TWI756742B - 負離子生成裝置 - Google Patents

Abstract

[課題] 本發明提供一種能夠在適當的時序向對象物照射負離子之負離子生成裝置。 [解決手段] 控制部(50)在停止了電漿槍(7)的電漿(P)之生成之後，依據電位測定部(110)的測定結果，控制基於電壓施加部(90)的電壓的施加。藉此，控制部(50)能夠在能夠避免大量的電子照射到對象物之時序向成膜對象物(11)照射負離子。

Description

負離子生成裝置

本發明係有關一種負離子生成裝置。

作為使用電漿生成負離子之負離子生成裝置，已知有專利文獻1中所記載者。該負離子生成裝置藉由在腔室內生成電漿並向腔室內供給負離子的原料，從而在腔室內生成負離子。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2017-025407號專利公報

[發明欲解決之課題]

在此，若在腔室內生成電漿，則在腔室內不僅生成負離子還生成電子。例如，在腔室內未進行負離子之生成，並且存在大量的電子之狀態下，相對於對象物照射負離子時，導致電子亦一併照射到對象物。若對對象物照射大量的電子，則對象物有可能成為高溫。因此，對對象物照射負離子時，要求在能夠避免大量的電子照射到對象物之適當的時序照射負離子。

因此，本發明的課題為提供一種能夠在適當的時序向對象物照射負離子之負離子生成裝置。 [解決課題之手段]

為了解決上述課題，本發明之負離子生成裝置係使用電漿生成負離子以照射到對象物，具備：腔室，其係收納對象物並在內部生成負離子；電漿槍，其係在腔室內生成電漿；電位測定部，其係測定腔室內的電位；電壓施加部，其係能夠對對象物施加正電壓；及控制部，其係進行負離子生成裝置的控制；控制部在停止了電漿槍的電漿之生成之後，依據電位測定部的測定結果，控制基於電壓施加部的電壓的施加。

本發明之負離子生成裝置中，電漿槍在腔室的內部生成電漿，藉此能夠在腔室的內部生成負離子。又，藉由電壓施加部向對象物施加正電壓，腔室內的負離子被引導到對象物側，從而負離子照射到對象物。在此，藉由在停止電漿槍的電漿之生成之後，電子容易附著於負離子的原料上，從而生成負離子。因此，在腔室內負離子及電子會增減，因此腔室的內部的電位發生變動。因此，能夠藉由測定腔室內的電位之電位測定部的測定結果來掌握將負離子照射到對象物之適當的時序。因此，控制部在停止了電漿槍的電漿之生成之後，依據電位測定部的測定結果，控制基於電壓施加部的電壓的施加。藉此，控制部能夠在能夠避免大量的電子照射到對象物之時序向對象物照射負離子。經由以上，能夠在適當的時序將負離子照射到對象物。

控制部可依據電位測定部的測定結果，在電位上升之後下降之時序，開始基於電壓施加部之電壓的施加。電位上升之後下降之時序係在停止生成電漿之後，負離子的生成進行到一定程度之時序。因此，控制部藉由在該時序開始電壓的施加，而能夠在進行負離子的生成之時序向對象物照射負離子。

控制部可依據電位測定部的測定結果，在電位下降且達到該下降的峰值之時序，開始基於電壓施加部之電壓的施加。達到電位的下降的峰值之時序接近在停止生成電漿之後，所生成之負離子的量成為峰值之時序。因此，控制部藉由在該時序開始電壓的施加，而能夠在存在很多負離子之時序向對象物照射負離子。

控制部可依據電位測定部的測定結果，在電位上升之時序，開始基於電壓施加部之電壓的施加。此時，與在電位上升之後下降之時序、電位下降之後達到下降的峰值之時序開始施加之情況相比，能夠向對象物照射更多的負離子。但是，與在電位上升之後下降之時序、電位下降之後達到下降的峰值之時序開始施加之情況相比，有可能會成為混合有大量的電子之照射，因此係能夠允許電子照射之對象物為較佳。

電位測定部可測定對象物的周邊的空間的電位。此時，能夠進行依據作為負離子的照射對象之對象物附近的情況之控制。

控制部反覆進行電漿槍的電漿的生成及由該電漿的生成的停止來進行之負離子的生成，在每次的負離子的生成中，電位測定部進行電位的測定，並且，控制部依據電位測定部的測定結果，控制基於電壓施加部之電壓的施加。若進行基於電壓施加部之電壓的施加，則對腔室內的電漿的狀態帶來影響。例如，即使第1次的負離子的生成與第2次的負離子的生成的運行條件相同，但在兩者之間，存在電漿的生成停止之後生成負離子之時序改變之情況。因此，在每次的負離子的生成中，藉由進行基於電位測定部之測定及基於測定結果之電壓的施加的控制，能夠在適當的時序向對象物照射負離子。 [發明效果]

