JP4457809B2 - 真空成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜原材料の利用効率を高めることで、高品質の薄膜を高い生産性で成膜する真空成膜装置に関するものである。

近年、半導体、光メモリディスク、フラットディスプレイには各種の機能薄膜が活用されており、その製造において真空蒸着法やスパッタリング法、イオンプレーティング法等の薄膜形成方式が用いられている。このような中にあって最近、特にプラズマディスプレイパネルの電極保護層である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の成膜に代表されるように、大面積でかつ高生産性の観点から、真空成膜法が採用されることが多い。

図７は、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）の走査電極や維持電極を覆う誘電体層上に形成される保護層を成膜する際に使用される真空成膜装置の一例の概略構成を示すものであり、図７（ａ）は、真空成膜装置の概略構成を側面からの断面図で示したものである。

真空成膜装置は、基板搬入チャンバ１１１、基板加熱チャンバ１１２、成膜チャンバ１１３、冷却チャンバ１１４、基板搬出チャンバ１１５の５チャンバより構成されており、ＰＤＰの基板であるガラス基板１が順次、搬送される。成膜チャンバ１１３の下部壁面には、一例として２基の電子ビームガン１０２が設置されている。そして、各々の電子ビームガン１０２からリング状のハース（リングハース）１０３の凹部に収容されたＭｇＯ結晶ペレット群よりなる薄膜原材料１０４に、電子ビーム１０５を２点の照射ポイントに分岐集光して照射する。これによって薄膜原材料１０４は局所的に加熱昇温され、ＭｇＯが蒸発し、搬送移動するガラス基板１にＭｇＯ薄膜が形成される。

図７（ｂ）は、成膜チャンバ１１３の概略構成を上方からの平面図で示したものである。

２基のリングハース１０３が設置されており、リングハース１０３の凹部に薄膜原材料１０４であるＭｇＯ結晶ペレットが収容されている。リングハース１０３はモーター等の駆動機構１０７（図７（ａ））によって低回転速度で自転し、薄膜原材料１０４における照射ポイント１０８が常に移動するようにしている。

また、成膜チャンバ１１３には、低回転速度で自転しているリングハース１０３上に薄膜原材料１０４を供給するためのシューター１０６（図７（ａ））が設けられており、薄膜原材料１０４は成膜チャンバ１１３外部の薄膜原材料供給室（図示せず）からシューター１０６を介して、連続的にリングハース１０３上に供給される。

なお、この出願に関連する先行技術文献情報としては、例えば、非特許文献１が知られている。
（株）電子ジャーナル編 電子ジャーナル別冊「２００１ ＦＰＤテクノロジー大全」、（株）電子ジャーナル出版、２００１年１０月２５日、ｐ６３４−ｐ６４８

上述した真空成膜工程において、生産性を向上するためには、リングハース内の薄膜原材料上へのエネルギービーム照射ポイントからの薄膜原材料の蒸発速度を速める、すなわち成膜レートを上昇させるという手段が考えられるが、従来の装置で成膜レートを上昇させるには、エネルギービームのパワーを上昇させることが一般的であった。

しかしながら、エネルギービームのパワーを上昇すると、エネルギービーム照射ポイントにおいて薄膜原材料のスプラッシュが発生したり、また薄膜原材料からの輻射熱が大きくなるために真空成膜中のＰＤＰの基板であるガラス基板の温度制御が困難になり、成膜される薄膜の膜質の基板面内での均一性が著しく低下したり、局所的な温度分布の不均一によりガラス基板が割れてしまうといった課題が発生する場合があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、薄膜原材料の利用効率を高めることで、高品質の薄膜を高い生産性で成膜する真空成膜装置を実現することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明の真空成膜装置は、真空成膜チャンバ内に配置したリング状のハースに収容した薄膜原材料にエネルギービームを照射し、薄膜原材料を加熱蒸発させ、基板上に膜を形成する真空成膜装置において、前記ハースにおける薄膜原材料の形状は、エネルギービームが照射される箇所を通り前記ハースと同心の円上において薄膜原材料の量が最大となる極大値部を持たせた形状であり、その極大値部がエネルギービームの照射ポイントとなるようにエネルギービームを照射することを特徴とするものである。

本発明の真空成膜装置によれば、リング状のハースにおける薄膜原材料の形状として、エネルギービームが照射される箇所を通りハースと同心の円上において薄膜原材料の量が最大となる形状とすることにより薄膜原材料の利用効率を高め、高品質の薄膜を高い生産性で成膜する真空成膜装置を実現することが可能となる。

