TWI390071B - Film forming device - Google Patents

Description

成膜裝置

本發明係關於一種使用直流電漿在基板表面形成電場電子釋出用之碳膜的成膜裝置。

已提案一種技術，在基板表面形成具有碳奈管、碳奈壁等nm尺寸之微小前端緣之碳膜，使電場集中於該碳膜所具有之多數個前端緣以釋出電場電子。

作為此種基板，例如有一種真空元件，在引線表面形成碳膜作為附碳膜引線，使該附碳膜引線為陰極(冷陰極電子源)，並與陽極呈相對向配置，施加電壓於此等間以從引線表面釋出電場電子。此真空元件，有例如場致發射燈(field emission lamp)、微機器元件(micro machine device)、電子顯微鏡、紅外線感測器等各種類。此種陰極引線，期盼能提高量產性來減低製造成本。

專利文獻1：日本特開2005－307352號公報

本發明提供一種成膜裝置，其能於基板等表面高效率形成碳膜，提高附碳膜基板之量產性，俾使使用該附碳膜基板之真空元件之量產性提高及使其量產成本減低。

本發明之成膜裝置，係在真空槽內配置電極，將成膜氣體導入真空槽內部，且施加電壓於電極使該成膜氣體電漿化，以在基板成膜，其具備：作為該電極之筒狀電極，係具有基板之供應口與排出口；以及基板供應排出裝置，用以使複數個基板通過該筒狀電極之供應口以供應至該筒狀電極內部，且從該筒狀電極之排出口排出。

該筒狀電極並不限於單一筒狀電極，亦包含由2個一對之半筒狀電極構成者。

該筒狀電極之形狀不拘筒軸方向之長短。

該筒狀電極之截面形狀，較佳為圓形，但亦能包含橢圓形、矩形等。

該開口包含單一筒狀電極之兩端側開口、設置於單一筒狀電極側面之開口、2個一對之半筒狀電極之相對向間隙等。

成膜氣體只要是能在基板表面形成碳膜之種類，並不特別限定。

本發明能藉由基板供應排出裝置，使複數個基板通過筒狀電極之開口並依序供應至該筒狀電極內部，且從該筒狀電極開口依序排出，故能於筒狀電極內部對複數個基板依序施加成膜處理來製造附碳膜基板，能大幅提高附碳膜基板之量產性，且使使用該附碳膜基板之真空元件之量產性提高及使其量產成本減低。

在上述，較佳為，該筒狀電極之供應口與排出口，係該筒狀電極長邊方向之端部開口。

在上述，較佳為，該筒狀電極之供應口與排出口，係分別形成於該筒狀電極兩側面之開口。

在上述，較佳為，該筒狀電極係連接複數個，且該等複數個筒狀電極之各供應口與排出口係朝基板搬運方向連通成一列。

在上述，較佳為，該筒狀電極係由彼此之周方向兩端部以隔著既定間隔之方式相對向之2個一對之半筒狀電極構成，該2個一對之半筒狀電極中，周方向一端側之相對向間隙係該供應口，周方向另一端側之相對向間隙係該排出口。

在上述，較佳為，該2個一對之半筒狀電極係連接複數對，且該等複數對半筒狀電極個別之相對向間隙係朝基板搬運方向連通成一列。

在上述，較佳為，使該2個一對之半筒狀電極之彼此之相對向間隙在成膜時關閉，在搬運時打開。

本發明之第2成膜裝置，係在真空槽內配置電極，將成膜氣體導入真空槽內部，且施加電壓於電極使該成膜氣體電漿化，以在基板成膜，其特徵在於，係具備：至少一端側為開口之作為該電極之筒狀電極；以及基板供應排出裝置，係使該筒狀電極之該開口為基板之供應口與排出口，使複數個基板通過該等供應口與排出口以供應至該筒狀電極內部及從該筒狀電極內部排出。

在上述，較佳為，該基板供應排出裝置具備：向筒狀電極之供應口供應基板之基板供應裝置；收納從筒狀電極之排出口排出之基板之基板收納裝置；以及基板搬運裝置，用以在筒狀電極內部之供應口與排出口間之基板搬運路經上搬運基板。