根據本發明，能夠提供一種能夠在適當的時序向對象物照射負離子之負離子生成裝置。

以下，參閱附圖並對本發明的一實施形態之成膜裝置進行說明。另外，在附圖的說明中，對相同的要件賦予相同的元件符號，並省略重複說明。

首先，參閱圖1及圖2，對本發明的實施形態之成膜・負離子生成裝置的構成進行說明。圖1及圖2為表示本實施形態之成膜・負離子生成裝置的構成之概略剖視圖。圖1表示成膜處理模式中的動作狀態，圖2表示負離子生成模式中的動作狀態。另外，對成膜處理模式及負離子生成模式的詳細內容後述之。

如圖1及圖2所示，本實施形態的成膜・負離子生成裝置1係用於所謂的離子鍍著法之離子鍍著裝置。另外，為了便於說明，圖1及圖2中示出XYZ座標系統。Y軸方向為搬運後述之成膜對象物之方向。X軸方向為成膜對象物與後述之爐缸機構對置之位置。 Z軸方向為與Y軸方向及X軸方向正交之方向。

成膜・負離子生成裝置1可以為如下所謂的臥式成膜・負離子生成裝置，亦即，以成膜對象物11的板厚方向成為大致垂直方向之方式將成膜對象物11配置於真空腔室10內並搬運。此時，Z軸及Y軸方向為水平方向，X軸方向成為垂直方向且成為板厚方向。另外，成膜・負離子生成裝置1亦可以為如下所謂的立式成膜・負離子生成裝置，亦即，以成膜對象物11的板厚方向成為水平方向(圖1及圖2中為X軸方向)之方式，在使成膜對象物11直立或從使其直立之狀態傾斜之狀態下，將成膜對象物11配置於真空腔室10內而被搬運。在該情況下，X軸方向為水平方向且為成膜對象物11的板厚方向，Y軸方向為水平方向，Z軸方向成為垂直方向。本發明的一實施形態之成膜・負離子生成裝置在下文中以臥式成膜・負離子生成裝置為例進行說明。

成膜・負離子生成裝置1具備：真空腔室10、搬運機構3、成膜部14、負離子生成部24、電壓施加部90、電位測定部110及控制部50。

真空腔室10乃是用於收納成膜對象物11並進行成膜處理之構件。真空腔室10具有：用於搬運形成成膜材料Ma的膜之成膜對象物11之搬運室10a、使成膜材料Ma擴散之成膜室10b、及將從電漿槍7以射束狀照射之電漿P收納到真空腔室10之電漿口10c。搬送室10a、成膜室10b及電漿口10c相互連通。搬運室10a沿既定的搬運方向(圖中的箭頭A)(沿Y軸)被設定。並且，真空腔室10由導電性的材料構成且與接地電位連接。

成膜室10b作為壁部10W，具有：沿著搬運方向(箭頭A)之一對側壁、沿著與搬運方向(箭頭A)交叉之方向(Z軸方向)之一對側壁10h、10i、及與X軸方向交叉而配置之底面壁10j。

搬運機構3沿搬運方向(箭頭A)搬運以與成膜材料Ma對置之狀態保持成膜對象物11之成膜對象物保持構件16。例如，成膜對象物保持構件16為保持成膜對象物11的外周邊之框體。搬運機構3由設置於搬運室10a內之複數個搬運輥15構成。搬運輥15沿搬運方向(箭頭A)以等間隔配置，支承成膜對象物保持構件16之同時沿搬運方向(箭頭A)搬運。另外，成膜對象物11例如使用玻璃基板或塑膠基板等板狀構件。

接著，對成膜部14的構成進行詳細說明。成膜部14藉由離子鍍著法使成膜材料Ma的粒子附著於成膜對象物11。成膜部14具有：電漿槍7、轉向線圈5 、爐缸機構2、及環爐缸6。

電漿槍7例如為壓力梯度型的電漿槍，其主體部分經由設置於成膜室10b的側壁之電漿口10c與成膜室10b連接。電漿槍7在真空腔室10內生成電漿P。在電漿槍7中所生成之電漿P從電漿口10c向成膜室10b內以射束狀射出。 藉此，在成膜室10b內生成電漿P。

電漿槍7藉由陰極60封閉一端。在陰極60與電漿口10c之間，同心地配置有第1中間電極(柵格)61及第2中間電極(柵格)62。在第1中間電極61內內裝有用於收斂電漿P之環狀永久磁鐵61a。在第2中間電極62內亦內裝有用於收斂電漿P之電磁體線圈62a。另外，電漿槍7還具有作為後述之負離子生成部24的功能。針對該詳細內容，在負離子生成部24的說明中後述之。

轉向線圈5設置於安裝有電漿槍之電漿口10c的周圍。轉向線圈5將電漿P引導至成膜室10b內。轉向線圈5藉由轉向線圈用電源(未圖示)被激勵。

爐缸機構2保持成膜材料Ma。爐缸機構2設置於真空腔室10的成膜室10b內，並從搬運機構3觀察時沿X軸方向的負方向配置。爐缸機構2具有作為將從電漿槍7射出之電漿P引導至成膜材料Ma之主陽極或從電漿槍7射出之電漿P被引導之主陽極之主爐缸17。