すなわち、本発明の請求項１に記載の発明は、真空成膜チャンバ内に配置したリング状のハースに収容した薄膜原材料にエネルギービームを照射し、薄膜原材料を加熱蒸発させ、基板上に膜を形成する真空成膜装置において、前記ハースにおける薄膜原材料の形状は、エネルギービームが照射される箇所を通り前記ハースと同心の円上において薄膜原材料の量が最大となる極大値部を持たせた形状であり、その極大値部がエネルギービームの照射ポイントとなるようにエネルギービームを照射することを特徴とする真空成膜装置である。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ハースに収納した薄膜原材料を、エネルギービームが照射される箇所を通り前記ハースと同心の円上に寄せ集めることにより、前記ハースにおける薄膜原材料の形状として、エネルギービームが照射される箇所を通り前記ハースと同心の円上において薄膜原材料の量が最大となる極大値部を持たせた形状としたことを特徴とするものである。

以下、本発明の一実施の形態による真空成膜装置の一例を図を用いて説明する。

図１は、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）の走査電極や維持電極を覆う誘電体層上に形成される保護層を成膜する際に使用される真空成膜装置の一例の概略構成を示すものであり、図１（ａ）は、真空成膜装置の概略構成を側面からの断面図で示したものである。

真空成膜装置は、基板搬入チャンバ１１、基板加熱チャンバ１２、成膜チャンバ１３、冷却チャンバ１４、基板搬出チャンバ１５の５チャンバより構成されており、ＰＤＰの基板であるガラス基板１が順次、搬送される。成膜チャンバ１３の下部壁面には、一例として２基の電子ビームガン２が設置されている。そして、各々の電子ビームガン２からリング状のハースであるリングハース３の凹部に収容されたＭｇＯ結晶ペレット群よりなる薄膜原材料４に、エネルギービームである電子ビーム５を２点の照射ポイントに分岐集光して照射する。これによって薄膜原材料４は局所的に加熱昇温され、ＭｇＯが蒸発し、搬送移動するガラス基板１にＭｇＯ薄膜が形成される。

また、成膜チャンバ１３の内部には、下方に設けたモーター等の駆動機構７により回転する、リング状のハースであるリングハース３が設けられており、下部壁面には、電子ビームを放出する例えばピアス式電子ビームガン２が２基設置されている。さらに、成膜チャンバ１３の内部には、リングハース３上に薄膜原材料４を供給するためのシューター６が設けられている。このシューター６を介して成膜チャンバ１３外部の薄膜原材料供給室（図示せず）からリングハース３上に連続的に薄膜原材料４が供給されるが、このときリングハース３は、モーター等の駆動機構７により低回転速度で自転しているので、このリングハース３上に排出された薄膜原材料４は自転方向に対して同心円周上に均一に堆積する。リングハース３上に堆積した薄膜原材料４は、電子ビームガン２から照射される電子ビーム５によって、加熱されて蒸発する。ここで、図１（ｂ）に、成膜チャンバ１３の概略構成を上方からの平面図で示す。２基のリングハース３が設置されており、リングハース３の凹部に薄膜原材料４が収容されている。リングハース３はモーター等の駆動機構７（図１（ａ））によって低回転速度で自転し、薄膜原材料４における電子ビーム５の照射ポイント８が常に移動するようにしている。

蒸発により発生した蒸気は、上方の、ＰＤＰの基板であるガラス基板１の表面に付着し、冷却されることでガラス基板１の表面に堆積し膜となる。

図２に電子ビームの照射面積を変化させた時の、電子ビームパワーと成膜レートとの関係を、図３に電子ビームの照射面積を変化させた時の、成膜レートと輻射熱との関係を示す。図からわかるように、電子ビームのパワーが同じでも、電子ビーム照射面積が小さいほど成膜レートは上昇し、また同じ成膜レートの場合、電子ビーム照射面積が小さいほど輻射熱は低減する。

したがって、高品質な薄膜を高成膜レートで成膜するためには、電子ビーム５の照射面積を小さくすればよいことがわかるが、電子ビーム５の照射面積を小さくすると、リングハース３の薄膜原材料４のうち成膜に寄与しない量が多くなり、材料利用効率が低下して材料コストの上昇につながってしまう。

薄膜原材料４の利用効率を上げるために、電子ビーム５の照射面積に合わせてリングハース３の体積を小さくすることも考えられるが、リングハース３は水冷されているため温度が低く、リングハース３の側面および底面と電子ビーム照射ポイント８の位置が近いと、電子ビーム５が照射されている薄膜原材料４の温度が低下するため結果的に成膜レートが低下してしまう。

