(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーティング装置であって、チャンバー部は、プラズマビームの自己磁場による、進行方向に対してのねじれを考慮して設計されたもので、チャンバーのプラズマビームのビームがねじれて行く方向側の、チャンバーの側壁と、ねじれを考慮しない場合の該側壁側のプラズマビーム位置とのスペースを、チャンバーのプラズマビームのビームがねじれて行く方向とは反対側の、チャンバーの側壁と、ねじれを考慮しない場合の該側壁側のプラズマビーム位置とのスペースに比べ、大きくしたことを特徴とする圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置。
【請求項２】
請求項１において、複数個のプラズマガンを備えてプラズマの発生源を多源としたもので、各プラズマガンから発生させるプラズマビームの自己磁場を考慮して、各プラズマガンから発生させるプラズマビームの、他のプラズマビームによる磁場が互いに所定値内となるように、各プラズマガンから発生されるプラズマビームの間隔を制御したものであることを特徴とする圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置。
【請求項３】
請求項１ないし２において、るつぼおよびその下のアノード磁石を、プラズマガンからのビームの進行方向に直交する方向に移動する移動部を備えていることを特徴とする圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホローカソード型イオンプレーテイング装置に関し、特に、異常放電が少なく、且つ成膜の制御がし易く、蒸発粒子の効率利用ができる、圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置（ＬＣＤとも言う）やプラズマディスフレイ装置（ＰＤＰとも言う）等、ディスプレイ用の大型基板の量産が求められる中、イオンプレーティング法は、透明導電膜ＩＴＯや絶縁膜ＭｇＯ等の薄膜形成において、ＥＢ蒸着法やスパッタリング法に代わる成膜法として注目されている。
これは、イオンプレーティング法は、成膜レートが高く、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を可能とする為であるが、特に、ホローカソード式イオンプレーティング法は、蒸着源の蒸発と、イオン化を一つのガンで行えるという利点を持っており、ディスプレイ用大型基板への成膜用として期待されている。
【０００３】
ホローカソード型イオンプレーテイング装置を、図５に基づいて簡単に説明しておく。
図５は、圧力勾配型の横型ホローカソード型イオンプレーテイング装置の１例を示した構成図である。
図５に示すホローカソード型イオンプレーテイング装置は、排気孔５０２ａと反応ガス供給口５０２ｂを設けた真空チャンバー５０２と、この真空チャンバー５０２の内の下部に配設された陽極（ハース）５０３、真空チャンバー５０２の内の上部に配設された基板ホルダー５０４、真空チャンバー５０２の所定位置（図示例では真空チャンバー左側壁）に配設されたプラズマガン５０５、陰極５０６、中間電極５０７および収束コイル５０８を備えている。また、陽極５０３の下側には永久磁石５０９が配設されている。
このような圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置における透明導電膜ＩＴＯの形成は以下のようにして行われる。
まず、陽極５０３に蒸発源５１１を配置し、また透明導電膜ＩＴＯの被形成体である基板５１２を基板ホルダーに保持し、真空チャンバー５０２内部を１０-6〜１０-5Ｔｏｒｒ程度の真空度にする。
この状態で、アルゴン（Ａｒ）等のプラズマ用ガスをプラズマガン５０５に導入する。
そして、プラズマガン５０５で発生したプラズマビーム５１５は、収束コイル５０８により形成される磁界によって収束され、真空チャンバー５０２内に引き出され、陽極５０３下方の永久磁石５０９が作る磁界によって蒸発源５１１上に引き込まれ、この蒸発源５１１を加熱する。
その結果、加熱された部分の蒸発源５１１は蒸発し、プラズマビーム５１５の領域を通過する際に一部電離し、基板ホルダー５０４に保持されている基材５１２に到達して表面に膜を形成する。
尚、図５に示す装置は、プラズマガン５０５側から高い圧のアルゴン（Ａｒ）等のプラズマ用ガスを導入し、排気孔５０２ａ側から吸引しているため、この間で圧力勾配があり、プラズマガン５０５や中間電極５０７等へのイオンの戻りや、反応ガス供給口５０２ｂから供給されたガスの、プラズマガン５０５や中間電極５０７等への到達がない。これにより、プラズマガン５０５や中間電極５０７等への悪影響を防止している。
そして、このように圧力勾配を設けている構造のものを圧力勾配型と言っている。
【０００４】