在上述，較佳為，該基板供應裝置及基板收納裝置，係能相對真空槽拆裝自如。

在上述，較佳為，基板係引線。

依據本發明，能提高附碳膜基板之量產性，謀求使用該附碳膜基板之真空元件之量產性提高及其量產成本減低。

接著，參照附加圖式說明本發明實施形態之成膜裝置。在本成膜裝置中，成膜對象之基板係適用引線。

(實施形態1)

參照圖1至圖5說明本發明實施形態1之成膜裝置。首先參照圖1至圖3，成膜裝置2，係用以製造附碳膜引線的裝置，其藉由直流電漿CVD(化學氣相沉積)在引線(基板之一例)表面形成能釋出電場電子之碳膜，使其能使用於真空元件之陰極。

該成膜裝置2具備：真空槽4、儲氣瓶6、氣體壓力/流量調節電路8、排氣控制閥(真空閥)10、真空排氣系統12、直流電源14、28、及控制裝置16。

儲氣瓶6，係收納氫氣與碳氫氣之混合氣體(CH₄ /H₂ )或氫氣、氮氣、與碳氫氣之混合氣體(CH₄ /H₂ /N₂ )。調節電路8，係用以調節來自儲氣瓶6之氣體之壓力與流量。真空排氣系統12，係透過排氣控制閥10對真空槽4進行真空吸引。

真空槽4係接地。真空槽4內部具備：電漿產生電極18；用以供應引線20至該電漿產生電極18之引線供應裝置22(基板供應裝置)；以及引線收納裝置24(基板收納裝置)，用以捲繞已藉由該電漿產生電極18形成碳膜之引線20來收納。

引線供應裝置22具備：箱22a、及竪設於該箱22a底部之旋轉自如之引線捲繞軸22b。在引線供應裝置22之引線捲繞軸22b上捲繞引線20，該引線20之上端側係以一定間隔之方式吊掛於搬運帶26。較佳為引線20之下端側亦以另一搬運帶支撐。又，該引線20之下端側亦可藉由架設於空中之單軌道式搬運軌道支撐。

引線20係透過搬運帶26連接於直流電源28之負極。直流電源28之正極係接地。複數個引線20係以搬運帶26固定其上端側，藉此吊掛於鉛垂方向(垂直貫穿圖1紙面之方向，圖2紙面之上下方向)且以一定間隔之方式排列。為說明方便，稱該引線20之吊掛方向為縱方向。

引線收納裝置24具備：箱24a、及竪設於該箱24a內底部之旋轉自如之引線捲繞軸24b。在引線收納裝置24上側裝載馬達25，用以驅動引線捲繞軸24b旋轉。

在真空槽4內部進一步配置：導輥32，用以將自引線供應裝置22供應之引線20導引至電漿產生電極18、及導輥34，用以將自電漿產生電極18排出之引線20導引至引線收納裝置24。

引線供應裝置22、引線收納裝置24、及電漿產生電極18係配置於舖設在真空槽4底部之絕緣板17上。

電漿產生電極18，係連接於直流電源14之負極。直流電源14之正極係接地。電漿產生電極18，係配置於引線供應裝置22與引線收納裝置24之間。亦可將電漿產生電極18、引線供應裝置22、與引線收納裝置24一起配置於一直線上以省略導輥32、34。

接著進一步詳細說明上述構成中之電漿產生電極18之構成。

電漿產生電極18，係藉由複數組2個一對之半圓筒狀電極18a1、18b1；18a2、18b2；18a3、18b3；18a4、18b4(為說明方便，有時會稱為半圓筒狀電極18a、18b)來構成，該複數組一對之半圓筒狀電極18a1、18b1；18a2、18b2；18a3、18b3；18a4、18b4，係將排成一列且連接於真空槽4底部上之複數個圓筒狀電極朝縱方向(圖1紙面貫通方向，圖2紙面上下方向)分割一半而成。

