專利名稱：能快速生長(zhǎng)氧化鎂膜的膜生長(zhǎng)方法及其生長(zhǎng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用等離子體的膜生成法及膜生長(zhǎng)裝置。本發(fā)明尤其涉及在基片上形成氧化鎂膜(MgO)的一種膜生長(zhǎng)法及一種膜生長(zhǎng)裝置。
在等離子體顯示板(以下稱PDP)中，通常將氧化鎂(MgO)用作放電室的保護(hù)膜。一般來說，采用諸如涂層的濕法和諸如真空氣相沉積的干法來形成氧化鎂膜，由干法形成的膜的質(zhì)量要優(yōu)于由濕法形成的膜的質(zhì)量。因此，通常采用干法以形成氧化鎂膜。
對(duì)于干法而言，真空氣相沉積使用電子槍和濺射。由于真空氣相沉積與濺射相比形成膜的速度較快，所以更常被采用。使用電子槍的真空氣相沉積的膜生長(zhǎng)速度或速率取決于電子槍的輸出功率它通常為20-40(/S)。假如電子槍的輸出功率太大，會(huì)出現(xiàn)在小平板上生成濺射物或汽化材料的問題。
另一方面，當(dāng)氧化鎂(MgO)用于射頻(RF)離子電鍍中的平板時(shí)，產(chǎn)生等離子體需要的操作電壓為10-3到10-4乇。然而，由于這個(gè)操作電壓阻礙了氧化鎂的汽化，使得膜增長(zhǎng)速度減慢了。真空操作壓力低于10-4乇愈多，氧化鎂(MgO)愈易汽化。另一方面，還有使用鎂作為平板的反應(yīng)膜生長(zhǎng)方法。然而，對(duì)這種方法，還存在如膜質(zhì)量不穩(wěn)定且氧化性氣氛縮短了電子槍的壽命的問題。
順便說說，在PDP生產(chǎn)過程中，氧化膜(MgO)生成過程占據(jù)了大量的時(shí)間。膜增長(zhǎng)速度對(duì)以上方法不能勝任，且它們阻礙了PDP生產(chǎn)率的提高。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種快速、高質(zhì)形成氧化鎂膜的膜生長(zhǎng)方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供適于完成以上提到的膜生長(zhǎng)法的氧化鎂膜的膜生長(zhǎng)裝置。
按照本發(fā)明的氧化鎂膜生長(zhǎng)方法包含步驟有將使用弧光放電的等離子束生成器產(chǎn)生的等離子束定向引入放置在真空爐中作為陽極；在爐中將汽化材料離子化；并在與爐相對(duì)放置的基片的表面上沉積離子化的汽化材料用于形成膜。
按照本發(fā)明的情況下，提供一環(huán)形永磁體作為輔助陽極，環(huán)形永磁鐵和爐的中心軸同軸并使其圍繞爐的上面的區(qū)域放置。鎂被用作汽化材料。向真空室中提供和氧混合的氣體。從爐中升華的鎂(Mg)粒子和由等離子體產(chǎn)生的氧等離子體起反應(yīng)以在基片上形成氧化鎂(MgO)膜。
按照本發(fā)明的氧化鎂膜生長(zhǎng)裝置包含有一真空室、一放置在真空室中的使用弧光放電的等離子束生成器及放置在真空室中的用作陽極的爐。一由等離子束生成器產(chǎn)生的等離子束被引入真空室中的爐以使?fàn)t子上的汽化材料離子化。在爐對(duì)面放置的基片的表面上沉積離子化汽化材料以形成膜。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，一輔助電極和爐的中心軸同軸且圍繞著爐子放置使其圍住爐子的上部區(qū)域，輔助陽極包含一環(huán)形永磁鐵。鎂(Mg)用作汽化材料。真空室具有一供給裝置以向其中提供和氧混合的氣體。其結(jié)果，從爐中升華的鎂(Mg)粒子和由等離子體產(chǎn)生的氧等離子體發(fā)生反應(yīng)以在基片上形成氧化鎂(MgO)膜。