しかし、従来の圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置では、プラズマガン位置は、チャンバーに対してほぼ対称の設計で、各部もこれに合わせて設計されており、異常放電が、一部の側壁側スペースで起こり易く、問題となっていた。
複数個のプラズマガンを備えて（プラズマの発生源を）多源とした装置の場合は、上記異常放電に加え、各プラズマガンから発生されるプラズマビームが互いに干渉し、これにより安定放電ができない場合もあり、問題となっていた。
また、蒸発源からの蒸発粒子の飛散方向が、処理基板の中心からずれた方向で、成膜を制御しずらい問題があった。これは蒸発粒子の効率利用の面からも問題となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置では、チャンバーの一部の側壁での異常放電の問題や、複数個のプラズマガンを備えて（プラズマの発生源を）多源とした装置（これを多源ホローカソード型イオンプレーテイング装置とも言う）の場合における、各プラズマガンから発生されるプラズマビームの互いの干渉による悪影響の問題があり、この対応が求められていた。
また、成膜の制御がし易く、且つ、蒸発粒子の効率利用ができる方法（装置）が求められていた。
本発明は、これらの問題に対応するもので、圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置で、チャンバーの一部の側壁側スペースでの異常放電の問題、多源ホローカソード型イオンプレーテイング装置における各プラズマガンから発生されるプラズマビームの互いの干渉による悪影響の問題を解決できる装置を提供しようとするものである。
更に、成膜の制御がし易く、且つ、蒸発粒子の効率利用ができる装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置は、圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーティング装置であって、チャンバー部は、プラズマビームの自己磁場による、進行方向に対してのねじれを考慮して設計されたもので、チャンバーのプラズマビームのビーム（電子）がねじれて行く方向側の、チャンバーの側壁と、ねじれを考慮しない場合の該側壁側のプラズマビーム位置とのスペースを、チャンバーのプラズマビームのビーム（電子）がねじれて行く方向とは反対側の、チャンバーの側壁と、ねじれを考慮しない場合の該側壁側のプラズマビーム位置とのスペースに比べ、大きくしたことを特徴とするものである。
そして、上記において、複数個のプラズマガンを備えて（プラズマの発生源を）多源としたもので、各プラズマガンから発生させるプラズマビームの自己磁場を考慮して、各プラズマガンから発生させるプラズマビームの、他のプラズマビームによる磁場が互いに所定値内となるように、各プラズマガンから発生されるプラズマビームの間隔を制御したものであることを特徴とするものである。
そしてまた、上記において、るつぼおよびその下のアノード磁石を、プラズマガンからのビームの進行方向に直交する方向に移動する移動部を備えていることを特徴とするものである。
尚、ここで言う、ねじれを考慮しない場合のプラズマビーム位置とは、ねじれるビーム（電子）を考慮した位置ではなく、仮にプラズマイオンビームの自己磁場によりビーム（電子）がねじれないとした場合のプラズマビームの通過位置で、イオンの通過位置に当たる。
【０００７】
【作用】
本発明の圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置は、このような構成にすることにより、ホローカソード型イオンプレーテイング装置で、チャンバーの一部の側壁側スペースでの異常放電の問題、多源ホローカソード型イオンプレーテイング装置における各プラズマガンから発生されるプラズマビームの互いの干渉による悪影響の問題を解決できる装置の提供を可能とし、更に、成膜の制御がし易く、且つ、蒸発粒子の効率利用ができる装置の提供を可能とした。
具体的には、チャンバー部は、プラズマビームの自己磁場による、進行方向に対してのねじれを考慮して設計されたもので、チャンバーのプラズマビームのビーム（電子）がねじれて行く方向側の、チャンバーの側壁と、ねじれを考慮しない場合の該側壁側のプラズマビーム位置とのスペースを、チャンバーのプラズマビームのビーム（電子）がねじれて行く方向とは反対側の、チャンバーの側壁と、ねじれを考慮しない場合の該側壁側のプラズマビーム位置とのスペースに比べ、大きくしたことにより、従来の圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置における、チャンバーの一部側壁側スペースにおける異常放電を起こり難いものとした。
【０００８】