主爐缸17具有：填充有成膜材料Ma之沿X軸方向的正方向延伸之筒狀的填充部17a、及從填充部17a突出之凸緣部17b。主爐缸17相對於真空腔室10所具有之接地電位被保持在正電位，因此吸引負電位的電漿P。入射有該電漿P之主爐缸17的填充部17a中形成有用於填充成膜材料Ma之貫通孔17c。並且，成膜材料Ma的前端部分在該貫通孔17c的一端露出到成膜室10b。

成膜材料Ma可以例示出ITO或ZnO等透明導電材料、SiON等絕緣密封材料。當成膜材料Ma由絕緣性物質組成時，若對主爐缸17照射電漿P，則藉由來自電漿P的電流加熱主爐缸17而成膜材料Ma的前端部分蒸發或升華，藉由電漿P被離子化之成膜材料粒子(蒸發粒子)Mb在成膜室10b內擴散。又，當成膜材料Ma由導電性物質組成時，若對主爐缸17照射電漿P，則電漿P直接入射到成膜材料Ma，成膜材料Ma的前端部分被加熱而蒸發或升華，藉由電漿P被離子化之成膜材料粒子Mb在成膜室10b內擴散。在成膜室10b內擴散之成膜材料粒子Mb向成膜室10b的X軸正方向移動，並在搬運室10a內附著於成膜對象物11的表面。另外，成膜材料Ma係成形為既定長度的圓柱形狀之固體物，並且複數種成膜材料Ma一次填充於爐缸機構2。並且，依據成膜材料Ma的消耗，成膜材料Ma從爐缸機構2的X軸負方向側依次被擠出，以使最前端側的成膜材料Ma的前端部分保持與主爐缸17的上端的既定的位置關係。

環爐缸6為具有用於感應電漿P之電磁體之輔助陽極。環爐缸6配置於保持成膜材料Ma之主爐缸17的填充部17a的周圍。環爐缸6具有環狀的線圈9、環狀的永久磁鐵部20及環狀的容器12，線圈9及永久磁鐵部20容納於容器12。在本實施形態中，從搬運機構3觀察時沿X軸負方向以線圈9、永久磁鐵部20的順序設置，但亦可以沿X軸負方向以永久磁鐵部20、線圈9的順序設置。環爐缸6依據流過線圈9之電流的大小來控制入射到成膜材料Ma之電漿P的朝向或入射到主爐缸17之電漿P的朝向。

接著，對負離子生成部24的構成進行詳細說明。負離子生成部24具有：電漿槍7、原料氣體供給部40、及電路部34。又，控制部50的一部分的構成要素亦作為負離子生成部24發揮功能。另外，控制部50及電路部34中所包含之一部分的功能亦屬於前述成膜部14。

電漿槍7使用與前述成膜部14所具有之電漿槍7相同者。亦即，在本實施形態中，成膜部14的電漿槍7兼用作負離子生成部24的電漿槍7。電漿槍7作為成膜部14發揮功能，並且還作為負離子生成部24發揮功能。另外，在成膜部14與負離子生成部24可以具有彼此不同之單獨的電漿槍。

電漿槍7在成膜室10b內間歇地生成電漿P。具體而言，藉由後述控制部50，電漿槍7被控制成在成膜室10b內間歇地生成電漿P。針對該控制，在後述控制部50的說明中進行詳細說明。

原料氣體供給部40配置於真空腔室10的外部。原料氣體供給部40通過設置於成膜室10b的側壁(例如側壁10h)之氣體供給口41，向真空腔室10內供給原料氣體。作為原料氣體，例如可採用氧負離子的原料氣體亦即氧氣等。原料氣體供給部40例如從成膜處理模式切換到負離子生成模式時，開始氧氣的供給。又，原料氣體供給部40可以在成膜處理模式及負離子生成模式兩者中繼續進行氧氣的供給。

氣體供給口41的位置較佳為成膜室10b與搬運室10a的邊界附近的位置。此時，由於能夠將來自原料氣體供給部40的氧氣供給到成膜室10b與搬運室10a的邊界附近，因此在該邊界附近進行後述之負離子的生成。因此，能夠使生成之負離子適宜地附著於搬運室10a內的成膜對象物11。另外，氣體供給口41的位置不限於成膜室10b與搬運室10a的邊界附近。

電路部34具有：可變電源80、第1配線71、第2配線72、電阻器R1～R4、及短路開關SW1、SW2。

可變電源80夾著位於接地電位之真空腔室10，向電漿槍7的陰極60施加負電壓，且向爐缸機構2的主爐缸17施加正電壓。藉此，可變電源80在電漿槍7的陰極60與爐缸機構2的主爐缸17之間產生電位差。

第1配線71電連接電漿槍7的陰極60與可變電源80的負電位側。第2配線72電連接爐缸機構2的主爐缸17(陽極)與可變電源80的正電位側。

電阻器R1的一端與電漿槍7的第1中間電極61電連接，並且另一端經由第2配線72與可變電源80電連接。亦即，電阻器R1在第1中間電極61與可變電源80之間串列連接。

