专利名称：等离子体成膜装置与膜制造方法
技术领域：
本发明涉及等离子体成膜装置，更具体地，涉及偏转等离子体束 以将它引到蒸发材料上的类型的等离子体成膜装置。
背景技术：
近年来，用于诸如LCD (液晶显示器)、PDP(等离子体显示面 板)等的大屏幕显示器件的大面积基板上的诸如透明导电膜ITO、前 面板电极保护层(例如MgO或氧化镁)等的薄膜的产量增大。随着 对高分辨率面板的需求增大，离子镀(ion plating)方法作为代替电 子束(EB)成膜方法或溅射方法的成膜方法吸引了注意。离子镀方法 不仅能够实现高的成膜速度、高密度膜的形成与大的处理裕度 (margin )，而且使得能够通过由磁场控制等离子体束而在大面积基 板上成膜。
在具有这样的优点的离子镀方法中，对于在用于显示器的大面积 基板上的成膜，中空阴极型离子镀方法特别有前景。在采用中空阴极 型离子镀方法的成膜装置中，Ar气被引入到包含中空阴极和多个电极 的等离子体枪以产生高密度等离子体。在使用磁场改变等离子体束的
形状和轨道之后，将等离子体束引导到成膜腔。由等离子体枪产生的 等离子体束在垂直于等离子体束照射(irradiation)方向的方向上延 伸，并且穿过由磁体产生的磁场，所述磁体由彼此平行地布置的相对 的永磁体形成。
等离子体束照射方向是穿过等离子体枪的中心并且平行于蒸发材 料盘的上表面的图1中箭头Z的方向，并且是指等离子体束被偏转之 前它从等离子体枪被发射的照射方向。因此，穿过磁场的等离子体束 形成片状的薄的扩展的等离子体束。以这种方式，利用引入(pull-in)磁体，等离子体束能够在宽范围上照射蒸发材料盘上的蒸发材料(例
如MgO)。这也能够在宽范围内使蒸发材料加热和蒸发，以在大宽度 基板上形成膜(参见日本专利公开第9-78230号)。
近年来，对于作为代替传统阴极射线管型显示器件的平的大屏幕 显示器件的LCD和PDP的需求急剧增大。迫切需要进一步改进LCD 和PDP的生产率。当要采用上述中空阴极型离子镀方法以在用于这样 的大屏幕显示器件的大面积基板上形成薄膜时，必须增大要被注入 (inject)到蒸发源的等离子体束的功率，从而增大成膜速度。
发明内容
本发明要解决的问题
但是，当增大等离子体束的注入功率时，可能从用等离子体束照 射的蒸发材料未预料地产生被称为飞溅物(splash)的滴状或微细的 固体散射物(scattering )(蒸发材料)。
注入功率越高以增大成膜速度，则飞溅物的产生量就越大。功率 增大的等离子体束的能量集中在蒸发材料的照射部分上。这可能导致 诸如在照射部分处的突沸(bumping)的现象，从而导致飞溅物。因 此，在传统的等离子体成膜装置中，如果在成膜期间由飞溅物导致的 散射物附着到基板的表面，那么它们可能被不期望地沉积在已经形成 的孔和槽中或者在其他图案上，以形成空隙和任何其他的缺陷配线。
因此，这显著地降低显示装置的质量。 解决问题的手段
考虑到上述问题而作出了本发明，且本发明将防止飞溅物出现而
不降低成膜速度作为其目的。
为了实现上述目的，根据本发明，提供一种等离子体成膜装置，
其具有发射等离子体束的等离子体枪、和将磁场施加到从等离子体枪 发射的等离子体束以将等离子体束的束截面变形成几乎矩形或椭圆形
形状的磁体，所述装置包括
多个磁体单元，其偏转其束截面被变形的等离子体束，以用被偏
5转的等离子体束来照射照射靶，
其中，要被布置在照射靶的表面的下后侧(lower backside )的第 一磁体和具有与第 一磁体的磁极相同的磁极的第二磁体被布置在磁体 单元中，使得第一磁体和第二磁体排列(lineup)成彼此间隔开。
根据本发明的等离子体成膜装置，第一磁体和第二磁体沿等离子 体束的照射方向排列。
