(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマガンから収束コイルにより引き出したプラズマビームを、該プラズマビームの照射方向に対して直交する方向に延び、対向して互いに平行に配置されて対になっている第一のマグネットによって形成される磁場の中を通過させ、前記プラズマビームを変形させることにより、蒸発材料に照射して蒸発させ、
前記蒸発材料が設置され、前記プラズマビームが入射する成膜室を有する真空成膜装置において、
前記プラズマガンと前記第一のマグネットとの間に、前記プラズマビームが通過する孔部を有する環状の導電性部材を配置し、
前記導電性部材の外周面に、該孔部内で該プラズマビームの照射方向の磁場を収束させる磁場を形成する第二のマグネットを設け、
前記第二のマグネットを前記成膜室の外部に配置したことを特徴とする真空成膜装置。
【請求項２】
前記第二のマグネットは、同じ磁極を前記孔部の中心に向けた環状の永久磁石または電磁石であることを特徴とする請求項１に記載の真空成膜装置。
【請求項３】
前記導電性部材には冷媒が流動し、前記第二のマグネットは前記導電性部材によって支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空成膜装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の真空成膜装置を用いて被成膜物に膜を形成する成膜方法。
【請求項５】
請求項４に記載の成膜方法において、前記膜はＭｇＯ膜であることを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置を用いた真空成膜装置並びにこの真空成膜装置を用いた成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（Liquid Crystal Display 
以降“ＬＣＤ”と略記することがある。）やプラズマディスプレイ装置（Plasma Display Panel  以降“ＰＤＰ”と略記することがある。）等、ディスプレイ用の大型基板を用いたディスプレイ装置の量産が近年強く求められている。
【０００３】
ＬＣＤやＰＤＰなどのディスプレイ用の大面積基板への透明導電膜ＩＴＯや、前面板電極保護層であるＭｇＯ等の薄膜形成にあたっては、生産量の増加、高精細パネル化に伴い、ＥＢ(Electron Beam)蒸着法やスパッタリング法に代わる成膜法としてイオンプレーティング法が注目されている。
【０００４】
イオンプレーティング法は、高成膜レート、高密度な膜質の形成、大きいプロセスマージンといった様々な長所を有し、また、プラズマビームを磁場で制御することにより大面積基板への成膜が可能になるからである。この中で、特に、ホローカソード式イオンプレーティング法がディスプレイ用の大面積基板への成膜用として期待されている。
【０００５】
このホローカソード式イオンプレーティング法では、プラズマ源に浦本上進氏が開発したＵＲ式プラズマガンを用いているものがある（特許文献１）。
【０００６】
このＵＲ式プラズマガンは、ホローカソードと複数の電極で構成されており、Ａｒガスを導入して高密度のプラズマを生成し、異なる複数の磁場でプラズマビームの形状、軌道を変化させて成膜室に導いている。すなわち、プラズマガンで生成されたプラズマビームを、当該プラズマビームの進行方向に対して直交する方向に延び、対向して互いに平行に配置されて対になっている永久磁石によって形成されている磁場の中に通過させる。これにより、当該プラズマビームを例えば扁平に広がったプラズマビームとするものである。
【０００７】
この扁平に広がったプラズマビームを、蒸発材料受け皿上の蒸発材料に広範囲にわたって照射する技術も開発されている（特許文献２）。
【０００８】
これによれば、プラズマビームにより、プラズマが蒸発材料受け皿上の蒸発材料、例えば、ＭｇＯに広範囲にわたって照射されるため、蒸発源を幅広くでき、幅広な基板上に成膜することが可能になるとされている。
【０００９】
このようなイオンビーム発生装置を使用した成膜装置１００による成膜方法の一例を図５、図６を用いて説明する。図５は、成膜装置の一例を説明する概略側面図、図６は、この概略平面図である。図５中、矢印Ｘ方向から見たものが図６図示の状態で、図６中、矢印Ｙ方向から見たものが図５図示の状態である。
【００１０】
成膜装置１００の真空排気可能な成膜室３０内の下部に、蒸発材料（例えばＭｇＯ）３１を収容した蒸発材料受け皿３２が配備されている。成膜処理される基板３３（例えば、ディスプレイ用大型ガラス基板）は、成膜室３０内の上部に、蒸発材料受け皿３２と対向するように配置される。そして、基板３３に、連続的にＭｇＯ膜等の絶縁膜を成膜する際に、基板３３は不図示の基板ホルダーによって、所定の距離をあけて矢印４３のように連続的に搬送される。