本願発明者は、従来の圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置おける、チャンバーの一部側壁側のスペースで異常放電が起こり易い理由は、チャンバーの設計思想が、プラズマビームの自己磁場による、進行方向に対しての右側ねじれを考慮したものでないと察知したのである。
ここで、プラズマビームの自己磁場と、プラズマビームの自己磁場による、進行方向に対しての右側ねじれについて簡単に説明しておく。
プラズマビームがビーム表面に作る自己磁場の大きさＢｓ（ｔｅｓｌａ）は、下記の式（１）
【数１】
0003841962.tif 000002
で表される。
ここで、μ0 は真空の透磁率、Ｉはプラズマ電流の量、２ｒはビーム径である。
例えば、プラズマ電流Ｉが１００Ａ、ビーム径が２ｃｍの場合には、上記（１）式より、Ｂｓは２０Ｇ（Ｇａｕｓｓ）となり、通常、プラズマビームは、数十Ｇの磁場で制御されていることから、自己磁場Ｂｓは無視できなくなる。
また、磁石の作る磁場の大きさが距離の二乗に反比例しているのに対し、（１）式からも分かるように、プラズマビーム電流が作る磁場は距離に反比例しているため、プラズマビームが作る磁場は、磁石の磁場に比べ、遠方まで影響を及ぼすことが分かる。
一方また、一様な磁場と電場が存在する場合、電子の運動方程式は、
【数２】
0003841962.tif 000003
のようになる。
ここで、ｖは電子の速度、Ｅは電場、ｅは電子の電荷である。
このような磁場、電場が存在する場合（図３（ａ））、図３（ｂ）に示すように電子はそれぞれの場に垂直な方向にドリフトする。
このドリフト量は、プラズマビーム制御用の磁石が作る磁場、さらにはビームの広がりなどを取り込み計算する必要がある。
このように、ビームは広がり、結果的には、ビームは、プラズマビームの自己磁場による、進行方向に対して右側にねじれて行く。
従来の圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置では、このねじれの影響を考慮していないため、チャンバーの一部側壁側のスペースで異常放電が起こり易いのである。
【０００９】
しかし、ビームの広がりには、プラズマビーム電流量（放電電流量）、磁場の大きさ、チャンバー内の電場配置等、様々なパラメータが寄与しており、厳密に計算するのは困難である。
しかし、図５に示すような、実使用のチャンバーにて、実使用に近い諸条件で、実際に放電して、ビームのねじれを観測にて得て、簡略的にビームのねじれの量を知ることができる。
図４（ａ）に示すねじれ量Ｓ０を観測にて把握するのである。
図４（ａ）は、チャンバー４６０上側（図５に示すチャンバー５０２の上側に相当）からみた概略図で、図４（ａ）中、太点線は観測されるビーム４７０のねじれて行く軌跡で、その矢印はビームの進行方向を示している。
細点線Ｌ１−Ｌ２はプラズマガン４１０（図５の５０５に相当）から放出されたビームの方向で、プラズマガン４１０から放出されたビームが自己磁場の影響を仮に受けないとした場合の進む方向を示したものである。
図４（ａ）のチャンバー４６０においては、細点線Ｌ１−Ｌ２がほぼチャンバー中心であり、ビームには広がりがあるため、図４のチャンバー４６０と側壁４６５Ａとのスペース部４６７Ａにおいては、側壁４６５Ｂとのスペース部４６７Ｂよりも電子密度が高くなり、異常放電がおきる可能性が高くなる。
【００１０】
また、複数個のプラズマガンを備えてプラズマの発生源を多源としたもので、各プラズマガンから発生させるプラズマビームの自己磁場を考慮して、各プラズマガンから発生させるプラズマビームの、他のプラズマビームによる磁場が互いに所定値内となるように、各プラズマガンから発生されるプラズマビームの間隔を制御したものであることにより、多源ホローカソード型イオンプレーテイング装置において、各プラズマガンによるプラズマビームが互いに実質的に干渉しないようにできる、即ち、安定放電を確保できる。
【００１１】
多源ホローカソード型イオンプレーテイング装置においては、ビームのねじれ方向の端のプラズマビームほど、進行方向に対しての右側ねじれが大きくなることも、自己磁場の影響とすれば説明がつく。
尚、ホローカソード型イオンプレーテイング装置においては、プラズマ密度は最も右側にあるプラズマビームとチャンバー壁の間隔狭くなるほど高くなっていた。
【００１２】
また、るつぼおよびその下のアノード磁石を、プラズマガンからのビームの進行方向に直交する方向に移動する移動部を備えていることにより、るつぼのかたよりの無い使用を可能とするとともに、成膜する膜厚分布の制御をし易くし、且つ蒸発粒子の効率利用を可能としている。
これを以下、簡単に説明する。
図４（ｂ）、図４（ｃ）はともに、図４（ａ）における、ろつぼ４４０へのビーム４７０の入射状態と処理基板４５０への成膜状態を示した断面図である。
尚、図４（ｂ）のＬ３−Ｌ４方向は、図４（ａ）のＬ１−Ｌ２方向上にあり、これに直交する。
