专利名称：等离子体汽相沉积设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种等离子体汽相沉积设备。更具体地说，本发明涉及一种串联式等离子体汽相沉积设备，该设备能够以高效率制备高质量的薄膜，并能用于制备多层薄膜。
随着电子学和光电子学之类领域中技术革新的迅速发展，人们对功能性薄膜材料寄予更大的希望，并积极努力地研究和开发，以求制备高质量的薄膜和制备多层薄膜。
为了制备这样一种薄膜，考察了各种方法，包括真空汽相沉积法、溅射法和等离子体汽相沉积法，其中一些已经用于实际。
从这些方法中，已知溅射法生产率高，另一方面，高频激发特别是以使用线圈状电极的等离子体激发为基础的等离子体汽相沉积法在均匀匀性和薄膜的粘附强度之类性能方面都十分优越。
但是，按照这些常规方法，能够制备质量和性能均优越的薄膜并不总是与获得较高的生产率相容的。因此对于液晶元件来说很难获得高产生率，或很难连续地制备多层薄膜。
例如，溅射法的缺点是，它很难在衬底上均匀地分布形成薄膜的物质或获得薄膜的均匀化学成分，而且很容易造成针眼和品质降低。因此，如上所述，对等离子体汽相沉积法抱有更高的期望。
但是，在这种等离子体汽相沉积法的情况下，就支配形成等离子体空间的激发机构和抽真空及装卸汽相源物质来说，必须比溅射法更小心，而且不容易将这样一种方法作为高生产率的连续过程来实施。
例如，本发明人已提出一种等离子体汽相沉积设备，该设备具有多个用电磁屏蔽板隔开的接续排列的汽相沉积区(日本专利公开No.55-21，109)。但是，即使按照这种设备，能够以高效率制备高质量薄膜的可能性也受到限制。该设备也不可能制备多层薄膜。
因此本发明的目的是提供一种新的串联式等离子体汽相沉积设备，该设备克服了常规工艺中的上述缺点，能够以高生产率制备高质量、高性能的薄膜，并能够制备多层薄膜，同时利用了等离子体汽相沉积法的有利优点。
为了解决上述问题，本发明提供一种真空等离体汽相沉积设备，该设备包括一个汽相源供给装置、一个高频激发装置和一个安置在这些装置上方的衬底固定装置;其中，所述汽相源供给装置具有一个驱动机构和一个连接于其上并水平旋转的圆形保持板，该圆形保持板有一个旋转轴和一个设置在保持板表面上的同心的汽相源物质载带区，而所述高频激发装置具有线圈状电极。本发明也提供了一种串联式真空等离子体汽相沉积设备，该设备包括位于设备流水线两端的衬底入口和出口，一或多个能够独立抽真空的汽相沉积区和在其前后与其串联的抽真空区，以及设置在每个汽相沉积区和抽真空区中的输送装置，用于使其连续通过，其中所述设备具有一个汽相源物质供应机构，其中至少一个汽相沉积区有一个装在圆形保持板上连接驱动机构并水平旋转的旋转轴和一个在同心表面上的汽相源物质安装区，所述设备还具有一个位于通过的衬底下方的设有线圈状电极的高频激发装置。
图1表示本发明串联式设备的实施例的平面图和前视图;
图2表示本发明串联式设备的实施例的透视图;
图3表示本发明串联式设备的实施例的透视图;
图4表示一种高频激发沉积区实施例的截面图;
图5表示一种薄膜厚度校正板实施例的平面图;
图6表示本发明设备的另一种实施例的部分透视图;
图7表示本发明串联式设备的又一种实施例的平面图;
图8表示对应图7的前视图;
图9表示对应图7和图8的部分透视外观图;
图10表示对应图9的部分略去的透视图;
图11表示一种高频率输出的汽相沉积区实施例的截面图;
图12表示一种薄膜厚度校正板实施例的平面图;
