等離子體發(fā)生裝置、以及蒸鍍裝置和蒸鍍方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠形成適用于等離子體輔助法的等離子體的等離子體發(fā)生裝置。該等離子體發(fā)生裝置的特征在于，包括：腔室（2）；等離子體槍（3），該等離子體槍（3）設(shè)置成朝向腔室（2）的內(nèi)部，且具有放出電子的陰極（7）、和形成對陰極（7）所放出的電子進(jìn)行引導(dǎo)的磁通的收束線圈（11）；以及輔助磁鐵（4），該輔助磁鐵（4）在腔室（2）的內(nèi)部形成磁通，而且，對收束線圈（11）施加使磁通的方向發(fā)生變動的勵磁電流。
【專利說明】等離子體發(fā)生裝置、以及蒸鍍裝置和蒸鍍方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體發(fā)生裝置、以及蒸鍍裝置和蒸鍍方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已知有采用形成等離子體來促進(jìn)蒸鍍這一等離子體輔助法的蒸鍍裝置。在采用等離子體輔助法的情況下，若將玻璃基板等被蒸鍍物體放置在等離子體附近，則會導(dǎo)致被蒸鍍物體過熱而在其表面發(fā)生離子濺射，導(dǎo)致在由蒸鍍所形成的膜中產(chǎn)生缺陷。
[0003]等離子體槍通常具有收束線圈，用于形成對所放出的電子進(jìn)行引導(dǎo)的磁通。因此，在專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)2所記載的蒸鍍裝置中，用磁鐵使收束線圈所形成的磁通彎曲，或者形成彎曲的合成磁場，從而在蒸鍍原料的坩鍋附近形成等離子體。然而，如果被蒸鍍物體與等離子體之間的距離變大，則導(dǎo)致導(dǎo)致蒸發(fā)的原料的活性降低，以使成膜質(zhì)量變差。
現(xiàn)有專利文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開平7-76770號公報 專利文獻(xiàn)2:日本專利特開2001-295031號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的問題
[0005]鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠形成適合于等離子體輔助法的等離子體的等離子體發(fā)生裝置、以及利用等離子體輔助法能夠高質(zhì)量地成膜而不會在蒸鍍膜中產(chǎn)生缺陷的蒸鍍裝置和蒸鍍方法。
解決問題的技術(shù)方案
[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明的等離子體發(fā)生裝置包括:腔室；等離子體槍，該等離子體槍設(shè)置成面向所述腔室的內(nèi)部，且具有放出電子的陰極、和形成對所述陰極放出的電子進(jìn)行引導(dǎo)的磁通的收束線圈；以及輔助磁鐵，該輔助磁鐵在所述腔室內(nèi)形成磁通，對所述收束線圈施加使磁通的方向發(fā)生變動的勵磁電流。
[0007]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，隨著勵磁電流的電流變化，收束線圈所形成的磁通與輔助磁鐵所形成的磁通構(gòu)成的合成磁通的路徑會發(fā)生變化。由此，等離子體的形成范圍彎曲或伸長，以使得等離子的形成范圍發(fā)生移動，典型的是接近或遠(yuǎn)離輔助磁鐵。由此，通過使等離子體移動，能夠避免因等離子體的范圍固定而導(dǎo)致被蒸鍍物體過熱等的不良情況。
[0008]另外，在本發(fā)明的等離子體發(fā)生裝置中，所述等離子體槍是在所述陰極與所述收束線圈之間具有第一電極和第二電極的壓力梯度型等離子體槍，所述第二電極在內(nèi)部配置有電極內(nèi)線圈，該等離子體發(fā)生裝置對所述電極內(nèi)線圈施加與所述勵磁電流同步變動的極內(nèi)電流。
[0009]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于電極內(nèi)線圈所形成的磁通的方向與收束線圈所形成的磁通的方向同步，因此，陰極放出的電子容易被收束線圈所形成的磁通捕獲，從而使電子的移動穩(wěn)定。因此，用于穩(wěn)定地產(chǎn)生等離子體的勵磁電流的變化的容許度較高，等離子體發(fā)生范圍能迅速地跟蹤電流變動而進(jìn)行移動。