該等半圓筒狀電極18a、18b之構成，係朝引線搬運方向配置成一列。一側之半圓筒狀電極18a與另一側之半圓筒狀電極18b，係以隔著既定間隙w0且大致平行地相對向之方式構成。此相對向間隙w0為縱方向長且相對向方向窄之長方形形狀。電漿產生電極18內部之引線搬運通路30形成於該等兩半圓筒狀電極18a、18b之相對向間隙w0。

該等相對向間隙w0中接近引線供應裝置22側之相對向間隙w0係引線供應口，接近引線收納裝置24側之相對向間隙w0係引線排出口。

參照圖3說明實施形態1之相對向間隙w0的大小等。圖3係表示電漿產生電極18與引線20。構成電漿產生電極18之一側與另一側之半圓筒狀電極18a、18b個別的相對向間隙w0係較引線20之直徑φ 1為大。又，電漿產生電極18內部之引線搬運通路30之長度R0，係能依引線20表面之碳膜之成膜條件來適當地設定。又，電漿產生電極18之電極高度H0，較引線20之長度L1為長或短皆可。

該相對向間隙w0中，在引線20之供應口側之相對向間隙w0，引線20係從引線供應裝置22透過導輥32，從電漿產生電極18之供應口側之相對向間隙w0搬入至該電漿產生電極18內部。又，已在電漿產生電極18內部成膜之引線20係從電漿產生電極18之排出口側之相對向間隙w0排出。自電漿產生電極18排出之引線20，係透過導輥34藉由引線收納裝置24捲繞而收納。

控制裝置16進行真空槽4內部之儲氣瓶6、調節電路8、排氣控制閥10、真空排氣系統12、電源14、28、及搬運馬達25之控制。控制裝置16係由微電腦構成，能將該等控制所需之控制資料及控制程式記憶於記憶裝置，藉由CPU來自動控制。

又，控制裝置16亦可為手動控制裝置，由作業員參照控制一覽表等來手動控制成膜裝置。

上述構成中，如圖4及圖5所示，引線20捲繞於引線供應裝置22之引線捲繞軸22b。該引線供應裝置22，係能在引線20捲繞於引線捲繞軸22b之狀態下安裝於真空槽4。

在上述安裝狀態，藉由驅動引線收納裝置24側之馬達25來驅動引線捲繞軸24b旋轉後，引線20從引線供應裝置22側透過導輥32從電漿產生電極18之引線供應口(相對向間隙w0)供應至電漿產生電極18內。再者，引線20係搬運至內部之引線搬運通路30，再者，從電漿產生電極18之引線排出口(相對向間隙w0)排出，最後透過導輥34捲繞於引線收納裝置24之引線捲繞軸24b。

完成上述安裝後，打開排氣控制閥10，藉由真空排氣系統12將真空槽4之內壓減壓至真空狀態。接著，使排氣控制閥10之開度縮小來降低真空槽4內之排氣速度，在調節電路8之調節下從儲氣瓶6導入碳膜成膜用氣體至真空槽4，以調節為既定壓力。其後，施加直流電源14於電漿產生電極18，於電漿產生電極18內部如圖4之虛引線所示，高密度地產生氫氣所造成之直流電漿而使碳氫氣分解。其結果，於通過電漿產生電極18內之引線搬運通路30的引線20表面會形成碳膜。如上述，因引線20係連接於直流電源28之負極，故引線20表面之碳膜之成膜速度已上升。

圖6係表示從圖4所示之電漿產生電極18側面觀察的截面構成。如圖6所示，引線20若從相對向間隙w0搬入至電漿產生電極18內部，則藉由分別於各半圓筒狀電極18a1、18b1；18a2、18b2；18a3、18b3；18a4、18b4內部產生之電漿32a、32b、32c、32d，在氣體壓力、氣體流量、成膜時間等之控制下從搬入側於引線20表面形成碳膜。

以上，在實施形態1，因藉由電漿產生電極18內部所產生之電漿32逐一在搬運來之引線20表面形成碳膜，故附碳膜引線20之量產性會提高。藉此，能量產使用附碳膜引線20之場致發射燈等真空元件。

(實施形態2)

