 15 on which the glass substrate 14 is placed is provided on the lower side of the chambers 11 to 13. A lamp heater 17 is provided inside the film forming chamber 12 and the heating chamber 13. An opening 18 is formed on the lower wall of the film forming chamber 12, and a chamber 21 equipped with an evaporation source 19 and a magnetic flux generator 20 is provided below the opening 18. A rectilinear electron gun 22 and an ionization gauge 23 are provided on the side of the chamber 21.
[0011]
Gate valves 24 and 25 are provided between the entrance of the LL chamber 11 and between the LL chamber 11 and the film forming chamber 12. A rotary pump 28 is connected to the LL chamber 11 and the chamber 21 via valves 26 and 27. Furthermore, a cryopump 29 is attached to the chamber 21.
[0012]
The evaporation source 19 includes a crucible (heat-resistant container) 31 that houses magnesium oxide 30 as an evaporation substance that is a film material. The magnetic flux generator 20 deflects the electron beam (thermoelectron flow) 32 from the electron gun 22 and guides it to the magnesium oxide 30 in the crucible 31. The magnesium oxide 30 is heated and evaporated by the energy of the electron beam 32.
[0013]
Inside the chamber 21 provided with the evaporation source 19, oxygen gas (O ₂ ) is introduced through the introduction path 33, and argon gas (Ar) is introduced through the introduction path 34. A mass flow controller 35 is provided in the introduction path 33 to control the introduction amount of oxygen gas, and a mass flow controller 36 is provided in the introduction path 34 to control the introduction amount of argon gas.
[0014]
The glass substrate 14 on which the magnesium oxide film is deposited is placed on a horizontal tray 15 and is horizontally transported by the transport system 16. The tray 15 is sequentially transported through the LL chamber 11, the film forming chamber 12, and the heating chamber 13 along the tray transport line.
[0015]
In the vapor deposition apparatus, the tray 15 on which the glass substrate 14 is placed is introduced into the LL chamber 11 through the gate valve 24, and then the interior of the LL chamber 11 is exhausted to 10 Pa or less by the rotary pump 28. Thereafter, the valve 26 is closed, and the exhaust of the LL chamber 11 by the rotary pump 28 is stopped. At this time, the interiors of the chamber 21 and the film forming chamber 12 are also exhausted by the rotary pump 28 at the same time. Thereafter, the chamber 21, the film forming chamber 12, and the heating chamber 13 are evacuated by the cryopump 29, and the pressure is reduced to a required vacuum state. Subsequently, the gate valve 25 is opened, and the LL chamber 11 is evacuated by the cryopump 29 together with the film forming chamber 12 and the heating chamber 13 which are in a vacuum state in advance. The tray 15 on which the glass substrate 14 is placed is temporarily transferred to the heating chamber 13 through the film formation chamber 12, and the glass substrate 14 is heated to 200 ° C. by the lamp heater 6 in the heating chamber 13.
[0016]
When the pressure in the film forming chamber 12 reaches 1 × 10 ⁻³ Pa or less, the linear electron gun 22, the evaporation source 19, and the magnetic flux generator 20 are operated to evaporate the magnesium oxide 30. Subsequently, oxygen gas and argon gas are introduced into the film forming chamber 21 while controlling the flow rates by the mass flow controller 35 and the mass flow controller 36, respectively, and the linear electron gun 22 can be operated in the range of 1.0 × 10 ⁻² to 1. The linear electron gun 22 and the evaporation source 19 are controlled so that the deposition rate is, for example, 40 angstrom / second at a predetermined pressure within the range of 0 × 10 ⁻¹ Pa.
[0017]
After the pressure in the film forming chamber 12 and the deposition rate are stabilized, the tray 15 on which the glass substrate 14 is placed is conveyed at a certain speed while maintaining the substrate temperature of 200 ° C. in the direction from the heating chamber 13 to the LL chamber 11. . While the tray 15 is transported and passes over the evaporation source 19 of the growth chamber 12, the magnesium oxide evaporated from the evaporation source 19 reaches the surface of the glass substrate 14 as an evaporation flow, and crystal growth on the glass substrate 14 occurs. A magnesium oxide film is deposited in the form. In the magnesium oxide deposited on the surface of the glass substrate 14, crystal growth proceeds in a mixed gas atmosphere composed of oxygen gas and argon gas mixed at a predetermined ratio as described later.
[0018]
When the tray 15 passes through the film forming chamber 12 and is transported to the LL chamber 11 and the production of the magnesium oxide film on the glass substrate 14 is completed, the operations of the linear electron gun 22, the evaporation source 19, and the lamp heater 17 are stopped. And it waits for the temperature of the glass substrate 14 to fall to some extent. Thereafter, the gate valve 25 is closed, and only the LL chamber 11 is returned to the atmospheric pressure. Then, the gate valve 24 is opened, the tray 15 on which the glass substrate 14 is placed is taken out of the LL chamber 11, and the glass substrate 14 is recovered.