[0010]另外，在本發(fā)明的等離子體發(fā)生裝置中，所述勵磁電流與所述極內(nèi)電流具有同相位的周期相似的波形，所述勵磁線圈與所述電極內(nèi)線圈形成相同極性的磁通。
[0011]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，通過使勵磁線圈與電極內(nèi)線圈的極性完全一致，能夠使電子的移動穩(wěn)定，并且能夠用由同一電源或同一控制信號進(jìn)行控制的電路來產(chǎn)生勵磁電流和極內(nèi)電流，因此結(jié)構(gòu)簡單。
[0012]另外，在本發(fā)明的等離子體發(fā)生裝置中，將所述輔助磁鐵設(shè)置在所述腔室的與所述等離子體槍相反一側(cè)的外側(cè)，并使磁極的方向與所述等離子體槍的軸相交。
[0013]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，輔助磁鐵使合成磁通彎曲至遠(yuǎn)離等離子體槍的軸的程度，因此，能夠使等離子體發(fā)生范圍容易地擺動。
[0014]另外，本發(fā)明的蒸鍍裝置的第一種方式是包括所述等離子體發(fā)生裝置中的任一種。
[0015]另外，本發(fā)明的蒸鍍裝置的第二種方式是通過向保持被蒸鍍物體的腔室內(nèi)放出電子來形成等離子體并進(jìn)行蒸鍍的蒸鍍裝置，在對所述腔室內(nèi)放出的電子進(jìn)行引導(dǎo)的磁通的路徑發(fā)生變化的同時進(jìn)行蒸鍍。
[0016]另外，本發(fā)明的蒸鍍方法是通過向保持被蒸鍍物體的腔室內(nèi)放出電子來形成等離子體，在對所述腔室內(nèi)放出的電子進(jìn)行引導(dǎo)的磁通的路徑發(fā)生變化的同時進(jìn)行蒸鍍。
[0017]根據(jù)這些蒸鍍裝置和蒸鍍方法，既能防止蒸鍍被膜因被蒸鍍物體過熱而產(chǎn)生缺陷，又能夠提高蒸發(fā)原料的活性，從而提高蒸鍍被膜的品質(zhì)。
發(fā)明效果
[0018]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過改變對電子進(jìn)行引導(dǎo)的磁通的路徑，能夠使等離子體的發(fā)生范圍移動，從而起到調(diào)節(jié)等離子體的作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是表示本發(fā)明的實施方式I的蒸鍍裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示本發(fā)明的實施方式2的蒸鍍裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0020]下面，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。圖1示出了本發(fā)明的實施方式I的蒸鍍裝置I的結(jié)構(gòu)。蒸鍍裝置I包括:其內(nèi)部能夠真空排氣的腔室2 ;配置成從設(shè)置于腔室2的側(cè)壁的開口朝向腔室2內(nèi)部的壓力梯度型等離子體槍3 ;以及設(shè)置在腔室2的與等離子體槍3相反一側(cè)的側(cè)壁的外側(cè)、且由永磁鐵構(gòu)成的輔助磁鐵4。
[0021]腔室2在其內(nèi)部空間的上部能夠保持要在表面蒸鍍金屬的被蒸鍍物體、即玻璃基板5，在其底部配置有用于熔解蒸鍍原料的坩鍋6。
[0022]等離子體槍3包括:放出電子的陰極7 ;沿著電子軌道形成電位梯度的第I電極8和第2電極9;回收陰極7所放出的電子的回收電極10 ;以及形成對陰極7所放出的電子進(jìn)行引導(dǎo)的磁通的收束線圈11。第I電極8是在其內(nèi)部收納了永磁鐵12的中空環(huán)狀電極。第2電極9是在其內(nèi)部收納了由空芯線圈形成的極內(nèi)線圈13的中空環(huán)狀電極。等離子體槍3使例如氬氣這樣的經(jīng)電離而形成等離子體的氣體，通過陰極7、第I電極8、第2電極9、回收電極10、以及收束線圈11的中心而噴射出。
[0023]等離子體槍3還包括:由逆變器構(gòu)成的極內(nèi)勵磁電源14，該極內(nèi)勵磁電源14用于向第2電極9的極內(nèi)線圈13施加交流電流即極內(nèi)電流；由逆變器構(gòu)成的收束勵磁電源15，該收束勵磁電源15用于向收束線圈11施加交流電流即勵磁電流；以及控制極內(nèi)勵磁電源14和收束勵磁電源15的控制裝置16。極內(nèi)勵磁電源14和收束勵磁電源15的繞組方向相同，即對所施加的電流而產(chǎn)生的磁通的方向相同。另外，本實施方式中，控制裝置16控制極內(nèi)勵磁電源14和收束勵磁電源15，使它們以同一頻率輸出同相位且同步的周期性正弦波電流。