根据本发明的等离子体成膜装置，第 一磁体和第二磁体通过磁轭. (yoke )排列。
根据本发明的等离子体成膜装置，第一磁体和第二磁体通过第三 磁体排列，所述第三磁体布置在照射靶的表面的下后侧，并且具有与 第 一磁体和第二磁体的磁极不同的磁极。
根据本发明的等离子体成膜装置，第一磁体和第二磁体中被布置 得离等离子体枪最远的磁体产生最强的磁场。
根据本发明的等离子体成膜装置，第 一到第三磁体具有四边棱柱 (quadrangular prismatic )形状。
根据本发明的制造要被形成在基板上的膜的方法，所述方法包括
为了使蒸发材料蒸发，将由根据本发明的等离子体成膜装置产生 的等离子体照射到充当照射靶的蒸发材料的步骤，所述照射靶被容纳 在布置于能被抽空(evacuate)的成膜腔内的蒸发材料盘中，以及
在基板上形成膜的步骤，所述基板布置在成膜腔中与蒸发材料盘 相对的位置处，相对于蒸发材料盘有预定的间隙。
根据本发明的等离子体成膜装置，偏转等离子体束的多个磁体被 布置成沿等离子体束的照射方向彼此间隔开，使得在照射靶侧呈现同 样的磁极。
结果，能够在宽的范围中使照射蒸发材料的等离子体束分散 (disperse)，以增大蒸发材料上等离子体束的照射面积。此外，在增 大等离子体束的功率以增大成膜速度的同时，能够降低照射单位面积 的蒸发材料的等离子体束的能量密度。因此，能够提供能防止飞溅物 而不降低成膜速度的等离子体成膜装置。
6从结合附图的以下描述，本发明的其他特征和优点将是明显的， 在其所有附图中，相似的附图标记指示相同或类似的部件。
被并入并且构成说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并 且，与描述一起用于解释本发明的原理。
图1是显示根据本发明的实施例的等离子体成膜装置的示意性布
置的平面图2是显示根据本发明的实施例的等离子体成膜装置的示意性布 置的侧视图3A是显示根据本发明的实施例的引入磁体单元的示意性布置 的侧^L图3B是显示根据另一实施例的引入磁体单元的示意性布置的侧 视图3C是显示根据又一实施例的引入磁体单元的示意性布置的侧 碎见图；以及
图3D是显示根据又一实施例的引入磁体单元的示意性布置的侧 视图。
具体实施例方式
将参考图l到图3A-3D详细描述本发明的实施例。图l是显示根 据本发明的实施例的等离子体成膜装置的示意性布置的平面图。图2 是显示根据本发明的实施例的等离子体成膜装置的示意性布置的侧视 图。图3A是显示根据本发明的实施例的引入磁体单元的示意性布置 的侧视图。
图3B是显示根据另一实施例的引入磁体单元的示意性布置的侧 视图。图3C是显示根据又一实施例的引入磁体单元的示意性布置的 侧视图。图3D是显示根据又一实施例的引入磁体单元的示意性布置 的侧视图。
7根据此实施例的等离子体成膜装置10是这种类型的等离子体成 膜装置其偏转通过用磁体27和29将等离子体束25的截面变形成几 乎矩形或椭圆形的形状而获得的等离子体束28，以将等离子体束28 引到蒸发材料31上。将等离子体束28引到蒸发材料31上的引入磁体 单元33包含多个引入磁体(第一磁体34和第二磁体35)，所述多个 引入磁体布置在蒸发材料盘32 (照射靶体)的下后侧，并且排列成沿 等离子体束的照射方向(箭头Z的方向)彼此间隔开。此布置在防止 飞溅物出现的同时实现了生产率的改进。
如图1和2中所示，根据此实施例的等离子体成膜装置10包含 等离子体枪20;会聚线圈26，其牵引来自等离子体枪20的等离子体 束，从而等离子体束行进到成膜腔30中；以及成膜腔30，其容纳将 引出的等离子体束变形成具有几乎矩形或椭圆形的截面的磁体27和 29、引入磁体单元33、用于保持蒸发材料31的蒸发材料盘32，以及 基板39。下面将详细描述各组成构件。
