JPH09137270A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】排気時間の短縮及び設備の簡略化、低コスト化
を可能にする薄膜形成用のスパッタリング装置を提供す
る。 【解決手段】成膜面たるパネルの凸面１２Ａ自体を真空
室１５の構成壁面の一部として利用し、該真空室１５内
にカソード２０とターゲット１８とを配置する。前記タ
ーゲット１８からのスパッタリングによって発生する粒
子を凸面１２Ａに付着させて成膜することで、真空室１
５の小容積化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスパッタリング装置
に係り、特にＴＶブラウン管、パネルガラス等の表面に
薄膜を形成するためのスパッタリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ブラウン管やパネルガラス等の
表面には、反射防止、帯電防止等を目的として種々の薄
膜コーティングが施されている。図１１には、ブラウン
管のパネルに薄膜を形成するためのインライン型スパッ
タリング装置が示されている。同図に示した従来のスパ
ッタリング装置は、中央のスパッターチャンバー１とそ
の前後のバッファーチャンバー２、３から構成されてお
り、各チャンバー１、２、３はそれぞれ拡散ポンプ５及
びロータリーポンプ６により排気され真空状態が保たれ
ている。中央のスパッターチャンバー１内の上方には、
平板状のカソード７、７が設けられており、該カソード
７、７にスパッタ粒子を発生させるターゲットが取り付
けられている。

【０００３】一方、被成膜基体であるブラウン管パネル
８、８は搬送台９に載せられ、図の左側から中央のスパ
ッターチャンバー１に搬送される。そして、該スパッタ
ーチャンバー１内において、いわゆるデポジットダウン
によってパネルの凸面に薄膜が形成される。即ち、前記
カソード７、７に電圧を加えてターゲットをスパッタリ
ングさせ、発生した粒子を下方に配置したパネル表面に
付着させて薄膜を形成するようになっている。成膜が完
了したパネル８は図の右側へと搬出される。尚、前後の
バッファーチャンバー２、３は、中央のスパッターチャ
ンバー１の隔離性を保つ役割を果たしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のインライン型スパッタリング装置は、デポジットダ
ウン特有の問題として、チャンバー内又は搬送移動中の
落下物により被膜にピンホールが生じ易いという欠点が
ある。これに対して、ターゲットを真空槽の下方に配置
し、被成膜基体を真空槽の上方に搬送して上方の成膜面
に向かってターゲットをスパッタリングして成膜するデ
ポジットアップのタイプも知られているが、このデポジ
ットアップ形式では搬送や支持の機構を吊り構造にしな
ければならず、構造が複雑化するという問題がある。

【０００５】また、デポジットダウン、デポジットアッ
プの何れの場合でも、従来のインライン型のスパッタ装
置では、真空槽の容積が大きく、初期排気に時間がかか
るという欠点がある。また、設備が大がかりであるた
め、設備完成までに長期間を要し、費用もかかるという
問題もある。特に、ブラウン管を完成球の状態で薄膜形
成しようとすると、完成球の保持・搬送構造が複雑とな
る上に、真空槽も大型化するという問題があり、かかる
設備を実現することは極めて困難である。従って、従来
は図１２に示すように完成球１００をパネル部１０２と
ファンネル部１０４とに分割し、パネル部１０２のみを
図１１に示すようなスパッタリング装置で成膜しなけら
ばならないという工程上の煩わしさがあった。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、排気時間の短縮及び設備の簡略化、低コスト化
を可能にするスパッタリング装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、被成膜基体の成膜面によって閉塞される開
口部を有した真空容器と、前記真空容器及び被成膜基体
の成膜面によって画成される真空室に連通され、該真空
室の気体を排気する排気手段と、前記真空室内に配設さ
れたカソードと、前記カソードに保持されたターゲット
とを備え、ターゲット表面をスパッタさせ前記被成膜基
体の成膜面にコーティングするようにしたことを特徴と
している。

【０００８】本発明のスパッタリング装置によれば、被
成膜基体の成膜面自体を真空室の構成壁面の一部として
利用しているので、被成膜基体全体を真空室で包囲する
従来のスパッタリング装置にくらべて、真空室の容積を
大幅に減少させることができる。これにより、真空室の
初期排気に要する時間が短縮できるととに、装置全体を
簡略化することができる。

【０００９】特に、前記開口部を真空容器の上面に形成
することにより、いわゆるデポジットアップ形式の成膜
となり、落下物等によるピンホール発生を防止すること
ができる。また、前記真空容器に複数の開口部を形成
し、複数の被成膜基体に対して同時にコーティング処理
することにより、量産性を高めることができる。