图13表示本串联式设备的另外一种实施例的平面图。
下面将参考
本发明的真空等离子体汽相沉积设备。下面的说明涉及一种作为连续生产线的串联式设备。
附图1包括了本发明的串联式等离子体汽相沉积设备的实施例的平面图和前视图，而图2和图3为其部分略去的透视图。在本发明中，如图1、2、3所示，设备在其流水线的两端具有衬底(1)的入口(2)和出口(3)，一或多个能够独立地抽真空的汽相沉积区(4)和在其前后的抽真空区(5a)和(5b)。衬底(1)的入口(2)和出口(3)设置了衬底(1)的升降机构(6)。
该设备具有输出装置(7a)和(7b)，用于使衬底(1)连续地通过汽相沉积区(4)和抽真空区(5)的上方。图3表示输送衬底(1)的一个例子。输送装置安装了例如一个回行机构。
本发明的包括上述流水线组成部分的串联式等离子体汽相沉积设备，具有一个汽相源物质供应装置和一个高频激发装置，汽相源物质供应装置有一种在真空室中安装于水平旋转保持板(8)上的汽相源物质(9)，该真空室至少用作一个汽相沉积区(4)，而高频激发装置设有安装在行进的衬底(1)下方的线圈状电极。
衬底(1)由作为输送装置的运动区(7a)支承在入口(2)处，并通过滑动沿对面的轨道区(7b)输送。衬底(1)通过抽真空区(5a)中的抽真空空间输送，该抽真空区(5a)构成汽相沉积区(4)的前半行程，衬底在真空条件下引入汽相沉积区(4)。在这个汽相沉积区(4)中，衬底(1)受到规定的薄膜制备处理，然后输送到构成汽相沉积区后半行程的抽真空区(5b)。在这种情况下，可以在抽真空区(5a)的前半行程中的某个规定点预先加热衬底(1)。抽真空区(5a)和(5b)形成一个缓冲空间，使单个容器之间的空间与真空闸门阀之间合适地连接，以便使其包括汽相沉积区(4)在内的每个容器能够独立地抽真空。
如图1和图2所示，装有带线圈状电极的高频激发装置的汽相沉积区(4)安装了例如能够沿衬底(1)的行进方向的两侧开关的门(10)，而且如图4中截面图所示，还安装了一个与衬底相对的汽相源供应装置，后者具有安装在上述保持板(8)上的汽相源物质(9)，保持板在一个与通过其上方的衬底(1)的行进方向成直角相交的点水平地旋转。这个保持板(8)由于驱动装置(11)的作用而围绕中心(A)旋转，使得例如能够由于安装在保持板(8)的弧形沟槽上的汽相源物质(9)的连续旋转而匀匀地蒸发。这些汽相源物质(9)的蒸发通过一个合适的装置，如电阻加热、电感加热、电子束照射或离子束照射装置来完成。
在图4所示的例子中，安装了一个电子束照射装置(12)，使得汽相源物质(9)在从这个电子束照射装置(12)来的电子束的作用下蒸发。该物质的蒸发粒子受到包括线圈状电极(14)的高频激发装置的等离子体激发，同时利用快门(13)控制蒸发，并由受激的离子和基团在衬底(1)上生成一层薄膜。
通过连续地蒸发安装在水平旋转的保持板(8)上的汽相源物质(9)，并通过将这个汽相源供应装置相对于衬底(1)的行进方向成直角地设置在对面，有可能通过由线圈状电极实现的等离子体激发蒸发粒子来均匀地蒸发和均匀地生成一层薄膜，从而使得能够获得包括薄膜结构、薄膜厚度和粘附强度在内的均匀性能。汽相源物质(9)的状态可以通过石英监控器(15)来观察。
虽然薄膜是在衬底(1)行进期间生成的，但这样生成的薄膜充分保证上述均匀性，为了进一步维持均匀性，在本发明的设备中同时设置了一个薄膜厚度校正板(16)。这个校正板(16)用于避免受激粒子在衬底(1)表面上重复，以保持令人满意的均匀性。通常，如图5所示，校正板(16)在沿衬底(1)的行进方向产生部分的屏蔽作用。其形状最好根据汽相源物质供应装置的形状和配置、汽相源物质(9)的种类和薄膜生成条件而变化。