參照圖7A、圖7B說明本發明實施形態2之成膜裝置。在實施形態2之成膜裝置2，構成電漿產生電極18之複數對半圓筒狀電極18a、18b，亦可於引線20之搬運時，如圖7A所示保持該等相對向間隙w0，於引線20之成膜時，如圖7B所示縮短該等相對向間隙w0，以高效率地產生電漿。圖7A之情形，接近引線供應裝置22側之相對向間隙w0成為引線供應口，接近引線收納裝置24側之相對向間隙w0成為引線排出口。

(實施形態3)

參照圖8A、圖8B說明本發明實施形態3之成膜裝置。在實施形態3之成膜裝置2，亦可如圖8A至圖8B所示，將引線20從電漿產生電極18一端部側開口部搬入，當引線20固定於既定位置時施加成膜處理，此成膜處理結束後，如圖8B至圖8A所示，將引線20排出至電漿產生電極18外。

在圖8A、圖8B中，電漿產生電極18之一側開口部，係兼用為引線供應口與引線排出口。

又，雖省略圖示，亦可於電漿產生電極18之兩端部開口部，使一端側開口部為引線供應口供應引線20至電漿產生電極18內部，使另一端側開口部為引線排出口排出引線20至電漿產生電極18外部。

(實施形態4)

參照圖9說明本發明實施形態4之成膜裝置。在實施形態4之成膜裝置2，如圖9所示，能將引線供應裝置22與引線收納裝置24，相對於設置在真空槽4之開口部朝箭頭a、b方向拆裝。

在此實施形態4，較容易將引線供應裝置22與引線收納裝置24安裝於真空槽4，能提高成膜作業之效率，並提高使用該引線20之真空元件之量產性。

(適用例)

圖10係表示場致發射燈，其在導電性引線表面使用上述實施形態之成膜裝置形成碳膜，將形成該碳膜後之引線作為冷陰極電子源使用。該場致發射燈40中，有一種在長邊方向延伸之玻璃製燈管42內面形成附螢光體44之陽極46，於燈管42之管中央將延伸呈引線狀之陰極48架設在空中者。該引線狀陰極48係在導體之引線50表面形成該碳膜52者。此外，該場致發射燈40，係藉由在陽極46與陰極48之間施加高電壓，從陰極48表面之碳膜52釋出電場電子，該釋出之電子撞擊螢光體44激發該螢光體44發光，而向燈管42外發出照明光。

實施例之筒狀電極，係使1對之半圓筒狀電極相對向，施加相同負電壓於兩半圓筒狀電極來封閉電漿之陰極。

作為變形例，當一方係平板狀電極，另一方係半圓筒狀電極時，亦可使雙方均為平板狀電極，亦有在相對向之2個電極(共同施加負電壓之陰極)之間封閉電漿之情形。

圖1係表示半圓筒狀電極朝基板搬運方向排成1列且搬運方向之相對向電極間為分離。

作為變形例，亦能採用圖11之構成。圖11係表示使筒狀電極之電極長度較引線長度為短，能使筒狀電極朝引線長度方向滑動，即使是短筒狀電極亦能在長引線上形成碳膜，來謀求裝置之小型化。

本發明之成膜裝置，當將在引線表面形成電場電子釋出用碳膜者作為冷陰極電子源來使用，量產電場放射型真空元件用陰極引線時，作為在該引線表面形成碳膜之裝置特別有用。

φ 1．．．引線直徑

H0．．．電漿產生電極之電極高度

L1．．．引線長度

R0．．．引線搬運通路長度

w0．．．間隙

2．．．成膜裝置

4．．．真空槽

6．．．儲氣瓶

8．．．調節電路

10．．．排氣控制閥(真空閥)