【００１１】
図５、図６図示の実施形態では成膜室３０の外側に配置されているプラズマガン２０は、ホローカソード２１と、電極マグネット２２および電極コイル２３を有し、略水平の軸に沿って同軸で配置されている。
【００１２】
プラズマビーム２５を成膜室３０内へ引き出すための収束コイル２６が電極コイル２３より下流側（プラズマビームが進行する方向）に設置されている。
【００１３】
収束コイル２６の更に下流側には、プラズマビーム２５の進行方向に対して直交する方向に延び、対向して互いに平行に配置されて対になっている永久磁石からなる第一のマグネット２７、２９が配置されている。前記のように成膜室３０に向けて進行するプラズマビーム２５は、この第一のマグネット２７、２９によって形成される磁場の中を通過し、ここを通過する間に、扁平なプラズマビーム２８になる。第一のマグネットは１組、または複数組配置される。
【００１４】
図５、図６図示の従来例では、第一のマグネット２７、２９が配置されている。第一のマグネットは、プラズマビームの照射方向に対して直行する方向に延び、対向して互いに平行に配置されて対になっている永久磁石からなる。
【００１５】
なお、図５、図６図示の例では、第一のマグネット２７、２９が成膜室３０の内部に配置されているが、第一のマグネット２７、２９が成膜室３０の外部に配置されることもある。
【００１６】
基板３３への成膜を行う場合には、蒸発材料受け皿３２に蒸発材料３１を配置する。また、成膜処理される基板３３を不図示の基板ホルダーに保持する。真空室３０内部を矢印４２のように排気して所定の真空度にするとともに、矢印４１のように反応ガスを真空室３０内に供給する。
【００１７】
この状態で、アルゴン（Ａｒ）等のプラズマ用ガスを矢印４０のように、プラズマガン２０に導入する。プラズマガン２０で生成されたプラズマビーム２５は、収束コイル２６により形成される磁界によって収束され、特定の範囲で広がりを持ちながら、特定の径を有する円柱状に広がりながら真空室３０内に引き出される。そして、２組の第一のマグネット２７、２９によってそれぞれ形成されている磁場の中をそれぞれ通過する。各組の第一のマグネット２７、２９を通過するときに、それぞれ、変形されて、扁平なプラズマビーム２８となる。
【００１８】
このシート状となったプラズマビーム２８は、蒸発材料受け皿３２の下方のアノードマグネット３４が作る磁界によって偏向されて蒸発材料３１上に引き込まれ、蒸発材料３１を加熱する。その結果、加熱された部分の蒸発材料３１は蒸発し、不図示の基板ホルダーに保持されて矢印４３方向に移動している基板３３に到達して基板３３の表面に膜を形成する。
【特許文献１】特許第１７５５０５５号公報
【特許文献２】特開平９−７８２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
前記のようなＵＲ式プラズマガンを用いた場合、プラズマビームの中の電子は、蒸発材料受け皿のＭｇＯ材料上に広範囲にわたって照射され、そのプラズマビームのエネルギーにより加熱され、ＭｇＯは蒸発して基板上に薄膜が形成する。
【００２０】
この場合、より速い成膜速度が必要なときは、プラズマビームを発生させるプラズマガンの投入電力を増大させて、蒸発材料受け皿上のＭｇＯの表面に入射するプラズマビームのエネルギー密度を高めることで可能となる。
【００２１】
しかしながら、プラズマガンの投入電力を増大させすぎると、プラズマガン内部の消耗部品の消耗速度が高まり、プラズマガンの保守期間が短くなり生産性に影響を与えていた。そのため、プラズマガンの保守期間を短縮してまでの投入電力の増大は制限され、したがって成膜速度を上昇させることは困難であった。
【００２２】
また、発生するプラズマビームの放電インピーダンスを高めることでプラズマビーム中の電子のエネルギーを高めることができ、その結果、成膜速度を高めることは可能であるが、放電インピーダンスを高めるためには、成膜中の圧力を低くするか、もしくは、プラズマガン内に導入するＡｒガスの流量を少なくする等の手段に依らなければならない。
【００２３】
しかし、プラズマの状態に大きく影響する成膜中のガス流量は、常に安定な状態で導入されなければならないため、プロセス上の不安定な条件を排除するためにもＡｒガスの流量を通常より少なくするという手段は、生産上、採用できるものではありえなかった。
【００２４】