至于衬底(1)，最好装备一个加热器(17)，以便能够从背面加热衬底(1)，如图4所示。
关于汽相沉积区(4)，应当合适地安装一个给衬底(1)加偏置电压的加压装置和生成等离子体用的反应气体和隋性气体供应装置。
由线圈状电极(14)产生的高频激发等离子体可以根据不同的已知条件来产生例如，可以通过抽真空到1×10-5至1×10-4乇并引入隋性气体如氩或氦，并进一步引入氧、氮、氢、碳氢化合物或聚合物单体与蒸发任何种类的固体物质和金属、合金、无机物及聚合物而产生的等离子体反应，来生成一种薄膜。
例如，通过利用ITO(氧化铟锡)作为汽相源物质并引入惰体气体和氧气，有可能以高生产率在玻璃衬底上生成一层高质量的ITO薄膜，例如，有可能在比常规方法的200至300℃更低的温度下生成这种薄膜。
在本发明中，如图6所示，例如，可以通过设置许多个汽相沉积区(4a)和(4b)来在装有掩模的衬底上的规定部位处生成一种不同物质的薄膜或多层薄膜。
利用上述结构装置，例如，在对一种金属或无机物质进行等离子体汽相沉积之后，通过等离子体汽相沉积一层有机薄膜或多层色素物质蒸汽，可以制备一种颜色过滤器衬底。这样一种颜色过滤器的制造可以结合ITO薄膜的制备来连续地完成。
普通真空汽相沉积法或不使用线圈状电极的等离子体汽相沉积法，可以与等离子体汽相沉积法相结合。
图7和图8示出了本发明的串联式等离子体汽相沉积设备的另一个实施例。
如图7的平面图和图8的前视图所示，该实施例的设备有一个与设备流水线端部隔开的衬底(21)的入口-出口区(23)和设置在流水线两端的托盘输送中继升降区(24)和(25)。在流水线的中部，安装了一或多个能够独立抽真空的汽相沉积区(26)和在其前后的抽真空区(27a)和(27b)。该设备装有图9所示的回行机构(31)，用于取出从真空室取出的输送托盘(22)(装有衬底(21))并将托盘(22)送回出口区(23)。
该设备有一个输送装置(30)，用于使衬底(21)连续地通过汽相沉积区(26)和抽真空区(27a，27b)的上方。图10举例说明衬底(21)的输送。这个输送机构(30)在其上部区域具有上述回行机构(31)。
在具有上述流水线构造的串联式等离子体汽相沉积设备中，在行进的衬底(21)的下方，设置了一个在真空室中于水平旋转的保持板(32)上装有汽相源物质(33)的汽相源物质供应装置和一个装有线圈状电极(39)的高频激发机构。
衬底(21)装载在入口-出口区(23)处的输送托盘(22)上，并利用输送机构(29)送到中继升降机(24)上。衬底(21)而后输送到入口室(28a)，由包括驱动旋转机构和滑动输送用的皮带驱动滑动机构的输送机构(30)支承。衬底(21)在构成汽相沉积区(26)的上半行程的抽真空区(27a)的抽真空空间内输送，并在真空条件下引入汽相沉积区(26)。在这个汽相沉积区(26)中，衬底(21)受到规定的薄膜制备处理，并输送到抽真空区的后半行程(27b)中。在这种情况下，衬底(21)可以在制备薄膜之前在抽真空区的前半行程(27a)的预定位置上预先加热或受到等离子体处理。抽真空区(27a)和(27b)形成一个缓冲空间，使得单个容器与位于其间的真空闸门阀合适地连接，而包括汽相沉积区(26)的容器可以独立地抽真空。