電阻器R2的一端與電漿槍7的第2中間電極62電連接，並且另一端經由第2配線72與可變電源80電連接。亦即，電阻器R2在第2中間電極62與可變電源80之間串列連接。

電阻器R3的一端與成膜室10b的壁部10W電連接，並且另一端經由第2配線72與可變電源80電連接。亦即，電阻器R3在成膜室10b的壁部10W與可變電源80之間串列連接。

電阻器R4的一端與環爐缸6電連接，並且另一端經由第2配線72與可變電源80電連接。亦即，電阻器R4在環爐缸6與可變電源80之間串列連接。

短路開關SW1、SW2分別為藉由接收來自前述控制部50的指定訊號來切換成ON/OFF狀態之切換部。

短路開關SW1與電阻器R2並列連接。短路開關SW1依據係處於成膜處理模式還是處於負離子模式，藉由控制部50切換ON/OFF狀態。在此，所謂成膜處理模式係在真空腔室10內對成膜對象物11進行成膜處理之模式。負離子生成模式係在真空腔室10內進行用於附著於成膜對象物11上所形成之膜的表面之負離子的生成之模式。短路開關SW1在成膜處理模式中設為OFF狀態。藉此，在成膜處理模式中，第2中間電極62與可變電源80經由電阻器R2彼此電連接，因此電流難以在第2中間電極62與可變電源80之間流動。其結果，來自電漿槍7的電漿P被射出到真空腔室10內，並入射到成膜材料Ma(參閱圖1)。另外，當將來自電漿槍7的電漿P射出到真空腔室10內時，可以代替使電流難以流向第2中間電極62之情況而使電流難以流向第1中間電極61。此時，短路開關SW1代替第2中間電極62側連接於第1中間電極61側。

另一方面，短路開關SW1在負離子生成模式中，在真空腔室10內間歇地生成來自電漿槍7的電漿P，因此藉由控制部50以既定間隔切換ON/OFF狀態。若短路開關SW1被切換為ON狀態，則第2中間電極62與可變電源80之間的電連接發生短路，因此電流在第2中間電極62與可變電源80之間流動。亦即，短路電流流向電漿槍7。其結果，來自電漿槍7的電漿P不被射出到真空腔室10內。

若短路開關SW1被切換為OFF狀態，則第2中間電極62與可變電源80經由電阻器R2彼此電連接，因此電流難以在第2中間電極62與可變電源80之間流動。其結果，來自電漿槍7的電漿P射出到真空腔室10內。如此，藉由控制部50以既定間隔切換短路開關SW1的ON/OFF狀態，在真空腔室10內間歇地生成來自電漿槍7的電漿P。亦即，短路開關SW1係切換向真空腔室10內的電漿P之供給和切斷之切換部。

短路開關SW2與電阻器R4並列連接。短路開關SW2依據係處於例如成為成膜處理模式之前的成膜對象物11的搬運前的狀態亦即待機模式還是處於成膜處理模式，並藉由控制部50切換ON/OFF狀態。短路開關SW2在待機模式中呈ON狀態。藉此，環爐缸6與可變電源80之間的電連接發生短路，因此相較於主爐缸17，電流更容易流向環爐缸6，從而能夠防止成膜材料Ma的不必要的消耗。

另一方面，短路開關SW2在成膜處理模式中呈OFF狀態。藉此，環爐缸6與可變電源80經由電阻器R4電連接，因此相較於環爐缸6，電流更容易流向主爐缸17，從而能夠使電漿P的射出方向適當地朝向成膜材料Ma。另外，短路開關SW2在負離子生成模式中可以呈ON狀態或OFF狀態中的任一狀態。

電壓施加部90能夠向成膜後的成膜對象物(對象物)11施加正電壓。電壓施加部90具備偏壓電路35及滑接線18。

偏壓電路35係用於對成膜後的成膜對象物11施加正的偏壓電壓的電路。偏壓電路35具有：對成膜對象物11施加正的偏壓電壓(以下，簡稱為「偏壓電壓」)之偏置電源27、電連接偏置電源27與滑接線18之第3配線73、及設置於第3配線73之短路開關SW3。偏置電源27施加週期性地增加或減少之矩形波之電壓訊號(週期性電訊號)來作為偏壓電壓。偏置電源27構成為能夠藉由控制部50的控制來改變所施加之偏壓電壓的頻率。第3配線73的一端與偏置電源27的正電位側連接，並且另一端與滑接線18連接。藉此，第3配線73電連接滑接線18與偏置電源27。

短路開關SW3藉由第3配線73在滑接線18與偏置電源27的正電位側之間串列連接。短路開關SW3係切換有無對滑接線18施加偏壓電壓之切換部。短路開關SW3藉由控制部50切換其ON/OFF狀態。短路開關SW3在負離子生成模式下的既定時序呈ON狀態。若短路開關SW3呈ON狀態，則滑接線18與偏置電源27的正電位側彼此電連接，對滑接線18施加偏壓電壓。