Ｌ３−Ｌ４の位置（図４（ａ）のＬ１−Ｌ２位置でもある）にアノード磁石４８０が置かれ、且つ、Ｌ３−Ｌ４からほぼ均等に、処理基板４５０に置かれた場合、図４（ｂ）に示すように、蒸発粒子４４５は、処理基板４５０の端部に向かう方向に進む。
これに対し、処理基板４５０はそのままの位置で、アノード磁石４８０をＬ３−Ｌ４の位置からずらして置いた場合は、図４（ｃ）のように、蒸発粒子４４５は、処理基板４５０の中心（Ｌ３−Ｌ４）に近い位置に向かい進む。
このため、大型ガラス基板を処理基板として成膜する場合には、図４（ｃ）の場合の方が、図４（ｂ）の場合に比べ、成膜の制御がし易く、且つ、蒸発粒子の効率利用の点で優れている。
尚、一般に、ビーム４７０が入射する方向に蒸発粒子４４５が進むため、図４（ｂ）、図４（ｃ）のようになる。
このように、上記移動部（図４の４９０に相当）を備えていることにより、るつぼ４４０と、その下のアノード磁石４８０とを所定の位置に移動でき、その結果、蒸発粒子４４５の方向を調整でき、成膜の制御をし易くでる。同時に蒸発粒子の効率利用もできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置の実施の形態の１例を、図に基づいて説明する。
図１は本発明のホローカソード型イオンプレーテイング装置の実施の形態の１例を示した概略構成図で、図２はプラズマガンとチャンバーの相対位置関係を示した図である。
図１、２中、１００は圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置、１１０はプラズマガン、１２０は収束コイル、１３０は磁石、１４０はるつぼ、１６０はチャンバー、１６５側壁、１７０はブラズマビーム、１８０は蒸発物質、１９０は磁石（アノード磁石）、２１０は基板、２２０はテーブル、２３０、２３５はクライオポンプ、２４０は搬送ロール、２５１、２５２はチャンバー、２５５は仕切り部、２６０は調整用板（シャッター）、２７０はステージ、２７１はＸ移動部、２７２はＹ移動部である。
本例は、２個のプラズマガンを備えたホローカソード型イオンプレーティング装置で、、ディスプレイ用の大型基板を、所定の距離をあけ連続的に搬送しながら、その一面に、連続的に透明導電性膜ＩＴＯやＭｇＯ膜を成膜する成膜処理を行うための装置である。
【００１４】
本例においては、これにより、プラズマビームの自己磁場の影響によるビームのねじれに起因するビームとチャンバー１６０の側壁１６５間における異常放電の発生を少なくするために、チャンバー１６０は、プラズマビーム１７０の自己磁場による、進行方向に対しての右側ねじれを考慮して、チャンバーのプラズマビーム１７０がねじれて行く方向側である右側部の、チャンバー１６０の側壁とプラズマビーム１７０とのスペース部を、チャバーのプラズマビームがねじれて行く方向とは反対側である左側部の、チャンバーの側壁とプラズマビームとのスペース部に比べ、大きくしてある。
具体的には、２基のプラズマガン１１０の中心間距離５６ｃｍとし、プラズマビーム電流量（放電電流量）１２０Ａ、放電電圧９０Ｖ、制御用磁石のビーム付近での磁場３０Ｇ（ガウス）とした条件での、ビームのねじれ量を観測したところ、約８ｃｍであった。
これより、図２（ａ）に示すように、２基のプラズマガン１１０のチャンバー１６０に対する相対位置ズレであるオフセット量は１５ｃｍ程度が適当と判断した。
尚、図２（ｂ）、図２（ａ）のＡ１−Ａ２における断面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ１−Ｂ２方向にみた断面図である。
【００１５】
また、２基のプラズマガン１１０の中心間距離５６ｃｍの距離の決定は、既に述べた（１）式（ビオ、サバールの式）より、各プラズマビームの自己磁場を求め、各プラズマガンから発生されたプラズマビーム同志が互いに干渉しない、即ち安定放電が維持できるように決定した。
前述のオフセット量を決定のための条件下では、各プラズマビームの自己磁場は、（１）式（ビオ、サバールの式）より、０．４Ｇ以下となるが、この自己磁場では、各プラズマガンから発生されたプラズマビーム同志が互いに干渉することはない。
【００１６】
本例の圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置の成膜は、図５に示すものと基本的に同じであるため、ここでは説明を省略する。
図１に示す本例のホローカソード型イオンプレーテイング装置では、基板２１０を搬送ロール２３０により、テーブル２２０側から、チャンバー１６０上側に向け、水平移動させながら、まずチャンバー２５２に送られ、次いで、仕切り部２５５を通抜け、チャンバー２５１へ送られる。そして、チャンバー２５１にて、チャンバー１６０側の面に、調整用板（シャッター）２６０の開口から成膜する。