[0024]將輔助磁鐵4設(shè)置成偏離等離子體槍3的中心軸，且使兩極間的方向與等離子體槍3的中心軸正交，具體而言，使S極朝向等離子體槍3的中心軸的方向。
[0025]當(dāng)收束線圈11形成使腔室2側(cè)變成N極的磁通時，則收束線圈11所形成的磁通被拉向輔助磁鐵4。即，收束線圈11所形成的磁通與輔助磁鐵4所形成的磁通構(gòu)成的合成磁場發(fā)生彎曲，從等離子體槍3的中心軸偏向輔助磁鐵4。由于等離子體槍3放出的電子被磁通束縛著移動，因此，對等離子體槍3噴射出的氣體進(jìn)行電離而形成等離子體的范圍也如圖中用單點(diǎn)劃線表示的范圍Al所示的那樣，向輔助磁鐵4 一側(cè)彎曲。
[0026]當(dāng)收束線圈11形成使腔室2側(cè)變成S極的磁通時，則收束線圈11所形成的磁通與輔助磁鐵4所形成的磁通相互排斥，因此，無法形成對等離子體槍3放出的電子進(jìn)行引導(dǎo)的連續(xù)的磁通。因此，電子將不被磁通所引導(dǎo)，而是大致沿著等離子體槍3的中心軸直行，在大致沿著等離子體槍3的中心軸的區(qū)域中如圖中雙點(diǎn)劃線表示的范圍A2所示的那樣，形成等離子體。另外，利用收束線圈11所形成的磁通與輔助磁鐵4所形成的磁通之間的平衡，等離子體的形成范圍有時會遠(yuǎn)離輔助磁鐵4。
[0027]因此，若利用收束勵磁電源15對收束線圈11施加交流的勵磁電流，則等離子體的形成范圍會與勵磁電流同步地擺動。即，腔室2內(nèi)的等離子體以與施加到收束線圈11上的勵磁電流相同的周期，反復(fù)地接近和遠(yuǎn)離玻璃基板5。
[0028]由此，蒸鍍裝置I通過使等離子體周期性地遠(yuǎn)離玻璃基板5，能夠降低玻璃基板5從等離子體受到的熱量。這樣，能夠防止蒸鍍被膜因玻璃基板5的溫度過度上升而產(chǎn)生缺陷。同時，通過使將蒸發(fā)的蒸鍍原料分子激活的等離子體周期性地接近玻璃基板5，能夠提高膜質(zhì)和成膜效率。
[0029]另外，由于等離子體槍3對第2電極9的極內(nèi)線圈13施加與勵磁電流同步的極內(nèi)電流，因此，極內(nèi)線圈13所形成的磁通與收束線圈11所形成的磁通成為一體，形成貫穿等離子體槍3內(nèi)部的合成磁通。因此，陰極7放出的電子在等離子體槍3的內(nèi)部被收束線圈11及極內(nèi)線圈13所形成的磁通所捕獲，在放出到腔室2內(nèi)之后仍沿著收束線圈11的磁通前行。由此，電子的移動路徑能夠靈敏地跟蹤收束線圈11的磁通變化，從而使等離子體的形成范圍穩(wěn)定地擺動。
[0030]另外，在等離子體槍3起動之后，陰極7的溫度立即降低，電子會變得不穩(wěn)定，因此，希望勵磁電流和極內(nèi)電流為直流電流，且在陰極7的溫度上升而達(dá)到穩(wěn)定地放出熱電子的狀態(tài)之后，使勵磁電流發(fā)生變動。
[0031]本實施方式中，控制裝置16為了調(diào)節(jié)蒸鍍的條件，可以通過改變極內(nèi)勵磁電源14和收束勵磁電源15的輸出波形，或者改變其頻率，來調(diào)節(jié)等離子體的擺動范圍和擺動周期。另外，若極內(nèi)電流和勵磁電流的頻率較高，則由于趨膚效應(yīng)，收束線圈11和極內(nèi)線圈13上的損耗會變大，因此，優(yōu)選將這些頻率的上限設(shè)定在數(shù)百Hz左右。
[0032]另外，考慮外部磁場的影響等，可使施加到極內(nèi)線圈13上的極內(nèi)電流的相位與施加到收束線圈11上的勵磁電流的相位有稍許偏差。另外，為了簡化，也可由同一電源來向收束線圈11和極內(nèi)線圈13施加電流。另外，由于輔助磁鐵4發(fā)熱到居里溫度以上時會失去磁力，因此，優(yōu)選將其設(shè)置在腔室的外部，但也可將其設(shè)置在腔室的內(nèi)部，還可對輔助磁鐵4進(jìn)行冷卻。
[0033]接下來，圖2示出本發(fā)明的實施方式2的蒸鍍裝置la。本實施方式中，對與實施方式I相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同標(biāo)號，并省略重復(fù)說明。
[0034]本實施方式的等離子體槍3a與現(xiàn)有技術(shù)一樣，對收束線圈11和極內(nèi)線圈13僅施加直流電流。本實施方式中，不是使收束線圈11所產(chǎn)生的磁通發(fā)生變化，而是利用腔室2的與等離子體槍3相反一側(cè)的外側(cè)所設(shè)置的2個輔助磁鐵4a、4b，使為了對收束線圈11所放出的電子進(jìn)行引導(dǎo)而產(chǎn)生的磁通的路徑進(jìn)行移動。