したがって、従来のリングハース形状のまま、電子ビーム５の照射面積を小さくした上で、薄膜原材料４の利用効率を高める方法を考える必要がある。

図４にリングハース３の断面図を示す。図４に示すように、リングハース３上の薄膜原材料４の形状に、薄膜原材料４の量が最大となる極大値部を持たせ、その極大値部が電子ビーム照射ポイント８となるように電子ビームを照射する。逆に言えば、リングハース３における薄膜原材料４の形状として、エネルギービームである電子ビームが照射される箇所を通りリングハース３と同心の円上において薄膜原材料４の量が最大となる形状とする。そしてこの極大値部の面積を電子ビームの照射面積よりも小さくすることで、電子ビームのパワーを上昇することなく、高品質の薄膜を高成膜レートで成膜することができる。

上述した方法では、電子ビーム５のパワーを上昇させないため、薄膜原材料のスプラッシュの発生は抑制され、輻射熱の上昇も低減される。したがって、真空成膜中の局所的な基板温度分布による基板１の割れといった問題も大幅に低減される。また、リングハース３の薄膜原材料４の形状、すなわち堆積形態が、平坦である場合に比べて、成膜に寄与しない薄膜原材料４の量が少なくなるため、材料利用効率も高くなる。

リングハース３の薄膜原材料４の形状に極大値部を持たせるための方法としては、低回転速度で自転するリングハース３の凹部にシューター６から薄膜原材料４を供給する際に、たとえばシューター６の径を細くすることで、エネルギービームである電子ビーム５が照射される箇所を通りリングハース３と同心の円上のみに薄膜原材料４を供給するという方法があげられるが、それ以外にも、図５に平面図（図５（ａ））と断面図（図５（ｂ））とで示すような、寄せ集め手段２１をリングハース３の薄膜原材料４の堆積部の内周側の端と外周側の端に設けて薄膜原材料４を寄せ集めることで、図４に示すような、電子ビーム５が照射される箇所を通りリングハース３と同心の円上において薄膜原材料４の量が最大となる形状とする方法や、図６に示すような凸形状を有する型２２でリングハース３の薄膜原材料４に押し当てることで、図４に示すような、電子ビーム５が照射される箇所を通りリングハース３と同心の円上において薄膜原材料４の量が最大となる形状とする方法があげられる。

なお、以上においては、エネルギービームとして電子ビームを用いて説明しているが、これに限定されるものではなく、例えばプラズマビーム等を用いても同様の効果が得られる。

以上述べたように本発明によれば、リング状のハースにおける薄膜原材料の形状として、エネルギービームが照射される箇所を通りハースと同心の円上において薄膜原材料の量が最大となる形状となるので薄膜原材料の利用効率が高まり、もって高品質の薄膜を高い生産性で成膜する真空成膜装置を実現することを可能とする真空成膜装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態による真空成膜装置の概略構成を示す図 電子ビームの照射面積を変化させた時の電子ビームパワーと成膜レートとの関係を示す図 電子ビームの照射面積を変化させた時の成膜レートと輻射熱との関係を示す図 本発明の一実施の形態による真空成膜装置におけるリングハースの断面図 本発明の一実施の形態による真空成膜装置における寄せ集め手段を示す図 本発明の一実施の形態による真空成膜装置における型を示す図 従来の真空成膜装置の概略構成を示す図

符号の説明

１ ガラス基板
２ 電子ビームガン
３ リングハース（リング状のハース）
４ 薄膜原材料
５ 電子ビーム（エネルギービーム）
６ シューター
７ 駆動機構
８ 電子ビーム照射ポイント
１１ 基板搬入チャンバ
１２ 基板加熱チャンバ
１３ 成膜チャンバ
１４ 冷却チャンバ
１５ 基板搬出チャンバ

Claims (2)

1. 真空成膜チャンバ内に配置したリング状のハースに収容した薄膜原材料にエネルギービームを照射し、薄膜原材料を加熱蒸発させ、基板上に膜を形成する真空成膜装置において、前記ハースにおける薄膜原材料の形状は、エネルギービームが照射される箇所を通り前記ハースと同心の円上において薄膜原材料の量が最大となる極大値部を持たせた形状であり、その極大値部がエネルギービームの照射ポイントとなるようにエネルギービームを照射することを特徴とする真空成膜装置。
2. 前記ハースに収納した薄膜原材料を、エネルギービームが照射される箇所を通り前記ハースと同心の円上に寄せ集めることにより、前記ハースにおける薄膜原材料の形状として、エネルギービームが照射される箇所を通り前記ハースと同心の円上において薄膜原材料の量が最大となる極大値部を持たせた形状としたことを特徴とする請求項１に記載の真空成膜装置。

Images