チャンバー２５１、２５２は、それぞれ、クライオポンプ２３０、２３５により真空引きされている。
調整用板（シャッター）２６０の開口を変化させたり、移動させることにより、基板２１０の成膜範囲や成膜時間を調整する。
るつぼ１４０は移動可能なステージ２７０上に置かれている。本例では、蒸発源を入れるるつぼが３個置くことができ、ステージ２７０のＸ移動部２７１を移動させて、それぞれ使用することができ、長い時間の連続成膜を可能としている。
また、ステージ２７０は、ＸＹ移動ステージで、Ｘ移動部２７１とＹ移動部２７２とからなり、Ｙ移動部２７２の移動により、るつぼ１４０と、その下の磁石（アノード磁石）１９０とを一緒に移動できる。
【００１７】
変形例としては、プラズマビームをシート化し大面積基板への成膜を行う装置が考えられるが、ビーム幅が広くなる分ビーム間の干渉は大きくなるため、シート化ビームを使用するチャンバーではガン間距離はシード幅に合わせさらに広くする。
例えば、シート幅が１０ｃｍの場合、ガン間距離を１０ｃｍさらに広げる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は、上記のように、圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置で、チャンバーの一部の側壁側スペースでの異常放電の問題、多源ホローカソード型イオンプレーテイング装置における各プラズマガンから発生されるプラズマビームの互いの干渉による悪影響の問題を解決できる装置の提供を可能とした。
そしてまた、成膜の制御がし易く、且つ、蒸発粒子の効率利用ができる装置の提供を可能とした。
結果、液晶表示装置（ＬＣＤ）や、プラズマディスプレイ装置（ＰＤＰ）等のディスプレイ用大型基板への透明導電性膜ＩＴＯやＭｇＯ膜の成膜を量産レベルで実施できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置の実施の形態の１例の概略構成図
【図２】プラズマガンとチャンバーの相対位置関係を示した図
【図３】電子のドリフトを説明するための図
【図４】ねじれ量Ｓ０および蒸発粒子の方向を説明するための図
【図５】圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置を説明するための図
【符号の説明】
１００              圧力勾配型ホローカソード型イオンプレーテイング装置
１１０              プラズマガン
１２０              収束コイル
１３０              磁石
１４０              るつぼ
１６０              チャンバー
１６５              側壁
１７０              ブラズマビーム
１８０              蒸発物質
１９０              磁石（アノード磁石）
２１０              基板
２２０              テーブル
２３０、２３５      クライオポンプ
２４０              搬送ロール
２５１、２５２      チャンバー
２５５              仕切り部
２６０              調整用板（シャッター）
２７０              ステージ
２７１              Ｘ移動部
２７２              Ｙ移動部
４１０              ブラズマガン
４４０              るつぼ
４４５              蒸発粒子
４５０              処理基板
４６０              チャンバー
４６５Ａ、４６５Ｂ  側壁
４６７Ａ、４６７Ｂ  スペース
４７０              ビーム
４８０              アノード磁石
４９０              移動部（ステージ）
５０１              ホローカソード型イオンプレーティング装置
５０２              真空チャンバー
５０２ａ            排気孔
５０２ｂ            反応ガス供給口
５０３              陽極（ハース）
５０４              基材ホルダー
５０５              ブラズマガン
５０６              陰極
５０７              中間電極
５０８              収束コイル
５０９              永久磁石
５１１              蒸発源
５１２              基材
【図１】
0003841962.tif 000004
【図２】
0003841962.tif 000005
【図３】
0003841962.tif 000006
【図４】
0003841962.tif 000007
【図５】
0003841962.tif 000008