12．．．真空排氣系統

14、28．．．直流電源

16．．．控制裝置

17．．．絕緣板

18．．．電漿產生電極

18a、18b；18a1、18b1；18a2、18b2；18a3、18b3；18a4、18b4．．．一對之半圓筒狀電極

20、50．．．引線

20a、52．．．碳膜

22．．．引線供應裝置

22a、24a．．．箱

22b、24b．．．引線捲繞軸

24．．．引線收納裝置

25．．．馬達

26．．．搬運帶

30．．．引線搬運通路

32、34．．．導輥

32a、32b、32c、32d．．．電漿

40．．．場致發射燈

42．．．燈管

44．．．螢光體

46．．．陽極

48．．．陰極

圖1係表示本發明實施形態1之成膜裝置之概要構成圖。

圖2係沿圖1之A－A線的截面圖。

圖3係表示搬運引線中之成膜裝置之概要構成圖。

圖4係成膜裝置之引線供應裝置、電漿產生電極及引線收納裝置的立體圖。

圖5係用以說明電漿產生電極與引線之尺寸關係的圖。

圖6係從圖4所示之電漿產生電極18側面觀察的截面圖。

圖7A係本發明實施形態2之成膜裝置搬運引線時之電漿產生電極的俯視圖。

圖7B係引線成膜時之電漿產生電極的俯視圖。

圖8A係本發明實施形態3之將引線固定於圓筒狀電極內時的立體圖。

圖8B係排出時的立體圖。

圖9係表示本發明實施形態4之成膜裝置之概要構成的圖。

圖10係使用以成膜裝置形成碳膜之引線之場致發射燈的截面圖。

圖11係表示筒狀電極之其他排列例的圖。

2．．．成膜裝置

4．．．真空槽

6．．．儲氣瓶

8．．．調節電路

10．．．排氣控制閥(真空閥)

12．．．真空排氣系統

14、28．．．直流電源

16．．．控制裝置

18．．．電漿產生電極

18a1、18b1；18a2、18b2；18a3、18b3；18a4、18b4．．．一對之半圓筒狀電極

20．．．引線

22．．．引線供應裝置

22a、24a．．．箱

22b、24b．．．引線捲繞軸

24．．．引線收納裝置

30．．．引線搬運通路

32、34．．．導輥

Claims (7)

1. 一種成膜裝置，係在真空槽內配置電極，將碳膜成膜用氣體導入真空槽內部，且施加電壓於電極使該氣體電漿化，以在基板表面形成碳膜，其特徵在於：將至少1對電極作為陰極，該1對電極係以具有基板之供應口與排出口之方式相對向配置，且藉由施加直流負電壓於該兩相對向電極間產生電漿並使其封閉；使基板從該兩相對向電極一側之基板供應口供應至該相對向電極之相對向間，藉由該相對向間所產生之電漿在基板表面形成碳膜，使已形成碳膜之基板從兩相對向電極另一側之基板排出口排出。
2. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中，該兩相對向電極個別之形狀係半圓筒狀。
3. 如申請專利範圍第1或2項之成膜裝置，其中，該兩相對向電極，係複數組朝基板搬運方向連續排成一列或分離排成一列。
4. 如申請專利範圍第2項之成膜裝置，其中，該兩相對向電極彼此之相對向間隙，係控制成當成膜時關閉，當搬運時打開。
5. 一種成膜裝置，係在真空槽內配置電極，將碳膜成膜用氣體導入真空槽內部，且施加電壓於電極使該氣體電漿化，以在基板形成碳膜，其特徵在於，係具備：至少一端側為開口之作為該電極之筒狀電極；以及基板供應排出裝置，係使該筒狀電極之該開口為基板之供應口與排出口，使複數個基板通過該等供應口與排出口以供應至該筒狀電極內部及從該筒狀電極內部排出；該筒狀電極係構成筒狀電漿產生電極(連接於直流電源之負極，使內部高密度產生電漿並使其封閉)，於通過其內部之基板表面形成電場電子釋出用之碳膜。
6. 如申請專利範圍第5項之成膜裝置，其中，該基板供應排出裝置具備：向筒狀電極之供應口供應基板之基板供應裝置；收納從筒狀電極之排出口排出之基板之基板收納裝置；以及基板搬運裝置，用以在筒狀電極內部之供應口與排出口間之基板搬運路經上搬運基板。
7. 如申請專利範圍第6項之成膜裝置，其中，該基板供應裝置及基板收納裝置，係能相對真空槽拆裝自如。