另一方面，短路開關SW3在處於成膜處理模式時及在負離子生成模式下的既定時序呈OFF狀態。若短路開關SW3呈OFF狀態，則滑接線18與偏置電源27彼此電切斷，並且未對滑接線18施加偏壓電壓。另外，施加偏壓電壓之時序的詳細內容後述之。

滑接線18乃是對成膜對象物保持構件16進行供電之架線。滑接線18在搬運室10a內沿搬運方向(箭頭B)延伸而設置。滑接線18藉由與設置於成膜對象物保持構件16之供電刷42接觸而通過供電刷42對成膜對象物保持構件16進行供電。滑接線18例如由不銹鋼製的金屬線等構成。

電位測定部110測定真空腔室10內的電位。電位測定部110測定成膜對象物11的周邊的空間的電位。電位測定部110具備：電位檢測部111、及電極部112。電位檢測部111與電極部112電連接。電位檢測部111依據電極部112的電位檢測設置有電極部112之位置處的浮動電位的值。電位檢測部111將檢測到的值作為測定值發送到控制部50。

電極部112乃是從真空腔室10的外部進入內部空間之構件。電極部112配置於不干擾移動之成膜對象物保持構件16之位置。電極部112的前端部112a配置於成膜對象物11的周邊的空間。電極部112的前端部112a配置於真空腔室10的搬運室10a。又，前端部11a配置於搬運室10a與成膜室10b的連通部附近且在Z軸方向上與成膜對象物11大致相同的位置。

另外，電極部112中，除了前端部112a以外的部分可以用絕緣構件覆蓋。例如，如圖6所示，電極部112中，比真空腔室10的壁部更靠內側的區域可以用絕緣構件140覆蓋。又，只有前端部112a可以從絕緣構件140露出於真空腔室10的空間內。此時，除了前端部112a以外不進行浮動電位的檢測，因此能夠集中地測定所期望的位置的電位。

控制部50乃是控制成膜・負離子生成裝置1整體之裝置，由CPU、RAM、ROM及輸入輸出介面等構成。控制部50配置於真空腔室10的外部。又，控制部50具備：切換成膜處理模式與負離子生成模式之模式切換部51、控制基於電漿槍7之電漿P的生成之電漿控制部52、及控制基於電壓施加部90之電壓的施加之電壓控制部53。

控制部50的模式切換部51設定為負離子生成模式時，控制部50控制原料氣體供給部40，以向成膜室10b內供給氧氣。接著，控制部50的電漿控制部52將電漿槍7控制成在成膜室10b內間歇地生成來自電漿槍7的電漿P。例如，藉由控制部50以既定間隔切換短路開關SW1的ON/OFF狀態，藉此在成膜室10b內間歇地生成來自電漿槍7的電漿P。

當短路開關SW1呈ON狀態時，由於來自電漿槍7的電漿P不會射出到成膜室10b內，因此成膜室10b內的電漿P的電子溫度急劇下降。因此，電漿P的電子容易附著於在前述原料氣體供給製程S21中供給到成膜室10b內之氧氣的粒子。藉此，在成膜室10b內有效地生成負離子。

控制部50在停止了電漿槍7的電漿P之生成之後，依據電位測定部110的測定結果，控制基於電壓施加部90的電壓的施加。控制部50依據電位測定部110的測定結果在既定的時序開始基於電壓施加部90的電壓的施加。另外，藉由控制部50預先設定開始基於電壓施加部90的電壓的施加之時序。

在此，參閱圖4及圖5對電漿P的生成與負離子的生成之間的關係進行說明。圖4(a)的實線係表示負離子生成時的真空腔室10的空間內的既定位置處的浮動電位之曲線。若真空腔室10內的電子或負離子增加，則浮動電位上升，若真空腔室10內的電子或負離子減少，則浮動電位下降。圖4(b)示出真空腔室10的空間內的既定位置處的負離子的每單位平方面積的數量。圖5為表示剛停止生成電漿之後的浮動電位的樣子之曲線圖。在圖4中，當時間為「0」時開始生成電漿P，當時間為「t1」時停止生成電漿。另外，如圖4(a)所示，在使電漿P停止之瞬間，浮動電位急劇上升。如圖4(b)所示，在使電漿P停止之後，負離子量迅速減少，然後，在時間t3大幅增加，並在時間t2達到上升的峰值。在與圖4(a)的時間t3對應之時間，浮動電位達到上升的峰值，然後下降。

如圖5所示，電漿P停止後，浮動電位在區間E1迅速上升，在區間E2緩慢地上升。浮動電位在時間t3附近達到上升的峰值之後，在區間E3下降。下降後的浮動電位在時間t2附近達到下降的峰值，然後，在區間E4以後，浮動電位緩慢地上升。區間E3亦為負離子的量急劇增加之區間(參閱圖4(b))。又，區間E3當負離子的量增加時浮動電位下降，因此被認為係電子的量減少之區間。