等离子体枪20包含中空阴极21、电极磁体22和电极线圏23。在 成膜腔30侧，按照电极磁体22、电极线圏23的顺序，在中空圆柱状 的中空阴极21的轴上布置电极磁体22和电极线圏23。电极线圏23 连接到从成膜腔30延伸的等离子体通过部分30a。等离子体枪20的 阴极21a连接到DC电源VI的负极侧。电极磁体22和电极线圏23 经由电阻器R1和R2连接到DC电源Vl的正极侧。在此布置中，当 操作DC电源V1时，在等离子体枪20中产生圆柱状等离子体束。尽 管在此实施例中等离子体枪20被布置在成膜腔30外面，但是，其可 以被布置在成膜腔30里面。此实施例例示了其中安装一个等离子体枪 20的等离子体成膜装置10。本发明也可应用于其中多个等离子体枪被 安装在成膜腔30中的等离子体成膜装置。
会聚线圈(空心线圏)26被布置在等离子体枪20中在比电极线 圏23更靠近成膜腔30的一侧上，以围绕成膜腔30的等离子体通过部 分30a。会聚线圏26被与中空阴极21同轴地布置。当从外部电源(没 有示出)向会聚线圏26施加DC电流时，等离子体枪20中产生的等离子体束被引入到成膜腔30中。等离子体束25被沿中空阴极21和会 聚线圏26的轴的延长线(Z方向)引出，并且在成膜腔30中行进。
在成膜腔30中，按照磁体29、 27的顺序，从上游侧(等离子体 枪20侧)顺着(downstream )等离子体束25的辐射(radiation )方 向顺序地布置磁体29和27。磁体27和29是在垂直于等离子体束25 的辐射方向的方向上延伸、并且被彼此平行地布置以彼此相对的板状 永磁体。当从等离子体枪20引出到成膜腔30中的等离子体束25穿过 由磁体27和29产生的磁场时，等离子体束25形成在垂直于辐射方向 (Z方向)的方向(X方向)上扩展并且具有被变形成几乎矩形或椭 圆形的形状的束截面的等离子体束28。尽管在此实施例中布置了两组 磁体27和29，但是万兹体可以包含一组。备选地，可以布置三组或更 多组/磁体。/磁体27和29可^皮布置在成膜腔30外面。
能够被抽空的成膜腔30容纳蒸发材料盘32与要在其上形成膜的 基板39 (例如用于显示器的大尺寸基板)，所述蒸发材料盘32容纳 并保持蒸发材料(例如MgO或透明导电膜ITO) 31。基板39由基板 保持件(没有示出)保持，并被布置成与由蒸发材料盘32保持的蒸发 材料31相对。基板39以根据所需的规格而确定的预定间隙与蒸发材 料31相对，并且(沿图2中Z方向的箭头43)被连续地运送以与辐 射方向(Z方向)平行。
如图2所示，在成膜腔30中，多个引入磁体单元33被沿垂直于 等离子体束25的辐射方向(Z方向)的方向(X方向)布置在蒸发材 料盘32的下后侧。通过从等离子体枪20侧即沿等离子体束25的照射 方向布置具有相同的四边棱柱形状(每一个在照射方向上具有长度且) 的引入磁体34 (第一磁体)和引入磁体35 (第二磁体)，并在引入磁 体34和35之间布置》兹轭36，形成图3A中详细显示的每一个引入磁 体单元33。
布置引入磁体34和35，使得相同的磁极例如S极与蒸发材料盘 32相对。通常，引入磁体34和35中的每一个可由例如钐钴基磁体 (Sm.Co)或钕基》兹体(Nd.Fe.B)形成。
9尽管在此实施例中Z方向上的引入磁体34和35中的每一个的宽 度i被设在10 mm和30 mm之间，但是其不是特另'J限定的，且可以 考虑要使用的引入磁体的材料和所需的等离子体束的偏转方向而被自 由设定。