把在其上面制备了一层薄膜的衬底(21)从出口室(28b)取出安置到托盘输送中继升降机(25)上，并通过回行机构(31)送回。
如图7和图8所示，装有包括线圈状电极的高频激发装置汽相沉积区(26)具有例如能够打开和关闭衬底(21)行进方向侧面的门(26)，并且如图11的截面图所示，该沉积区还装有具有上述水平旋转的保持板(32)的汽相源供应装置，保持板上载带汽相源物质(33)，安置在大体上垂直于其上方的衬底(21)的行进方向而与衬底相对的位置上，还装有一个汽相源物质(33)的再添满机构(34)。保持板(32)通过驱动机构(37)的作用围绕板上的中心轴旋转，使得保持板(32)的弧形沟槽中载带的汽相源物质(33)连续地旋转，以使其能均匀地蒸发。汽相源物质(33)能够通过再添满机构(34)连续地供应到保持板(32)上，如图11所示。
汽相源物质(33)的蒸发可以通过一种合适的装置，如电阻加热、电感加热、电子束照射或离子束照射装置来完成。
在图11所示的实施例中，该设备安装了一个电子束照射装置(35)，使得汽相源物质(9)可以在从这个电子束照射装置(35)来的电子束的作用下蒸发。蒸发的物质粒子受到包括线圈状电极(39)的高频激发装置的等离子体激发，同时利用快门(38)控制蒸汽，并由如此激发的离子和基团在衬底(21)上生成一层薄膜。
通过连续地蒸发载带在水平旋转的保持板(32)上的汽相源物质(33)，并通过将这个汽相源供应装置大体上垂直于衬底(21)的行进方向并与其相对地设置，有可能通过蒸发和线圈状电极对蒸汽粒子的等离子体激发来均匀地生成一层薄膜，并得到薄膜结构、薄膜厚度和粘附强度之类的均匀性能。汽相源的物质(33)的状态可以通过石英监控器或利用以电子轰击为基础的激发源的EIES监控器(40)来观测。
薄膜是在衬底(21)行进期间生成的，在行进期间薄膜的生成保持了上述的均匀性。为了进一步保证这种均匀性，在本发明的设备中设置了一个薄膜厚度校正板(42)。这个校正板(42)通过避免受激粒子在物质(21)表面上重叠来保证均匀的薄膜厚度。在图12所示的本实施例的情形中，校正板(42)沿物质(21)的行进方向(B)产生部分的屏蔽作用。无需提到，其形状最好根据汽相源物质供应装置的形状配置、汽相源物质(33)的种类及薄膜的制备条件而变化。
如图11所示，最好设置一个加热器(41)，以便能够从背后加热衬底(21)。
对于汽相沉积区(26)，当然要求合适地安装一个将偏置电压加到衬底(21)上的加压装置和一个产生等离子体空间用的反应气体和惰性气体的供应装置。
可以在上述通常已知的条件下从线圈状电极(39)产生高频激发等离子体;例如，在大约2×10-5至10-3乇的条件下，通过蒸发一种固体物质如金属、合金、无机物质或聚合物，并通过从气体引入机构(43)引入惰性气体如氩或氢，并引入氧、氮、氢和碳氢化合物或聚合物单体而产生的等离子体反应，可以生成一层薄膜。
例如，有可能通过利用ITO(氧化铟锡)为汽相源物质并引入惰性气体或氧气的方法，以高生成率在玻璃衬底上制备一层高质量的ITO薄膜。
此外，在本实施例中，可能如图13所示地通过设备许多个汽相沉积区(26a和26b)，来在有掩模的衬底的规定部分上制备一种不同物质的薄膜或多层薄膜。
利用上述结构装置，例如，在对一种金属或无机物质进行等离子体汽相沉积之后，可以通过等离子体汽相沉积一层有机薄膜或一个多层色素衬底来制备一个颜色过滤器衬底。这样一种颜色过滤器的制造可以结合ITO薄膜的制备来连续完成。