從時間t1至時間t3，真空腔室10內殘留有Ar電漿(Ar⁺ ，e^- )。可以說這是因為即使短路開關SW1發生短路，主爐缸17與第2中間電極62之間的電壓亦為正。例如，隨著Ar⁺ +e^- →Ar消失，流入真空腔室10及電位測定部110之e^- 的量減少。相對於此，若為電子溫度下降之情況(O₂ *為O₂ 的活性狀態)則進行： O₂ *+e^- →O^- +O(可分離性電子附著) O+e^- →O^- (電子附著) 等的反應，生成與電子相比速度慢的O^- 。e^- 與O^- 相比，速度快，因此流入真空腔室10，但O^- 速度慢，因此以氣體溫度的速度擴散。由於直到時間t3為止，在主爐缸17與第2中間電極62之間存在電位差，因此e^- 和O^- 在真空腔室10內被牽引到電漿P側，時間t3以後，牽引力消失，因此e^- 和O^- 擴散。e^- 和O^- 中速度有很大差異，因此速度慢的O^- 殘留，在該O^- 帶負電。O^- 的生成和Ar⁺ +e^- →Ar，O⁺ +e^- →O，O₂ ⁺ +e^- →O₂ 等的ee^- 的消失同時進行，從而示出如圖4般的浮動電位的形跡。若考慮電漿的生成・消失的平衡，並考慮e^- 的衝突，則只有O^- 和O₂ ^- 在負電荷下存活。O^- 為90%以上，從而大體成為O^- 。因此，即使電漿P的OFF、亦即電子供給消失，由上述情況，帶負電者成為O^- 。

控制部50依據電位測定部110的測定結果，在電位上升之後下降之時序，開始基於電壓施加部90的電壓的施加。在圖5所示之例子中，電位上升之區間為區間E1及區間E2。電位下降之區間為區間E3。控制部50的電壓控制部53在區間E3(包含成為下降的峰值之時間t3)的任何時序開始基於電壓施加部90的電壓的施加。控制部50的電壓控制部53可以在區間E3中負離子的生成進行到一定程度之後半側的區域，開始基於電壓施加部90的電壓的施加。又，控制部50的電壓控制部53可以在電位到達至區間E3中的既定閾值之時序開始施加電壓。

另外，控制部50可依據電位測定部110的測定結果，在電位下降且達到該下降的峰值之時序，開始基於電壓施加部90的電壓的施加。亦即，控制部50的電壓控制部53在達到浮動電位的下降的峰值P1之時序開始基於電壓施加部90的電壓的施加。控制部50依據來自電位測定部110的測定結果監視電位的變化量，藉此掌握電位達到下降的峰值P1。另外，開始施加電壓的時序無需與由電位測定部110測定之電位成為峰值P1之時序完全一致，亦可以為從成為峰值P1之時序前後偏移之時序。

又，控制部50可以依據電位測定部110的測定結果，在電位上升之時序開始基於電壓施加部90的電壓的施加。控制部50的電壓控制部53在區間E1或區間E2的時序開始基於電壓施加部90的電壓的施加。控制部50的電壓控制部53可以在從電漿P停止起經過既定時間後的區間E2的時序開始基於電壓施加部90的電壓的施加。

接著，參閱圖3所示之流程圖，對基於控制部50之負離子生成時的控制內容的一部分進行說明。另外，控制部50的處理並不限定於圖3。

如圖3所示，控制部50的電漿控制部52開始藉由電漿槍7進行之電漿P的生成(步驟S10)。經過既定時間後，控制部50的電漿控制部52停止藉由電漿槍7進行之電漿P的生成(步驟S20)。藉此，在真空腔室10內，發生如圖5所示般的浮動電位的變化。控制部50的電壓控制部53取得來自電位測定部110的測定結果(步驟S30)。接著，控制部50的電壓控制部53依據S30中取得之電位判定是否為開始基於電壓施加部90的電壓的施加之時序(步驟S40)。

在S40中，當判定為不是電壓施加的時序時，從S30再次反覆進行處理。另一方面，在S40中，當判定為係電壓施加的時序時，控制部50的電壓控制部53開始電壓的施加。藉此，藉由對成膜對象物11賦予正的偏壓電壓，真空腔室10內的負離子被引導至成膜對象物11。

在圖3中，對負離子生成模式下的一次量的負離子生成，亦即，電漿槍7的電漿P的生成及停止該電漿P的生成的一次量中的處理進行了說明。成膜・負離子生成裝置1進行複數次的負離子生成。亦即，控制部50反覆進行電漿槍7的電漿P的生成及由該電漿P的生成的停止來進行之負離子的生成。因此，參閱圖7，對反覆生成負離子時的控制部50的控制內容進行說明。此時，在每次的負離子的生成中，電位測定部110進行電位的測定，並且，控制部50依據電位測定部110的測定結果控制基於電壓施加部90之電壓的施加。