そこで本発明は、プラズマガンの投入電力を増加させず、成膜中の圧力を低くせず、プラズマガン内に導入するＡｒガスの流量を少なくせずとも、成膜速度を高めることを可能とする真空成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明によれば、プラズマガンから収束コイルにより引き出したプラズマビームを、該プラズマビームの照射方向に対して直交する方向に延び、対向して互いに平行に配置されて対になっている第一のマグネットによって形成される磁場の中を通過させ、前記プラズマビームを変形させることにより、蒸発材料に照射して蒸発させ、
前記蒸発材料が設置され、前記プラズマビームが入射する成膜室を有する真空成膜装置において、
前記プラズマガンと前記第一のマグネットとの間に、前記プラズマビームが通過する孔部を有する環状の導電性部材を配置し、
前記導電性部材の外周面に、該孔部内で該プラズマビームの照射方向の磁場を収束させる磁場を形成する第二のマグネットを設け、
前記第二のマグネットを前記成膜室の外部に配置したことを特徴とする真空成膜装置が提供される。
【００２６】
また、上記の真空成膜装置において、前記の第二のマグネットは、同じ磁極を前記孔部の中心に向けた環状の永久磁石または電磁石であるようにしてもよい。
【００２７】
更に、上記の真空成膜装置において、前記第二のマグネットは、例えば水などの冷媒が流動する導電性部材で支持されるようにしてもよい。
【００２９】
更に、本発明によれば、前記真空成膜装置を用いた成膜方法が提供される。この成膜方法はＭｇＯ膜の製造方法であってもよい。
【００３０】
すなわち、本発明は、第二のマグネットをプラズマガンと第一のマグネットの間に配置して、それらの孔部にプラズマビームを通すことで、結果としてプラズマビームの放電インピーダンスを高めることを可能にするものである。
【発明の効果】
【００３１】
成膜プロセスの重要条件であるプラズマを維持するために必要なＡｒガス流量を安定供給しながら、かつ、プラズマの放電インピーダンスを高めることを可能にしたため、プラズマガンの保守期間を早めることになる投入電力の増加をさせることなく、成膜速度を３０％増加させることを可能にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、この発明の実施の形態を添付の図を参照して説明する。
【００３３】
図１は、この発明の成膜方法に使用される成膜装置１０の一例の概略構成を示す側面図である。図２は、図１図示の成膜装置１０の概略構成を示す平面図である。図１中、矢印Ｘ方向から見たものが図２図示の状態で、図２中、矢印Ｙ方向から見たものが図１図示の状態である。
【００３４】
成膜装置１０の構成は、図１および図２を用いて背景技術の欄で説明した図５および図６の成膜装置と基本的に同じであるのでその説明は省略する。
【００３５】
ただし、本発明にかかる成膜装置は以下の点で異なる。
【００３６】
すなわち、プラズマガン２０から成膜室３０に向けて照射され電極コイル２３を通過したプラズマビームを、プラズマビームを扁平にする第一のマグネット２７、２９を通過させる前に、それらの前方（プラズマガン２０寄り）に少なくとも１個以上配置された第二のマグネット１１の孔部を通過させる。第二のマグネット１１は、プラズマビームと直交するように配置されている。
【００３７】
また、第二のマグネットは、環状の永久磁石を使用することが可能であるが、第二のマグネットの孔部を貫通するプラズマビームに対してその進行を妨げることなく、その孔部内でプラズマビームの照射方向の磁場を収束させる磁場が形成されればよい。従って、１つの環状磁石で構成される場合でも、複数の磁石から構成される場合でも、どちらの場合も選択することができる。
【００３８】
従って、例えば、図１、図２、図３、図４（ａ）に示すように、磁石１１を例えばプラズマビームが通過する孔部を有する環状の導電性部材１２に、その孔部を中心にして環状の第二のマグネットを配置させることで、均一な所定の磁束密度を有する第二のマグネットを使用することができる。このときの第二のマグネットの磁極は、環状の内側がＮ極、外側がＳ極、またはその逆で、内側がＳ極、外側がＮ極であり、電極マグネット２２および電極コイル２３の極性との関係で選択することができる。
【００３９】
このような形態をとることで、孔部を通過するプラズマビームの照射方向の磁場を収束させる磁場を印加することが可能となる。
【００４０】
第二のマグネットは、プラズマビーム等の熱により温度が上昇し、磁気的な特性に影響を及ぼされるおそれがあるため、その支持体に水などの冷媒を流動させている。
【００４１】
以上のような第二のマグネットを、プラズマガンと第一のマグネットの間に配置することで、その磁場の作用により結果としてプラズマビームの放電インピーダンスを高めることができると考えられる。
【００４２】
また、図４（ａ）に示すように１つの環状の磁石を配置するかわりに、図４（ｂ）に示すように、複数個の永久磁石をプラズマビームの集光径を中心にして点対称の位置に配置してもよい。この場合、環状に配置した複数個の永久磁石を銅などの導電性部材に固定して、新たにその導電性部材に孔部を設けてもよい。