[0035]輔助磁鐵4a、4b由電磁鐵構(gòu)成，夾著等離子體槍3a的中心軸而設(shè)置在與玻璃基板5相反的一側(cè)和靠近玻璃基板5的一側(cè)。利用未圖不的電源向輔助磁鐵4a、4b施加周期性地發(fā)生變動的、例如相位相差90°的輔助電流。即，本實施方式中，通過使2個輔助磁鐵4a、4b所產(chǎn)生的磁通周期性地變化,從而使收束線圈11與輔助磁鐵4a、4b所形成的合成磁通發(fā)生擺動。
[0036]本實施方式中，由于腔室2內(nèi)對等離子體槍3a放出的電子進(jìn)行引導(dǎo)的磁通的路徑也會發(fā)生擺動，因此，能夠防止玻璃基板5過熱，且能夠激活蒸發(fā)的金屬分子的活性。
[0037]另外，即使只有輔助磁鐵4a、4b中的某一方，也能使磁通擺動，此外，也可使用更多的輔助磁鐵。為了調(diào)節(jié)蒸鍍的條件，也可對施加到輔助磁鐵4a、4b上的輔助電流的相位差、波形等進(jìn)行變更。還可使由永磁鐵構(gòu)成的輔助磁鐵機(jī)械式地移動。
[0038]此外，根據(jù)本發(fā)明，也可將實施方式I中使收束線圈11所形成的磁通發(fā)生變化的方法、與實施方式2中使輔助磁鐵4a、4b所形成的磁通發(fā)生變化的方法組合起來。
[0039]為了調(diào)節(jié)蒸鍍條件，本發(fā)明還可與對陰極輸出進(jìn)行向上補(bǔ)償及向下補(bǔ)償?shù)牡入x子體密度控制等組合起來，因此，能夠用更大范圍的條件設(shè)定來實現(xiàn)高品質(zhì)的蒸鍍。
[0040]不僅是蒸鍍，本發(fā)明還能夠廣泛地應(yīng)用于利用等離子體來促進(jìn)工藝的裝置和方法。
標(biāo)號說明
[0041]1、Ia蒸鍍裝置
2腔室
3、3a等離子體槍
4、4a、4b輔助磁鐵
5玻璃基板(被蒸鍍物體)
6坩鍋 7陰極 8第I電極9第2電極10回收電極11收束線圈12永磁鐵13極內(nèi)線圈14極內(nèi)勵磁電源15收束勵磁電源16控制裝置
A1、A2等離子體形成范圍
【權(quán)利要求】
1.一種等離子體發(fā)生裝置，其特征在于，包括: 腔室； 等離子體槍，該等離子體槍設(shè)置成朝向所述腔室的內(nèi)部，且具有放出電子的陰極、和形成對所述陰極所放出的電子進(jìn)行引導(dǎo)的磁通的收束線圈；以及 輔助磁鐵，該輔助磁鐵在所述腔室內(nèi)形成磁通， 對所述收束線圈施加使磁通的方向發(fā)生變動的勵磁電流。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體發(fā)生裝置，其特征在于， 所述等離子體槍是在所述陰極與所述收束線圈之間設(shè)有第一電極及第二電極的壓力梯度型等離子體槍， 所述第二電極在內(nèi)部配置有電極內(nèi)線圈， 對所述電極內(nèi)線圈施加與所述勵磁電流同步地發(fā)生變動的極內(nèi)電流。
3.如權(quán)利要求2所述的等離子體發(fā)生裝置，其特征在于， 所述勵磁電流與所述極內(nèi)電流具有同相位的周期相似的波形，使所述勵磁線圈與所述電極內(nèi)線圈形成相同極性的磁通。
4.如權(quán)利要求1至3的任一項所述的等離子體發(fā)生裝置，其特征在于， 將所述輔助磁鐵設(shè)置在所述腔室的與所述等離子體槍相反一側(cè)的外側(cè)，并使磁極的方向與所述等離子體槍的軸相交。
5.一種蒸鍍裝置，其特征在于， 具備權(quán)利要求1至4中的任一項所述的等離子體發(fā)生裝置。
6.一種蒸鍍裝置，通過向保持被蒸鍍物體的腔室內(nèi)放出電子，由此來形成等離子體并進(jìn)行蒸鍍，其特征在于， 在對所述腔室內(nèi)放出的電子進(jìn)行引導(dǎo)的磁通的路徑發(fā)生變化的同時進(jìn)行蒸鍍。
7.一種蒸鍍方法，其特征在于， 通過向保持被蒸鍍物體的腔室內(nèi)放出電子來形成等離子體，并在對所述腔室內(nèi)放出的電子進(jìn)行引導(dǎo)的磁通的路徑發(fā)生變化的同時進(jìn)行蒸鍍。
【文檔編號】H05H1/50GK103597913SQ201380001628
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月9日
【發(fā)明者】古屋英二, 赤野真也 申請人:中外爐工業(yè)株式會社