圖1是完成本發(fā)明的膜生長(zhǎng)裝置的豎直截面圖；圖2為顯示在圖1中的爐、輔助的陽極及相關(guān)的零件的豎直截面圖；圖3為表示用于圖1中所示的膜生長(zhǎng)裝置中的作為放電電流的函數(shù)的生長(zhǎng)速度的示意圖。
參照?qǐng)D1和圖2，描述了根據(jù)本發(fā)明最佳實(shí)施例的氧化鎂(MgO)膜生長(zhǎng)裝置。在本發(fā)明中使用的氧化鎂(MgO)膜生長(zhǎng)裝置基本上具有與已被同一申請(qǐng)人申請(qǐng)的日本專利平一公開No.07-316794中所示的結(jié)構(gòu)相同。在圖1中，一進(jìn)氣口11a用于引進(jìn)如氬(Ar)+O2的包含氧氣的氣體混合物而排氣口11b設(shè)置在真空室11上。排氣口11b與圖中未顯示的抽氣泵相連。等離子束發(fā)生器13與真空室的側(cè)壁上形成的安裝進(jìn)口11c相連。
對(duì)等離子束發(fā)生器13而言使用弧光放電已是足夠了，例如壓力梯度等離子源及HCD等離子源已是眾所周知。為了導(dǎo)向和聚焦等離子束，一轉(zhuǎn)向線圈12設(shè)置在真空室11的外部從而圍住安裝進(jìn)口11c。用于等離子束聚焦的第一中間電極14和第二中間電極15同軸設(shè)置在等離子束發(fā)生器13中。第一中間電極14裝有永磁鐵14-1以使它平行于等離子束產(chǎn)生器的中心軸，且第二中間電極15裝有一感應(yīng)圈15-1。一由六硼化鑭(LaB6)制成的環(huán)形盤17、一由鉬(M0)制成的可以引入載體氣體的管18a及一由Ta制成的管18b設(shè)置在用于等離子束產(chǎn)生器13的絕緣管(玻璃管)16內(nèi)。
主電源19A通過電阻R1被連接在等離子束發(fā)生器13本身與第一中間電極14之間。輔助放電電源19B與和主電源19A并聯(lián)的串聯(lián)連接電路相連。主電源19A和輔助放電電源的正極的公共接點(diǎn)通過電阻器R2與第二中間電極15相連。以上提到的公共接點(diǎn)不僅與真空室11的主體相連而且通過電阻R3接地。另外，輔助電極30通過電流控制元件41及爐20通過電流控制元件42都與以上的公共連接點(diǎn)相連。在第二中間電極15中的線圈15-1以及轉(zhuǎn)向線圈12與用于電流磁化的第一直流電源E1相連接。另一方面，與輔助電極30結(jié)合在一起的爐20設(shè)置在真空室中。在爐子20上方，有一個(gè)相對(duì)設(shè)置的用于接收被處理的材料的基片40，且基片與直流電源E2相連以提供負(fù)偏壓。
通過在圖中未顯示的傳送系統(tǒng)，基片40被周期性地傳送到真空室11，使連續(xù)膜生長(zhǎng)操作成為可能；然而，由于傳送系統(tǒng)眾所周知，因此省略掉了圖和解釋。
爐20和輔助電極30聯(lián)合在一起稱作等離子束校正復(fù)合爐。如圖2放大部分顯示，水冷卻系統(tǒng)和爐20及輔助電極30結(jié)合為一體。爐20具有帶直指上和下的磁軸的永磁體21、上面的板22及一下面的板23。上面的板22具有一凹陷處22-1的接收上面的汽化材料及一足以放置下面的永磁體21的空間。將鎂片用作汽化材料。下面的板23固定到上面的板22的下表面上。因此，在爐20中形成水-冷卻空間，并在下面的板中形成進(jìn)水口23-1和排水口23-2。