如圖7所示，直至S10～S50，進行與圖3相同的處理。S50之後，控制部50在經過既定時間之後，停止基於電壓施加部90之電壓的施加(步驟S60)。接著，控制部50判定是否結束了負離子照射(步驟S70)。在S70中，當判定為負離子照射結束時，圖7所示之處理結束。在S70中，當判定為負離子照射未結束時，從S10再次反覆進行處理。亦即，控制部50再次生成電漿P(步驟S10)，並停止電漿P的生成(步驟S20)。此時，繼續電位測定部110的測定，控制部50取得來自電位測定部110的測定結果(步驟S30)。又，控制部50依據電位測定部110的測定結果再次開始基於電壓施加部90之電壓的施加(步驟S40)。如此，進行負離子的生成時，每次反覆進行藉由電位測定部110進行之測定及基於電壓施加部90之電壓的施加。

對本實施形態之成膜・負離子生成裝置1的作用・效果進行說明。

在成膜・負離子生成裝置1中，電漿槍7在真空腔室10的內部生成電漿P，藉此能夠在真空腔室10的內部生成負離子。又，電壓施加部90向成膜對象物11施加正電壓，真空腔室10內的負離子被引導到成膜對象物11側，從而負離子照射到成膜對象物11。在此，停止電漿槍7的電漿P的生成之後，電子容易附著於負離子的原料上，從而生成負離子。因此，負離子及電子在真空腔室10內增減，因此真空腔室10的內部的電位發生變動。因此，能夠藉由測定真空腔室10內的電位之電位測定部110的測定結果來掌握將負離子照射到成膜對象物11之適當的時序。因此，控制部50在停止電漿槍7的電漿P的生成之後，依據電位測定部110的測定結果控制基於電壓施加部90之電壓的施加。藉此，控制部50能夠在能夠避免大量的電子照射到對象物之時序向成膜對象物11照射負離子。藉由以上，能夠在適當的時序將負離子照射到成膜對象物11。

控制部50可依據電位測定部110的測定結果，在電位上升之後下降之時序，開始基於電壓施加部90之電壓的施加。電位上升之後下降之時序係停止電漿P的生成之後，負離子的生成進行一定程度之時序。因此，控制部50藉由在該時序開始電壓的施加，而能夠在進行負離子的生成之時序向成膜對象物11照射負離子。

控制部50可依據電位測定部110的測定結果，在電位下降且達到該下降的峰值之時序，開始基於電壓施加部90之電壓的施加。達到電位的下降的峰值之時序接近於在停止電漿P的生成之後，所生成之負離子的量成為峰值之時序。因此，控制部藉由在該時序開始電壓的施加，而能夠在存在很多負離子之時序向成膜對象物11照射負離子。

控制部50可依據電位測定部110的測定結果，在電位上升之時序，開始基於電壓施加部90之電壓的施加。此時，與在電位上升之後下降之時序、電位下降之後達到下降的峰值之時序開始施加之情況相比，能夠向對象物照射更多的負離子。但是，與在電位上升之後下降之時序、電位下降之後達到下降的峰值之時序開始施加之情況相比，有可能會成為混合有大量的電子之照射，因此係能夠允許電子照射之對象物為較佳。

電位測定部110可測定成膜對象物11的周邊的空間的電位。此時，能夠依據作為負離子的照射對象之成膜對象物11附近的情況進行控制。

控制部50反覆進行電漿槍7的電漿P的生成及由該電漿P的生成的停止來進行之負離子的生成，在每次的負離子的生成中，電位測定部110進行電位的測定，並且，控制部50依據電位測定部110的測定結果，控制基於電壓施加部90之電壓的施加。若進行基於電壓施加部90之電壓的施加，則對真空腔室10內的電漿P的狀態帶來影響。例如，即使第1次的負離子的生成與第2次的負離子的生成的運行條件相同，在兩者之間，存在電漿P的生成停止之後生成負離子之時序改變之情況。例如，存在相較於第1次，第2次時電子減少之情況。第1次的負離子生成時依據電位測定部110的測定結果確定電壓施加的時序之後，在相同時序，在第二次以後的負離子生成時進行電壓施加時，在適當的時序有可能不進行負離子照射(但是，該種控制方法不為從申請專利範圍第1項的範圍排出者)。因此，如圖7所示，在每次的負離子的生成中，藉由進行基於電位測定部110之測定及基於測定結果之電壓的施加的控制，能夠在適當的時序向對象物照射負離子。

在此，當在負離子照射期間改變電壓施加的電壓值時，電漿P的狀態改變，當電壓值高時，電子增加。每次的負離子的生成中，電位測定部110進行電位的測定時，能夠將由於改變該種電壓施加的電壓值而帶來之影響反映到控制中。藉此，能夠對應於在程序中改變負離子照射量及入射能量的情況。

以上，對本實施形態的一實施形態進行了說明，但本發明並不限定於上述實施形態，可以在不改變各申請專利範圍所記載之宗旨之範圍內進行變形或應用於其他實施形態中。

又，在上述實施形態中，係離子鍍著型的成膜裝置和負離子生成裝置組合而成之構成，因此從電漿槍射出之電漿P被引導到主爐缸側。但是，負離子生成裝置亦可以不與成膜裝置組合。因此，電漿P可以被引導至例如與電漿槍對置之壁部的電極等中。