利用以上布置，由引入》兹体34和35产生的/f兹场偏转在成膜腔30 中行进的等离子体束28，以将等离子体束28引到蒸发材料盘32上的 蒸发材料31上。从而，蒸发材料31被加热并蒸发，以在与蒸发材料 31相对的基板39上形成膜。根据此实施例，由于磁轭36的存在，引 入》兹体34和35 4皮布置成4皮此间隔开。从而，分别产生引入磁体34 的磁场和引入磁体35的磁场。引入磁体34和35产生的磁场在等离子 体束28的照射方向(Z方向)上使等离子体束28的偏转方向分散， 从而能够用等离子体束28在较大范围上照射蒸发材料31。因此，即 使当增大等离子体束25的功率以改进诸如成膜速度的生产率时，也能 够扩大蒸发材料31上等离子体束28的照射面积，并且能够抑制能量 密度的急剧局部增大，从而防止飞溅物出现。
与此相对比，当只采用一个引入磁体并且增大与蒸发材料盘32 相对的引入磁体的面积时，尽管可以使得由^ j入磁体产生的磁场是强 的，但是由于磁场仅由一个引入磁体产生，所以不能使等离子体束28 分散。甚至当增大等离子体束25的功率时，等离子体束28的能量密 度可局部急剧增大而导致飞溅物。
在上述引入磁体单元33中，磁轭36被布置在引入磁体34和35 之间。备选地，如图3B中所示，可以采用引入磁体单元133，其中， 磁体136 (第三磁体)被布置在两个引入磁体134和135 (第一磁体和 第二磁体)之间。
通过从等离子体枪20侧顺序地布置引入磁体134和135，使得它 们在蒸发材料盘32侧的部分是S极而形成引入磁体单元133，所述引 入磁体134和135具有相同的四边棱柱形状(每一个在Z方向具有宽 度旦)，并且由与引入磁体34和35的材料相同的材料制成。此外， 磁体136 (第三磁体)被布置在引入磁体134和135之间，使得其在
10蒸发材料盘32侧的部分是N极(与引入磁体134和135的磁极不同 的/P兹极)。磁体136可以由例如钐钴基磁体或钕基磁体形成。引入磁 体134和135与磁体136 ^皮固定并且被布置在长板状磁轭137上。
在具有以上布置的引入磁体单元133中，由于磁体136的存在， 引入磁体134和135被布置成彼此间隔开。因而，分别产生引入磁体 134的磁场和引入磁体135的磁场。由引入磁体134和135产生的磁 场使等离子体束28的偏转方向分散，使得能够在蒸发材料31的较大 范围上使等离子体束28分散。因此，即使当增大等离子体束25的功 率以改进诸如成膜速度的生产率时，也能够扩大蒸发材料31上等离子 体束28的辐射面积，并且能够抑制能量密度的急剧局部增大，从而防 止飞溅物出现。
代替上述磁轭36或磁体136，如果两个引入磁体仅通过间隙彼此 间隔开，那么所述两个引入磁体分别产生磁场。因此，能够使等离子
体束28的偏转方向分散，从而能够用等离子体束28在较大的范围上 照射蒸发材料31。
在上述引入》兹体单元33中，引入石兹体34和35由具有相同形状的 磁体形成。如果由位于距等离子体枪20远的磁体35产生的磁场大于 由位于距等离子体枪20近的引入磁体34产生的磁场，那么引入磁体 35的磁场能够容易地覆盖等离子体枪20侧的较大的范围，从而等离 子体束28能够被更可靠地分散，这是优选的。这能够通过以下而实施 由钐钴基磁体(Sm.Co)形成引入磁体34,并且由能够产生比钐钴基 》兹体所产生的磁场更强的磁场的钕基磁体(Nd'Fe'B)形成引入磁体 35，从而用引入磁体35获得比用引入磁体34获得的磁场更大的磁场。
如在图3C中所示的引入磁体单元233中，如果引入磁体235(在 辐射方向具有长度b )的体积大于在等离子体枪20侧的引入磁体234 (在辐射方向具有长度2)的体积(b>a)，那么由引入磁体235 (第 二磁体)产生的磁场就能够变得大于由引入磁体234 (第一磁体)产 生的磁场。在此引入磁体单元233中，磁体236 (第三磁体)被布置 在引入磁体234和235 (第一和第二磁体)之间，并且引入磁体23和235与磁体236被布置在长板状磁轭237上。引入磁体234和235 与磁体236中的每一个可以由例如钐钴基磁体(Sm.Co)或钕基磁体 (Nd.Fe.B)形成。代替磁体236，可以布置磁轭，或者可以在引入磁 体234和235之间留出间隙。