輔助陽極包括環(huán)形永磁鐵31和磁鐵殼32。環(huán)形永磁鐵31和爐20的中心軸同軸，將環(huán)形永磁體31圍繞爐20的上部區(qū)域放置且其磁軸在豎直上和下的方向上，安置磁鐵殼32時(shí)圍著爐20的外部圓周留出一固定空間，且環(huán)形永磁鐵31保持在略高于永磁鐵21的位置上。磁鐵殼體32具有一足以放置環(huán)形永磁鐵31的空間。磁體殼32還具有一固定在這個(gè)上面的殼體33的下表面上的環(huán)形下殼體34。因此，也在磁鐵殼32中形成水冷卻空間，且一進(jìn)水口34-1及一出水口34-2形成在下面的殼體34中。
由于在這個(gè)例子中，爐子20和輔助陽極30具有共同的水冷卻系統(tǒng)，來自冷卻水管35的水流過進(jìn)水口34-1。通過連接出水口34-2和進(jìn)水口23-1的冷卻水管24將輔助陽極30中的冷卻水引入爐體20。另外，爐子中的冷卻水通過與出水口23-2相連的冷卻水管25排掉。
采用象銅一樣具有高熱傳導(dǎo)性的導(dǎo)體作為制作爐子的上面的板22和下面的板23的材料及制作磁鐵殼體的上面的殼體33和下面的殼體34的材料。另外，在下面的板23和下面的殼體34連接處間置入電絕緣板。在這個(gè)例子中，應(yīng)了解到使用在爐20的底部的絕緣板36作為爐20和輔助陽極30之間的絕緣體。另一方面，通過在爐20和輔助陽極30之間固定的空間來實(shí)現(xiàn)爐20的側(cè)壁絕緣。安裝在爐20中的被用于導(dǎo)向等離子束永磁鐵21用作等離子束導(dǎo)向，但在被略的地方存在有殼體。
返回圖1中所描述的操作，假如開關(guān)S1被接觸且等離子束發(fā)生器13與輔助放電電源(400V-600V高壓，低電流電源)19B相連，在等離子束發(fā)生器13中開始弧光放電。另外，在電極30一面上的輔助電流控制元件41被接通，在爐20一邊的電流控制元件42處在關(guān)閉狀態(tài)。在這種情況下，伴隨著第一中間電極14和管18之間的放電開始，由于等離子束電流流向輔助陽極30，因此易于穩(wěn)定等離子體。當(dāng)穩(wěn)定了等離子體時(shí)，主要電源19A(低電壓，高電流電壓)逐漸由0電流狀態(tài)上升，開關(guān)S1斷開，在輔助陽極30一邊上的電流控制元件41被斷開而在爐體20上的電流控制元件42被接觸以進(jìn)行膜生長(zhǎng)操作。
在這個(gè)例子中，在真空室11中保持接近10-3-10-4乇的電壓。通過轉(zhuǎn)向線圈12和輔助陽極30將由等離子束發(fā)生器13產(chǎn)生的等離子束引入爐20。尤其是，由于和輔助電極30的結(jié)合，易于將等離子束引入到爐20。在這時(shí)放在爐20的頂部的鎂片被離子束加熱并汽化。另一方面，等離子束也沿著它的路徑產(chǎn)生等離子。在真空室11中，由進(jìn)氣口11a提供和氧混合的氣體，且由等離子體產(chǎn)生氧等離子體。升華的鎂粒子和氧等離子體起反應(yīng)，結(jié)果在基片40上形成氧化鎂膜。
這個(gè)操作和通常所說的離子電鍍，在原理上是相同的，在本發(fā)明中，電子溫度和電子密度都比通常的離子電鍍(沒有輔助電極30)中的要高。因此，可以形成穩(wěn)定的氧化鎂(MgO)膜。另外，由于氧等離子體同鎂片碰撞，還由于氧化熱的作用鎂片的表面溫度進(jìn)一步提高，且兼有氧化鎂(MgO)表面的生成，這有助于提高膜生成速度。