[0019]
Next, the method for controlling the flow rate of oxygen gas and argon gas by the mass flow controllers 35 and 36 in the method for producing a magnesium oxide film by the vapor deposition apparatus will be described in detail.
[0020]
FIG. 2 is a graph showing changes in crystal orientation of the magnesium oxide film accompanying changes in the amount of oxygen gas introduced in a conventional vapor deposition process in which only a large amount of oxygen gas is introduced. As is apparent from this graph, in order to obtain a film having only the <111> orientation, it is necessary to introduce an oxygen gas of at least 70 sccm as the oxygen gas flow rate. For example, 70 sccm is too much as an oxygen gas flow rate, and the above-mentioned problems are raised. Therefore, in the present embodiment, hereinafter, it is considered to perform the vapor deposition process with the oxygen gas flow rate set to 20 sccm at which a film having only the <111> orientation cannot be obtained due to the inclusion of the <200> orientation. The oxygen partial pressure must be 3.0 × 10 ⁻² Pa or higher. As other conditions for obtaining the graph of FIG. 2, the background pressure is ˜0.5 × 10 ⁻⁴ Pa, the emission current is 220 mA, and the pressure before gas introduction is ˜2.0 × 10 ⁻³ Pa.
[0021]
FIG. 3 is a graph illustrating the method for producing a magnesium oxide film according to the present embodiment, in which the oxygen gas flow rate is constant at 20 sccm, and the change in the crystal orientation of the magnesium oxide film accompanying the change in the introduced argon gas flow rate. Is shown. The amount of argon gas introduced is varied in the range of 0 to 70 sccm.
[0022]
In the graph of FIG. 3, it can be seen that the diffraction intensity based on the {111} plane of the resulting film increases and the diffraction intensity based on the {200} plane tends to decrease with increasing argon gas flow rate. Even if the introduction amount of oxygen gas is as small as about 20 sccm (oxygen partial pressure: 1.0 × 10 ⁻² Pa), the resulting film has a <111> orientation as the introduction flow rate of argon gas increases. It is recognized that When the amount of argon gas introduced is increased to 70 sccm (argon partial pressure: 5.2 × 10 ⁻² Pa), an excellent <111> orientation film having almost no crystal orientation other than <111> orientation can be produced. It becomes possible. In other words, in order to produce a <111> -oriented magnesium oxide film at an oxygen gas introduction amount as low as 20 sccm (1.0 × 10 ⁻² Pa as the oxygen partial pressure) compared to the conventional vapor deposition process, Argon gas must be introduced together with the gas, and the amount introduced must be at least 70 sccm. From the viewpoint of pressure, the amount of oxygen gas and argon gas introduced is preferably within the range not exceeding the upper limit of the total pressure, preferably the ratio of partial pressure ratio O ₂ : Ar = 1: 5 or the partial pressure of argon gas. It is necessary that the vapor deposition be performed in a gas atmosphere mixed at a higher rate. As other conditions for obtaining the graph of FIG. 3, the background pressure is 1.0 × 10 ⁻³ Pa, the emission current is 220 mA, and the pressure before gas introduction is 2.0 to 3.0 × 10 ⁻³ Pa. .
[0023]
FIG. 4 is a graph showing a change in the transmittance of the magnesium oxide film (using visible light at 550 nm) accompanying a change in the flow rate of the argon gas with the oxygen gas flow rate kept constant at 20 sccm. The amount of argon gas introduced is varied in the range of 0 to 70 sccm. As the flow rate of the introduced argon gas increases, the permeability of the resulting film tends to increase. In other words, it can be seen that the oxygen taken into the magnesium oxide film increases as the argon gas flow rate increases. As other conditions for obtaining the graph of FIG. 4, the background pressure is 1.0 × 10 ⁻³ Pa, the emission current is 220 mA, and the pressure before gas introduction is 2.0 to 3.0 × 10 ⁻³ Pa. .
[0024]
FIG. 5 is a graph showing changes in the crystal orientation of the magnesium oxide film accompanying changes in the flow rate of oxygen gas, with the argon gas flow rate being constant at 70 sccm. The flow rate of oxygen gas is changed in the range of 0 to 20 sccm.
[0025]
According to the graph of FIG. 5, as the flow rate of oxygen gas increases, the diffraction intensity based on the {111} plane of the obtained film tends to increase and the diffraction intensity based on the {200} plane tends to decrease. It is done. When argon gas is introduced at a flow rate of 70 sccm (argon partial pressure: 5.2 × 10 ⁻² Pa), oxygen gas is introduced at a flow rate of 10 sccm (oxygen partial pressure: 6.0 × 10 ⁻³ Pa) or more. It can be seen that it is possible to produce a <111> oriented film having almost no crystal orientation other than <111> oriented. That is, in order to produce a <111> -oriented magnesium oxide film at an oxygen gas introduction amount as low as 10 sccm as compared to the conventional vapor deposition process (oxygen partial pressure is 6.0 × 10 ⁻³ Pa), It is necessary to introduce at least 70 sccm of argon gas along with the gas. Further, from the viewpoint of pressure, the introduction amounts of oxygen gas and argon gas are preferably within a range not exceeding the upper limit of the total pressure, preferably a ratio of partial pressure ratio O ₂ : Ar = 1: 8.7, or argon gas. It is necessary that the vapor deposition be performed in a gas atmosphere mixed at a higher rate of the partial pressure of. As other conditions for obtaining the graph of FIG. 5, the background pressure is 1.0 × 10 ⁻³ Pa, the emission current is 220 mA, and the pressure before gas introduction is 2.0 to 3.0 × 10 ⁻³ Pa. .