【００４３】
また、図４（ｃ）に示すように複数個の電磁石をプラズマビームの集光径を中心にして点対称の位置に配置してもよい。この場合、環状に配置した複数個の電磁石を銅などの導電性部材に固定して、新たにその導電性部材に孔部を設けてもよい。
【００４４】
なお、複数のマグネットを支持する導電性部材は、水などの冷媒を流動させられる流路が形成されていてもよい。
【実施例１】
【００４５】
図１、図２図示の形態の本発明の成膜装置１０を用いて酸化マグネシウムを（ＭｇＯ）成膜する場合について、その成膜方法の一例を説明する。
【００４６】
プラズマ用ガスとしてアルゴンガスを矢印４０のようにプラズマガン２０に導入し、酸素を矢印４１のように成膜室３０に導入した以外は、図５、図６を用いて背景技術の欄で説明した成膜装置１００と同じようにし、以下の条件で、被成膜物である基板３３への成膜を行った。
【００４７】
材質    ：酸化マグネシウム（ＭｇＯ）
膜厚    ：１２０００Å
放電圧力：０．１Ｐａ
Ａｒ流量：１１ｓｃｃｍ（０．１８ｍｌ／ｓｅｃ）
Ｏ2 流量 ：４００ｓｃｃｍ（６．７ｍｌ／ｓｅｃ）
成膜速度：１７５Å／ｓｅｃ
この結果、成膜プロセスの重要条件であるプラズマを維持するために必要なＡｒガス流量を安定供給しながら、かつ、プラズマの放電インピーダンスを高めることを可能にしたため、プラズマガンの投入電力を増加させることなく、第二のマグネットがない場合に比べて、成膜速度を３０％増加させることができた。
【実施例２】
【００４８】
本発明の真空成膜装置で使用される第二のマグネットの合成磁場について、磁場に関するシミュレーションをおこなった。比較例として、第二のマグネットを使用していない場合とした。
【００４９】
その結果、第二のマグネット内を通過するプラズマビームの位置における磁力線は、第二のマグネットがない場合に比べ、約６０％に収束されていることが確認された。
【００５０】
従って、第二のマグネットを通過するプラズマビームは、さらに収束された磁場に沿って進むことになる。
【００５１】
シミュレーションに用いられた第二のマグネットの形状（環状永久磁石）及び磁気特性は以下のとおりである。
【００５２】
寸法  内径         ：６０（ｍｍ）
外経         ：８０（ｍｍ）
厚さ         ：１０（ｍｍ）
保持力（Ｈ）       ：１１７５０（Ｏｅ）
残留磁束密度（Ｂｒ）：１３９００(Ｇａｕｓｓ)
以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態、実施例を説明したが、本発明はかかる実施形態、実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明による成膜方法は、例えば、プラズマディスプレイパネルの製造等、大面積の基板に成膜することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態による発明のプラズマ発生装置及びこれを利用した成膜装置の一例を説明する概略側面図である。
【図２】本発明の実施形態による発明のプラズマ発生装置及びこれを利用した成膜装置の一例を説明する概略平面図である。
【図３】本発明の実施形態による発明のプラズマ発生装置及びこれを利用した成膜装置の一例を説明する斜視図である。
【図４】本発明の実施形態による第二のマグネットの例を示す図である。
【図５】従来例による発明のプラズマ発生装置及びこれを利用した成膜装置の一例を説明する概略側面図である。
【図６】従来例による発明のプラズマ発生装置及びこれを利用した成膜装置の一例を説明する概略平面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０    本発明の実施形態による成膜装置
１１    第二のマグネット
２０    プラズマガン
２１    ホローカソード
２２    電極マグネット
２３    電極コイル
２５    プラズマビーム
２６    収束コイル
２７    第一のマグネット
２８    プラズマビーム
２９    第一のマグネット
３０    成膜室
３１    蒸発材料
３２    蒸発材料受け皿
３３    基板
３４    アノードマグネット
１００  従来例による成膜装置
【図１】
0004660570.tif 000002
【図２】
0004660570.tif 000003
【図３】
0004660570.tif 000004
【図５】
0004660570.tif 000005
【図６】
0004660570.tif 000006
【図４】
0004660570.tif 000007