順便說說，在真空氣相沉積的情況下的膜生成速度約為20-40(/S)(壓力為10-4-10-6乇)。然而，使用本發(fā)明，確定可以獲得200(/S)的膜生成速度(壓力為7×10-4乇)。
如上面所述，在本發(fā)明中除了鎂金屬用作汽化材料以外，還使用一離子束校正復(fù)合爐。在真空室中的氣氛是含有氧氣的混合氣體，且它加速了在基片上的氧化膜的生成。因此，可以高速度形成氧化鎂(MgO)膜。
權(quán)利要求
1.一種氧化鎂膜生長(zhǎng)方法，其特征在于包含如下步驟將由使用弧光放電的等離子束發(fā)生器產(chǎn)生的等離子束引入放置在真空室中作為陽極的爐內(nèi)，在所說的爐上離子化被汽化的材料；在與爐相對(duì)放置的基片的表面上沉積離子化汽化材料以形成膜，其中所說的方法進(jìn)一步包括提供一作為輔助陽極的環(huán)形永磁鐵，所說的環(huán)形永磁鐵與所說的爐子的中心軸同軸且使其圍繞著所說的爐子的上部區(qū)域放置；用鎂作為所說的汽化材料，將和氧混合的氣體引入所說的真空室使由從所說的爐中升華的鎂粒子和由所說的等離子體產(chǎn)生的氧等離子體發(fā)生反應(yīng)，由此在所說的基片上形成氧化鎂(MgO)膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所說的氧化鎂膜生長(zhǎng)方法，其特征在于其中在所說的膜生長(zhǎng)過程中，在所說的真空室中保持1.3×10-3到0.5×10-4乇的壓力。
3.一種氧化鎂膜生長(zhǎng)裝置，其特征在于它包含有一真空室；一放置在所說的真空室中的一等離子束發(fā)生器，所說的等離子束發(fā)生器使用弧光放電；及在所說的真空室中放置的爐子用作陽極，由所說的等離子束發(fā)生器產(chǎn)生的等離子束被引入所說的真空室中的爐中，來使所述爐中的汽化材料離子化，在所說的爐子的對(duì)面放置的基片的表面上沉積離子化汽化材料用于生成膜，其中所說的裝置進(jìn)一步包含有一與所說的爐的中心軸同軸的輔助陽極且其設(shè)置在所說的爐子周圍使其圍繞著所說的爐子的上部區(qū)域，所說的輔助陽極包含一環(huán)形永磁體，所說的真空室具有向其中提供和氧混合的氣體的裝置，且其中，將鎂(Mg)用作所說的汽化材料，從所說的爐子中升華，氧化鎂(MgO)粒子和由所說的等離子體產(chǎn)生的氧等離子起反應(yīng)以在所說的基片上形成氧化鎂(MgO)膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所說的氧化鎂膜生長(zhǎng)裝置，其特征在于，其中在膜生長(zhǎng)過程中在所說的真空室中的壓力保持在1.3×10-3到10-4乇。
全文摘要
將具有環(huán)形永磁鐵31的輔助陽極30放置在真空室11中,使輔助陽極和爐20的中心軸同軸且使其圍繞著爐的上面的區(qū)域放置。將由使用弧光放電的等離子束發(fā)生器13產(chǎn)生的等離子束引入爐中。在爐中將鎂用作汽化材料。向真空室中提供和氧混合的氣體,因此,由爐中升華的氧化鎂粒子和由等離子體產(chǎn)生的氧等離子體起反應(yīng)以在基片40上形成氧化鎂(MgO)膜。
文檔編號(hào)H01J37/32GK1192483SQ9810002
公開日1998年9月9日 申請(qǐng)日期1998年1月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月14日
發(fā)明者酒見俊之, 田中勝 申請(qǐng)人:住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社