当利用一种具有图7至图12的单独汽相沉积区的设备制备ITO薄膜(1500A)时，应当采用下述构型规格薄膜ITO(1500A)附着衬底用的有效尺寸840mm宽×930mm长附着的衬底的数目四个400mm×450mm的衬底/托盘载体薄膜厚度分布在±5%以内衬底的加热250至300℃(最大350℃)通过速度最小周期时间(2分钟)日产量120片/小时×24小时/天＝2880片/天实用规模所需电力3相，200V约220KVA50/60HZ。
在具有图13所示的两个汽相沉积区(26a和26b)的设备的情况下，有可能制备一种ITO多层薄膜，或SiO2和ITO多层薄膜。
无需说明，本发明设备的具体细节可以改变。
如本发明的上述实施例所典型代表的设备，可以获得下述出色的效果1)由于采用高频等离子体汽相沉积工艺并能够连续地供应汽相源物质，有可能在较低温度下制备具有诸如结构、薄膜厚度和粘附强度等均匀性能的高质量薄膜;
2)由于薄膜的制备是在衬底连续通过汽相源物质上方时进行的，因此生产率非常高;
3)可以连续地制备各种不同物质的薄膜;
4)很容易通过安装多个汽相沉积区来制备多层薄膜;
5)连续地供应汽相源物质能够稳定而连续地制备薄膜;
6)由于提供一种回行机构作为输送装置，足以在洁净室内安装一个入口-出口区。
权利要求
1.一种真空等离子体汽相沉积设备，包括一个汽相源供应装置、一个高频激发装置和一个安置在这些装置上方的衬底固定装置，其特征是，所述汽相源供应装置有一个驱动机构和一个与其连接并水平旋转的圆形保持板，该圆形保持板有一个旋转轴和一个设在保持板表面上的同心的汽相源物质载带区，而所述高频激发装置装有线圈状电极。
2.一种如权利要求1所述的等离子体汽相沉积设备，其特征是，所述设备装有多个汽相源供应装置。
3.一种真空串联式等离子体汽相沉积设备，包括位于设备流水线两端的衬底的入口和出口，一或多个能够独立地抽真空的汽相沉积区和在其前后与其串联设置的抽真空区，以及装在每个汽相沉积区和抽真空区中使衬底能连续通过的输送装置，其特征是，所述设备具有汽相源物质供应装置和高频激发装置，该汽相源物质供应装置中至少一个汽相沉积区具有一个位于圆形保持板上连接驱动装置并水平旋转的转动轴和一个在同心表面上的汽相源物质安装区，该高频激发装置装有位于通过的衬底下方的线圈状电极。
4.一种如权利要求1所述的串联式等离子体汽相沉积设备，其特征是，多个汽相源供应装置安置在大体上与在其上方通过的衬底的行进方向成直角并与衬底相对的位置上。
5.一种如权利要求1所述的串联式等离子体汽相沉积设备，其特征是，所述汽相沉积区安装了一个衬底加热器，用于从上方加热通过其中的衬底。
6.一种如权利要求1所述的串联式等离子体汽相沉积设备，其特征是，一个薄膜厚度校正板设置在汽相沉积区中衬底的下面。
7.一种如权利要求1所述的串联式等离子体汽相沉积设备，其特征是，至少一个抽真空区起预热区的作用。
全文摘要
本发明提供一种等离子体汽相沉积设备及其串联式设备。为了能够以高生产率制备(比如说)高质量的ITO薄膜，该设备包括一个驱动机构和一个连接于其上的水平旋转的圆形保持板以及一个具有线圈状电极高频激发装置，该圆形保持板具有一个设置在其表面上并与其旋转轴同心的汽相源物质安装区。
文档编号C23C14/04GK1080332SQ9310593
公开日1994年1月5日 申请日期1993年5月20日 优先权日1992年5月20日
发明者村山洋一, 成田俊雄 申请人:村山洋一, 株式会社辛克龙, 伊藤忠精密化学制品株式会社