【００１０】更に、前記ターゲットを、真空室の内部で
被成膜基体に対して相対運動させることにより、成膜の
均一化を図ることができるとともに、量産性を高めるこ
ともできる。更にまた、複数種類のターゲットを設け、
同一真空室内で異種の成膜を順次に行うことで、多層膜
を効率的に成膜することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
るスパッタリング装置の好ましい実施の形態について詳
述する。図１には、本発明が適用されたスパッタリング
装置の断面図が示されている。このスパッタリング装置
１０は、ブラウン管のパネル１２の凸面１２Ａに薄膜を
成膜する装置であって、真空チャンバー容器１４、合フ
ランジ１６、ターゲット１８、カソード２０、絶縁リン
グ２２及び電源２４から構成されている。

【００１２】真空チャンバー容器１４の上部には開口部
１４Ａが形成されており、該開口部１４Ａに合フランジ
１６を介してブラウン管のパネル１２が取り付けられ
る。このように、被成膜基体（ブラウン管パネル）が取
り付けられることにより、前記開口部１４Ａが閉塞さ
れ、成膜面たるパネルの凸面１２Ａと真空チャンバー容
器１４の壁面とで真空室１５が画成される。前記開口部
１４Ａと合フランジ１６の接合面及び、前記合フランジ
１６とブラウン管パネル１２の接合部には、それぞれシ
ール材２６、２７が用いられており、真空室１５の気密
性が保証されている。

【００１３】また、この真空チャンバー容器１４の側壁
には、排気孔３０とガス導入孔３２とが形成されてお
り、前記排気孔３０は図示しない真空ポンプに連通さ
れ、前記ガス導入孔３２は、図示しないガス供給源に連
通されている。尚、排気孔及びガス導入孔は、真空チャ
ンバー容器１４の底面に設けてもよい。前記真空チャン
バー容器１４内には、平板状のカソード２０が前記ブラ
ウン管パネル１２に対面して配置されており、該カソー
ド２０の下部から延出した基端部２０Ａが、真空チャン
バー容器１４の底面に支持されている。該基端部２０Ａ
は、前記真空チャンバー容器１４の底面に形成された孔
から絶縁リング２２を介して容器外部に突出し、電源２
４に接続されている。また、前記真空チャンバー容器１
４の底面の孔と絶縁リング２２との接触面、及び絶縁リ
ング２２とカソード基端部２０Ａの接触面とはそれぞれ
シール材３４、３５によって気密性が保たれている。

【００１４】図１においては、電源２４のプラス側がア
ースされており、また、真空チャンバー容器１４もアー
スされていて、アノードとなっている。前記真空室１５
内におけるスパッタリングによる成膜方法は、一般に物
理的蒸着法（ＰＶＤ）として知られており、本明細書で
は詳しく説明しないが、ターゲット１８からターゲット
の構成元素の原子又は分子ををスパッタリングし、該ス
パッタリングされた原子又は分子、或いは該原子又は分
子と導入ガス（窒素や酸素など）の化合物をパネルの凸
面１２Ａに付着させて薄膜を形成するものである。

【００１５】次に上記構成のスパッタリング装置の作用
について説明する。先ず、ブラウン管パネル１２を図示
しないハンドリングロボット等によってスパッタリング
装置１０の開口部１４Ａまで搬送し、成膜面たる凸面１
２Ａを、真空チャンバー容器１４の上部に設けた合フラ
ンジ１６上に載置する。この際、前記合フランジ１６の
開口はパネルの凸面１２Ａによって閉ざされるとともに
シール材２６、２７によって真空室１５が完全に密閉空
間となる。

【００１６】次いで、該真空チャンバー容器１４を、図
示しない真空ポンプによって排気し、真空状態とする。
その後、必要に応じてガス導入孔３２より各種のスパッ
ターガス、必要に応じて反応ガスを導入する。導入され
るガスの種類は、成膜する膜の種類によって異なり、例
えば、窒化チタン膜を形成する場合には窒素ガス、酸化
シリコン膜を形成する場合には酸素を僅かに導入する。

【００１７】その後、ターゲット１８をスパッタリング
し、パネル１２の凸面１２Ａに薄膜を形成する。本実施
の形態では、薄膜を形成すべきパネルの凸面１２Ａ自体
を真空室１５の構成壁の一部として利用するようにした
ので、パネル全体を真空槽の内部に閉じ込める従来のス
パッタリング装置に比べて、真空室の容積を大幅に減少
させることがきる。従って、真空室の排気を短時間で完
了することができるとともに、装置自体が非常にコンパ
クト化され、設備の制作も容易で設備コストも低減でき
る。