如在图3D中所示的引入万兹体单元333中，可以布置引入磁体334 和335，以使引入磁体335(第二磁体)的S极的远端面(distal end face ) 比等离子体枪20侧的引入磁体334 (第一磁体)的S极的远端面更靠 近蒸发材料盘32侧(Y方向)。
此布置能够增大施加到等离子体束28的引入磁体334和335的磁 场中由引入磁体335产生的磁场的比例。这是优选的，因为能够更可 靠地分散等离子体束28。通过以下来形成此引入磁体单元333:从等 离子体枪20侧顺序地布置具有四边棱柱形状和垂直于纵向方向的同 样截面的引入磁体334和335 (第一和第二磁体)，并在引入磁体334 和335之间布置磁辄336。引入磁体334和335中的每一个可以由例 如钐钴基磁体(Sm'Co)或钕基磁体(Nd'Fe'B)形成。可以布置引入 磁体335，以使其N极的远端面处于与引入磁体334的N极的远端面 几乎相同的位置处。备选地，引入磁体334和335可以具有相同的形 状，并且引入磁体335可被布置得比引入磁体334更靠近蒸发材料盘 32侧。
所述多个引入磁体可以包含布置在等离子体束28的照射方向上 的三个或更多个引入磁体，只要它们彼此间隔开即可。在此情况下， 各$ 1入磁体当然能被布置成彼此间隔开。彼此相邻布置的引入磁体的 块也可被彼此间隔开。在引入磁体之间，可以布置磁轭和具有与引入 磁体的磁极相反的磁极的磁体两者。所述多个引入磁体不需要直接在 等离子体束25下排列，只要它们被布置成彼此间隔开并且能够使等离 子体束28的偏转方向分散即可。
下面将描述使用根据此实施例的等离子体成膜装置10在基板39 上形成膜的方法(制造膜的方法)。
首先，如图l和2中所示，将蒸发材料31布置在能够被抽空的成
12膜腔中的蒸发材料盘32上，并且将要进行成膜处理的基板39设置在 基板保持件(没有示出)上。
然后，为了将成膜腔30的内部设置成根据成膜规格而确定的预定 真空度，将成膜腔30的内部抽空(箭头42)，并且将反应气体供给 到成膜腔30中(箭头41)。
在此状态下，将等离子体束产生气体(例如氩(Ar))引入到等 离子体枪20的中空阴极21中(箭头40)。当操作DC电源VI时， 由会聚线圏26产生的磁场会聚由等离子体枪20产生的等离子体束 25。会聚的等离子体束25在扩展成具有由施加到会聚线圏26的电流 所确定的特定直径的圆柱形状的同时，被引出到成膜腔30中。被引出 的等离子体束25穿过由磁体27和29产生的磁场，以形成被各磁场变 形成具有几乎矩形或者椭圆形的截面的平的、片状等离子体束28。
等离子体束28朝被基板39和蒸发材料31夹在中间的空间传播， 并且被引入磁体34和35产生的磁场偏转，从而将等离子体束28引到 蒸发材料31上，所述引入磁体34和35被布置在蒸发材料盘32的下 后侧，以使它们的S极与蒸发材料31侧相对。蒸发材料31被等离子 体束28加热的部分被蒸发。蒸发的蒸发材料31到达正通过基板保持 件(没有示出)在从等离子体枪20分开的方向(箭头43)上移动的 基板39，并且在基板39的表面上形成膜(例如MgO)。
使用根据以上实施例的成膜装置，在下面的条件下进行氧化镁成 膜试验。
作为用于比较的引入磁体单元，使用具有与图3B中所示的布置 同样的布置的一个引入磁体单元。作为传统引入磁体的例子，只釆用 S极与蒸发材料盘32的下后侧相对的一个引入磁体。蒸发材料盘32 和引入磁体134之间的距离与蒸发材料盘32和引入磁体135之间的距 离都为80 mm。
引入》兹体134和135等具有相同的形状。