例如，在上述實施形態中，將電漿槍7設為壓力梯度型的電漿槍，但是只要能夠在真空腔室10內生成電漿即可，且電漿槍7並不限於壓力梯度型者。

又，在上述實施形態中，電漿槍7與爐缸機構2的組在真空腔室10內僅設置有一組，但亦可設置複數組。又，對於一種材料可以從複數個電漿槍7供給電漿P。在上述實施形態中，設置有環爐缸6，但是亦可以藉由對電漿槍7的朝向和爐缸機構2中的材料的位置或朝向進行設計而省略環爐缸6。

1:成膜・負離子生成裝置(負離子生成裝置) 7:電漿槍 10:真空腔室 11:成膜對象物 50:控制部 90:電壓施加部 110:電位測定部 P:電漿

[圖1]為表示本發明的實施形態之成膜・負離子生成裝置的構成之概略剖視圖，為表示成膜處理模式中的動作狀態之圖。 [圖2]為表示圖1的成膜・負離子生成裝置的構成之概略剖視圖，為表示負離子生成模式中的動作狀態之圖。 [圖3]為表示本發明的實施形態之成膜・負離子生成裝置中的控制部的控制內容之流程圖。 [圖4]圖4(a)為表示負離子生成時的真空腔室的空間內的既定位置的浮動電位之曲線圖，圖4(b)為表示真空腔室的空間內的既定位置處的負離子的每單位平方面積的數量。 [圖5]為表示剛停止生成電漿之後的浮動電位的樣子之曲線圖。 [圖6]為表示電位測定部的電極部的變形例之圖。 [圖7]為表示本發明的實施形態之成膜・負離子生成裝置中的控制部的控制內容之流程圖。

2:爐缸機構

3:搬運機構

5:轉向線圈

6:環爐缸

7(24):電漿槍

9:線圈

10:真空腔室

10a:搬送室

10b:成膜室

10c:電漿口

10h(10W):側壁

10i(10W):側壁

10j(10W):底面壁

11:成膜對象物

12:容器

14:成膜部

15:搬運輥

16:成膜對象物保持構件

17:主爐缸

17a:填充部

17b:凸緣部

17c:貫通孔

18(90):滑接線

20:永久磁鐵部

27:偏置電源

34(24):電路部

35(90):偏壓電路

40(24):原料氣體供給部

41:氣體供給口

42:供電刷

50(24):控制部

51:模式切換部

52:電漿控制部

53:電壓控制部

60:陰極

61:第1中間電極(柵格)

61a:環狀永久磁鐵

62:第2中間電極(柵格)

62a:電磁體線圈

71:第1配線

72:第2配線

73:第3配線

80:可變電源

90:電壓施加部

110:電位測定部

111:電位檢測部

112:電極部

112a:前端部

B:搬運方向(箭頭)

P:電漿

Ma:成膜材料

R1~R4:電阻器

SW1,SW2,SW3:短路開關

Claims (9)

1. 一種負離子生成裝置，係使用電漿生成負離子以照射到對象物，具備：腔室，其係收納前述對象物並在內部進行前述負離子之生成；電漿槍，其係在前述腔室內生成前述電漿；電位測定部，其係測定前述腔室內的電位；及控制部，其係進行前述電漿槍以及前述電位測定部的控制；前述控制部在停止了生成前述電漿槍的前述電漿之後，依據前述電位測定部的測定結果，控制前述負離子之對前述對象物的照射。
2. 如請求項1的負離子生成裝置，其中，前述控制部依據前述電位測定部的前述測定結果，判定前述負離子的照射時序，控制對前述對象物的照射。
3. 如請求項2的負離子生成裝置，其中，前述控制部依據前述電位測定部測定出的前述電位，可以測定前述負離子的量，根據該負離子的量，判定前述照射時序。
4. 如請求項2的負離子生成裝置，其中，前述控制部依據前述電位測定部的測定結果，把前述電位上升後下降之時序，判定為前述照射時序。
5. 如請求項2的負離子生成裝置，其中，前述控制部依據前述電位測定部的測定結果，把前述 電位上升後前述電位下降且達到該下降的峰值之時序，判定為前述照射時序。
6. 如請求項2的負離子生成裝置，其中，前述控制部依據前述電位測定部的測定結果，把前述電位上升區間的時序，判定為前述照射時序。
7. 如請求項1至6中任一項的負離子生成裝置，其中，前述電位測定部測定前述對象物的周邊的空間的電位。
8. 如請求項2至6中任一項的負離子生成裝置，其中，前述控制部反覆進行：前述電漿槍的前述電漿的生成、及由該電漿的生成的停止來進行之前述負離子的生成；在每次生成前述負離子時，前述電位測定部進行前述電位的測定，並且，前述控制部依據前述電位測定部的測定結果，判定前述照射時序，控制對前述對象物的照射。
9. 如請求項1至6中任一項的負離子生成裝置，其中，更具備電壓施加部，其係可以施加正的電壓到前述對象物；前述控制部在停止了生成前述電漿槍的前述電漿之後，依據前述電位測定部的前述測定結果，控制基於前述電壓施加部的電壓的施加。

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