[0026]
According to the above description, in the method for depositing a magnesium oxide film according to the present invention, in order to produce a film having only <111> orientation by reducing the oxygen introduction amount, the oxygen gas introduction amount is 10 to 20 sccm. The amount of argon gas introduced is desirably 70 sccm. When the ratio of oxygen gas / argon gas is expressed in the range of the ratio depending on the amount introduced, the most preferable range is 1/7 to 2/7. The introduction amount of argon gas needs to be at least 70 sccm, and may be more than that. When the amount of argon gas introduced is greater than 70 sccm, the above range changes to a smaller value. The ratio of oxygen gas / argon gas can be expressed as a partial pressure ratio, but in this case, the ratio is different from the ratio of the introduction amount.
[0027]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, according to the present invention, the magnesium oxide film is deposited on the glass substrate by electron beam evaporation in a mixed gas atmosphere of oxygen gas and argon gas mixed under predetermined mixing conditions. In addition, a <111> -oriented magnesium oxide film with high film quality can be produced with the oxygen introduction amount reduced as much as possible. It becomes possible to produce a magnesium oxide film that is transparent in the visible light region with a <111> orientation by a low oxygen flow rate process, and can be mounted on a cryopump apparatus having a high exhaust capability against moisture, and further, The continuous operation time can be extended.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a vapor deposition apparatus to which a method for producing a magnesium oxide film according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of oxygen gas introduced and the orientation of a magnesium oxide film in a conventional vapor deposition process in which only a large amount of oxygen gas is introduced.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the amount of argon gas introduced and the crystal orientation of the magnesium oxide film.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the amount of argon gas introduced and the transmittance of the magnesium oxide film at a visible light wavelength of 550 nm.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the oxygen gas introduction amount and the orientation of the magnesium oxide film under the condition that the argon gas introduction amount is constant at 70 sccm.
[Explanation of symbols]
11 Substrate in / out chamber (LL chamber)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Deposition chamber 13 Heating chamber 14 Glass substrate 15 Tray 16 Conveyance system 19 Evaporation source 20 Magnetic flux generation part 22 Straight-ahead electron gun 28 Rotary pump 29 Cryo pump 30 Magnesium oxide 31 Crucible 32 Electron beam 35 Mass flow controller (O ₂ )
36 Mass Flow Controller (Ar)

Claims

A vacuum vessel having an exhaust means, by evaporation means Ru evaporated by heating an acid magnesium material placed in the material container, to the evaporation material is deposited on the surface of the substrate placed upward the surface What manufacturing apparatus der magnesium oxide film to form a magnesium oxide film has a means for introducing oxygen gas and argon gas into the vacuum container and having a cryopump to the exhaust means, the oxygen gas An apparatus for producing a magnesium oxide film , wherein the magnesium oxide film having a specific orientation is formed on the substrate based on reactive vapor deposition in an atmosphere mixed with the argon gas.

The introduction amount of the oxygen gas is relatively small, and the introduction amount of the argon gas is relatively large, and activation of the argon gas enhances at least the activation of the oxygen gas, thereby increasing the reactivity in the reactive vapor deposition. 2. The apparatus for producing a magnesium oxide film according to claim 1, wherein the apparatus is controlled to be increased.

When the mixing ratio of the oxygen gas and the argon gas is expressed by the introduction amount into the vacuum vessel, the value of oxygen introduction amount / argon gas introduction amount is controlled in the range of 1/7 to 2/7. The apparatus for producing magnesium oxide according to claim 1 or 2.

The magnesium oxide production apparatus according to claim 1, wherein the evaporation means is an electron beam.