用于氧化镁的沉积条件如下
.放电功率…0.16Pa
Ar流率…11 sccm 功率…26.1 kW
聚焦线圈电流…45A
使用根据本发明实施例的成膜装置，在以上成膜条件下在基板39 上形成氧化镁膜。测量在蒸发材料盘32上形成的等离子体束28的照 射标记(照射面积)。
与采用一个引入磁体的传统情况相比，当采用具有图3B中所示 布置的引入磁体单元133时，在等离子体束25的照射方向(图1和 3B中的Z方向)上照射面积增大至约1.5倍。在以上成膜条件下，当 采用一个引入磁体时，当达到如170 A/秒那么高的成膜速度时产生飞 溅物。但是，当使用引入磁体单元133时，维持了高的成膜速度而不 产生飞賊物。
已经在参照以上实施例的同时描述了本发明。注意，本发明不限
于以上实施例，并且，为了改进的目的或者在本发明的精神和范围内， 可以作出各种改变和j务改。
本发明不限于以上实施例，并且，可以作出各种改变和修改而不 脱离本发明的精神和范围。因此，为了告知公众本发明的范围，附上 下面的权利要求。
本申请基于2006年7月7日提出的在先日本专利申请第 2006-188521号，并且要求其优先权，其所有内容在此通过引用被并 入。
权利要求
1、一种等离子体成膜装置，具有发射等离子体束的等离子体枪、和施加磁场到从所述等离子体枪发射的等离子体束以将所述等离子体束的束截面变形成几乎矩形或椭圆形的形状的磁体，所述装置包含多个磁体单元，所述多个磁体单元偏转其束截面被变形的所述等离子体束，以用被偏转的等离子体束照射照射靶，其中，要被布置在所述照射靶的表面的下后侧的第一磁体和具有与所述第一磁体的磁极相同的磁极的第二磁体被布置在所述磁体单元中，以使所述第一磁体和所述第二磁体排列成彼此间隔开。
2、 根据权利要求1的等离子体成膜装置，其中所述第一磁体和所述第二磁体沿所述等离子体束的辐射方向排列。
3、 根据权利要求1或2的等离子体成膜装置，其中所述第一磁体和所述第二磁体通过磁轭排列。
4、 根据权利要求1或2的等离子体成膜装置，其中所述第一磁体和所述第二磁体通过第三磁体排列，所述第三磁体被布置在所述照射靼的表面的下后侧，并且具有与所述第一磁体和所述第二磁体的磁极不同的》兹才及。
5、 根据权利要求1或2的等离子体成膜装置，其中在所述第一磁体和所述第二磁体中，被布置成离所述等离子体枪最远的磁体产生最强的f兹场。
6、 根据权利要求4的等离子体成膜装置，其中所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体具有四边棱柱形状。
7、 一种制造要被形成在基板上的膜的方法，所述方法包含为了使蒸发材料蒸发，将由根据权利要求1的等离子体成膜装置产生的等离子体照射到充当照射靶的蒸发材料的步骤，所述照射靶被容纳在布置于能被抽空的成膜腔中的蒸发材料盘中，以及在所述基板上形成膜的步骤，所述基板被布置在所述成膜腔中相对于所述蒸发材料盘以预定的间隙面对所述蒸发材料盘的位置处。
全文摘要
一种等离子体成膜装置，具有发射等离子体束的等离子体枪、和施加磁场到从等离子体枪发射的等离子体束以将等离子体束的束截面变形成几乎矩形或椭圆形的形状的磁体，所述等离子体成膜装置包括多个磁体单元，所述多个磁体单元偏转其束截面被变形的等离子体束，以用偏转的等离子体束照射照射靶。要被布置在照射靶的表面的下后侧的第一磁体和具有与第一磁体的磁极相同的磁极的第二磁极被布置在每一个磁体单元中。第一磁体和第二磁体排列成彼此间隔开。
文档编号C23C14/32GK101490304SQ20078002575
公开日2009年7月22日 申请日期2007年7月4日 优先权日2006年7月7日
发明者中河原均, 佐佐木雅夫, 斋藤友康, 森脇崇行 申请人:佳能安内华股份有限公司