【００１８】また、図１に示したスパッタリング装置
は、デポジットアップ形式なので、落下物によって薄膜
にピンホールが形成されることもないという利点があ
る。更に、図１に示したスパッタリング装置によれば、
パネル１２のコーティングと全く同じ設備で、ブラウン
管の完成球の状態で凸面１２Ａにコーティングを施すこ
ともできるという利点がある。

【００１９】更にまた、図１のスパッタリング装置は、
装置自体がコンパクトとなるため製作が容易で、ブラウ
ン管の生産量に応じてスパッタリング装置の設備増加に
も機動的に対応することができるという利点もある。図
２には、複数層の薄膜を形成する場合に本発明のスパッ
タリング装置を適用する際の態様例が示されている。一
つの完成球４０には、異種の薄膜を複数層形成すること
が多く、その場合は、各層毎にそれぞれ異なるダーゲッ
ト１８及び周囲ガスを必要とする。同図には三層のコー
ティングを施す場合の例が示され、図の左から順に第１
層コーティング用のスパッタリング装置４１、第２層コ
ーティング用のスパッタリング装置４２、第３層コーテ
ィング用のスパッタリング装置４３が示されている。各
層のスパッタリング装置間における完成球４０の搬送
は、図示しないロボットのハンドリングによって行うよ
うにする。

【００２０】多層コーティング場合、各層のコーティン
グ工程のタクトには、それぞれバラツキがあるので、短
時間で終了するコーティング工程についてはスパッタリ
ング装置の設備台数を少なく、長時間を要するコーティ
ングについては設備台数を多くする等の調整により、総
工程のタクトを考慮して各層コート用の設備台数を最適
化することが可能となる。

【００２１】図３は、図１に示したスパッタリング装置
を拡張した、本発明の第２の実施の形態の平面図が示さ
れている。同図に示したスパッタリング装置５０は、真
空チャンバー容器５１の上面に複数（４個）の開口部５
２、５２…が形成されており、各開口部５２、５２…に
それぞれ、シール材５４、５４…を介して被成膜基体の
ブラウン管パネル（又は完成球）が取り付けられる。真
空チャンバー容器５１の内部には、図示しない大型の長
方形状のターゲットが配設されており、４つのブラウン
管を同時に成膜できるようになっている。かかる構成に
より、４個のブラウン管を同時にコーティングすること
ができ、量産性が高まる。

【００２２】図４には、図１に示したスパッタリング装
置を拡張した、本発明の第３の実施の形態の外観斜視図
が示され、図５にはその平面図、図６にはその概略断面
図が示されている。図４に示したスパッタリング装置６
０は、円形の真空チャンバー容器６１の上面に、ブラウ
ン管をはめ込む開口部６２、６２…が複数（８箇所）設
けられ、各開口部６２、６２…にそれぞれ、ブラウン管
のパネル６４（又は完成球）がはめ込まれ、真空チャン
バー容器６１が閉塞される。また、真空チャンバー容器
６１の内部にはターゲットが取り付けられたカソード６
６が、公知の回転駆動機構により支持されており、該カ
ソード６６が真空チャンバー容器６１内を時計回転方向
又は反時計回転方向に回転運動しながら複数のブラウン
管の凸面６４Ａを均一に成膜するようになっている。

【００２３】前記カソードの回転駆動機構としては、例
えば、図６に示すように円形の真空チャンバー６１に沿
ってカソード６６に環状のラック６８を設け、該ラック
６８と噛み合うピニオン６９をモータ７０で駆動するこ
とが考えられる。尚、回転駆動機構としては他にも種々
の構成が可能であり、カソードを回転駆動する代わりに
ブラウン管パネル側を回転駆動するようにしてもよい。
即ち、カソードを被成膜基体（ブラウン管パネル）に対
して相対的に運動させることにより、成膜の均一化を図
ることができる。また、複数のブラウン管を同時に成膜
することが可能になるので、量産性も向上する。

【００２４】図７には、図５に示した円形のスパッタリ
ング装置において、カソードを二つ設置したスパッタリ
ング装置が示されている。同図に示すように、真空チャ
ンバー容器６１内部に第１のカソード７２と第２のカソ
ード７４とを設け、前記第１のカソード７２には例え
ば、チタン（Ｔｉ）ターゲットを取り付け、第２のカソ
ード７４にはシリコン（Ｓｉ）ターゲットを取り付け
る。

【００２５】上記構成において、先ず、チャンバー内に
チッソガスを導入し、第１カソード７２のみ放電させ
て、ブラウン管に窒化チタン（ＴｉＮ_X ）の薄膜を形成
する。この際、第１カソード７２は、図５で示したよう
にブラウン管に対して相対的に回転駆動されており、複
数のブラウン管が均一に成膜される。窒化チタンの薄膜
形成が終了すると図示しない真空ポンプによって窒素ガ
スを排気し、次に酸素ガズを導入する。そして、第２の
カソード７４のみ放電させるとともに、該第２のカソー
ド７４をブラウン管に対して相対運動させることによ
り、ブラウン管に二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）の薄膜を形
成する。

【００２６】図７に示したスパッタリング装置によれ
ば、二層コーティングを同一の真空チャンバーで連続的
に行うことが可能になる。また、真空チャンバー内に配
置するカソードは２つに限らず、３つ以上のカソードを
配置して、三層以上の多層コーティングを施すことも可
能である。前記複数のカソードは、一つの駆動機構によ
り一体として駆動してもよいし、別々の駆動機構により
別個に駆動してもよい。

【００２７】図８には、図１に示したスパッタリング装
置を拡張した、本発明の第４の実施の形態の平面が示さ
れている。同図に示したスパッタリング装置８０は、直
方形状の真空チャンバー容器８１の上面に、ブラウン管
をはめ込む開口部８２、８２…が複数（４つ）設けら
れ、真空チャンバー容器８１の内部には長方形状のカソ
ード８４が公知の直線駆動機構により支持されている。
そして、該カソード８４が真空チャンバー容器８１内を
図上で上下に往復運動しながら複数のブラウン管の凸面
を均一に成膜するようになっている。前記駆動機構は、
例えば、モータ８６、ギヤ８７、ラック８８及びレール
８９から構成され、モータ８６の駆動力によってカソー
ド８４を直線的に往復駆動させるようになっている。

【００２８】図９には、図８に示したスパッタリング装
置を更に拡張し、ブラウン管をはめ込む開口部８２、８
２…を４×４（＝１６）個形成したものである。尚、開
口部はｎ×ｍ（ｎ，ｍは自然数）個形成することが考え
られる。図１１に示した従来のインライン型スパッタリ
ング装置では、多数個のブラウン管パネルを同時に成膜
処理する場合には、ブラウン管パネル数の増大によって
搬送台に相当な重量がかかり、搬送系に多大な負担がか
かるという問題があった。

【００２９】これに対して、図８及び図９に示したスパ
ッタリング装置によれば、１バッチ当たりの生産能力を
増強すべく、やや大きな真空チャンバー容器を用いて進
行方向に複数のブラウン管パネルの取り付け開口部を形
成したとしても、比較的軽量なカソード８４側を駆動す
るようにしているので、駆動系としてはカソード駆動だ
けなので、ブラウン管パネルの搬送系（ロボットによる
ハンドリング）の負担は、特に変わらないという利点が
ある。

【００３０】図１０には、図９に示した直方体形状のス
パッタリング装置において更に、カソードを二つ設置し
たスパッタリング装置が示されている。同図に示すよう
に、真空チャンバー内部に第１のカソード９０と第２の
カソード９２とを設け、例えば、前記第１のカソード９
０にはチタン（Ｔｉ）ターゲットを取り付け、第２のカ
ソード９２にはシリコン（Ｓｉ）ターゲットを取り付け
る。

【００３１】そして、図７に示した円形状のスパッタリ
ング装置と同様に、先ず、チャンバー内にチッソガスを
導入し、第１カソード９０のみ放電させて、ブラウン管
に窒化チタン（ＴｉＮ_X ）の薄膜を形成する。この際、
第１カソード９０は、図上で上下に往復駆動されてお
り、複数のブラウン管が均一に成膜される。窒化チタン
の薄膜形成が終了すると窒素ガスを排気し、次に酸素ガ
ズを導入する。そして、第２のカソード９２のみ放電さ
せるとともに、該第２のカソード９２を同様に往復運動
させることにより、ブラウン管に二酸化ケイ素（ＳｉＯ
₂ ）の薄膜を形成する。

【００３２】上記構成により、二層コーティングを同一
の真空チャンバーで連続的に行うことが可能になる。前
記二つのカソード９０、９２は、図１０に示したように
一つの駆動機構により一体として駆動してもよいし、別
々の駆動機構により別個に駆動してもよい。また、真空
チャンバー内に配置するカソードは２つに限らず、３つ
以上カソードを配置して、三層以上の多層コーティング
を施すことも可能である。

【００３３】上記図１乃至図１０に示した実施の形態で
は、いずれもデポジットアップの形式について説明した
が、ターゲット及び成膜面を縦型に配置するようにして
もよい。また、上記図１乃至図１０に示した実施の形態
では、ブラウン管パネルや完成球の凸面に成膜する場合
について説明したが、本発明は、ブラウン管パネルや完
成球の成膜に限らず、レンズ、テレパネル等にコーテイ
ングを施す場合にも広く適用することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るスパッ
タリング装置によれば、被成膜基体の成膜面自体を真空
室を構成する壁面の一部として利用したので、真空室の
容積を大幅に減少させることができ、装置全体をコンパ
クト化できる。これにより、真空室の初期排気に要する
時間が短縮できるととに、設備投資のコストが低減でき
る。また、必要生産量に合わせて、設備を拡張すること
も容易であるという利点もある。

【００３５】また、本発明に係るスパッタリング装置
は、特に、いわゆるデポジットアップ形式の態様とする
のに適しており、かかる態様によれば、落下物等による
ピンホール発生を防止することができるという効果があ
る。また、本発明によれば、真空容器に形成する開口部
の数を調整することで、複数の被成膜基体に対して同時
にコーティングすることができ、量産性を高めることも
できる。更に、前記ターゲットを、前記真空室の内部で
前記被成膜気体に対して相対運動させることにより、成
膜の均一化を図ることができるとともに、量産性を高め
ることもできる。更にまた、複数種類のターゲットを設
けることで、同一真空室内で多層膜を効率的に成膜する
ことができるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されたスパッタリング装置の断面
図

【図２】図１に示したスパッタリング装置を複数層の成
膜に適用する場合の際の態様を示す説明図

【図３】本発明の第２の実施の形態の平面図

【図４】本発明の第３の実施の形態の外観斜視図

【図５】図４に示したスパッタリング装置の平面図

【図６】図４に示したスパッタリング装置の駆動機構を
示す概略断面図

【図７】円形状の真空チャンバー内部にカソードを二つ
設置したスパッタリング装置の説明図

【図８】本発明の第４の実施の形態の平面図

【図９】開口部を多数個形成したスパッタリング装置の
説明図

【図１０】直方形状の真空チャンバー内部にカソードを
二つ設置したスパッタリング装置

【図１１】従来のインライン型スパッタリング装置の構
成図

【図１２】ブラウン管の完成球をパネル部とファンネル
部とに分割した様子を示す断面図

【符号の説明】

１０、５０、６０、８０…スパッタリング装置 ７、１８…ターゲット ８、１２、４０、６４…ブラウン管パネル（被成膜基
体） １２Ａ、６４Ａ…ブラウン管の凸面（成膜面） １４、５１、６１、８１…真空チャンバー容器 １４Ａ、５２、６２、８２…開口部 １６…合フランジ ２０、６６、７２、７４、８４、９０、９２…カソード ２６、２７、３４、３５…シール材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被成膜基体の成膜面によって閉塞される
   開口部を有した真空容器と、前記真空容器及び被成膜基
   体の成膜面によって画成される真空室に連通され、該真
   空室の気体を排気する排気手段と、前記真空室内に配設
   されたカソードと、前記カソードに保持されたターゲッ
   トとを備え、ターゲット表面をスパッタさせ前記被成膜
   基体の成膜面にコーティングするようにしたことを特徴
   とするスパッタリング装置。
2. 【請求項２】 前記開口部は、前記真空容器の上面に形
   成されていることを特徴とする請求項１記載のスパッタ
   リング装置。
3. 【請求項３】 前記被成膜基体と前記開口部の間にはシ
   ール部材が設けら、前記真空室の気密性が保たれている
   ことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
4. 【請求項４】 前記真空容器には、複数の開口部を形成
   し、複数の被成膜基体に対して同時にコーティングする
   ようにしたことを特徴とする請求項１記載のスパッタリ
   ング装置。
5. 【請求項５】 前記ターゲットは、前記真空室の内部で
   前記被成膜基体に対して相対運動し得ることを特徴とす
   る請求項１記載のスパッタリング装置。
6. 【請求項６】 前記真空室内に、複数種類のターゲット
   を設け、同一真空室内で異種の成膜を順次に行うように
   したことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装
   置。