ВАКУУМНОЕ ОБРАБАТЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2011 года по МПК C23C14/26 

Область техники

Настоящее изобретение относится к вакуумному обрабатывающему устройству для облучения испаряемого и осаждаемого материала, получаемого паровым осаждением покрытия электронным пучком из электронной пушки Пирса и образования осажденного слоя на обрабатываемой подложке.

Уровень техники

Например, пленку из окиси магния (MgO) и т.п., образуемую на стеклянной подложке для плазменной панели в качестве защитного слоя, образуют вакуумным осаждением. Для образования получаемого вакуумным осаждением слоя MgO разработано множество различных способов.

В качестве примера одного из известных способов можно привести метод ионного осаждения, в котором на испаряемый и осаждаемый материал направляют плазму с помощью магнитного средства с целью образования осажденного слоя на подложке, расположенной над полученным вакуумным осаждением материалом. Для образования однородного и тонкого слоя большой площади и с малым внутренним напряжением было придумано следующее. Поток плазмы дугового разряда преобразуют в листовую форму с помощью магнитного поля, и листовую плазму направляют на испаряемый и осаждаемый материал с помощью магнитного поля постоянного магнита (листового магнита), продолговатого в направлении ширины листовой плазмы, чтобы испарить испаряемый и осаждаемый материал, образуя осажденный слой на стеклянной подложке, расположенной над испаряемым и осаждаемым материалом (см. патентный документ №1).

Кроме того, был предложен способ усовершенствования метода ионного осаждения, согласно которому распределение листовой плазмы можно точно регулировать, чтобы испаряемый и осаждаемый материал покрытия в тигле не испарялся неравномерно. Множество постоянных магнитов, обеспечивающих распределение плотности магнитного потока, установлены на одной линии в направлении ширины стеклянной подложки под тиглем, так что множество постоянных магнитов может перемещаться вперед-назад относительно направления подачи стеклянной подложки и вверх-вниз относительно тигля (см. патентный документ №2). В результате распределение листовой плазмы становится равномерным. Следовательно, плазменные пучки сходятся в тигель без искривлений и испаряемый и осаждаемый материал стабильно испаряется, в результате чего на стеклянной подложке можно получить однородное качество слоя.

Кроме того, для гомогенизации светимости по всей поверхности подложки, если сосредоточить внимание на процентном соотношении кристаллического и аморфного оксида магния, наносимого на поверхность осаждения, электроны в плазменной атмосфере вводят в поверхность осаждения подложки посредством магнита или катушки, образуя однородный диэлектрический слой на всей подложке, имеющей большую площадь (см. патентный документ №3). При ионном осаждении устройство, возбуждающее течение плазмы, во многих случаях состоит из множества плазменных пушек, множества катушек сведения и множества плоских магнитов. При этом силовые линии магнитного поля входят в покрываемую поверхность стеклянной подложки в различных направлениях и во множестве потоков плазмы происходит взаимное влияние. В результате в качестве слоя оксида магния, наносимого на поверхность подложки, возникает неоднородность. Следовательно, на поверхности плазменной панели можно наблюдать светоизлучающий участок (участок сильного свечения) и участок слабого свечения. Обнаружено, что светоизлучающий участок кристаллизуется как слой MgO с (111)-ориентацией, а участок слабого свечения - аморфный. Для предотвращения данной ситуации и придания однородности характеристикам свечения по всей поверхности стеклянной подложки электроны в плазменной атмосфере заставляют проникать во всю покрываемую поверхность подложки, образуя однородный диэлектрический слой по всей площади подложки.

Кроме того, в последние годы появился спрос на более однородное нанесение в свете тенденций к увеличению размера плоской панели и возрастанию объемов промышленного производства. В свете вышеперечисленного вошло в употребление устройство для нанесения покрытия, в котором используется электронный пучок, так как электронами легче управлять электрическим и магнитным способом, и они больше подходят для повышения качества наносимого слоя, чем плазма. Например, разработано поточное устройство вакуумного парового осаждения, которое включает в себя множество электронных пушек Пирса. В общем случае устройство имеет конструкцию, в которой две камеры - загрузочно-разгрузочная и камера парового осаждения, или три камеры - загрузочная, разгрузочная и парового осаждения, - соединены посредством запорного клапана.

В общих чертах сущность данного способа состоит в следующем. В качестве источника нагрева для непрерывного нанесения оксида магния в качестве защитного слоя для плазменной панели в основном применяют электронную пушку Пирса. Электронный пучок, практически горизонтально испускаемый из электронной пушки Пирса, закрепленной на боковой стенке камеры парового осаждения, отклоняют с помощью отклоняющей катушки и фокусируют в точке испарения оксида магния в нагревателе, выступающем в роли источника-испарителя, вырабатывая тем самым поток пара MgO и формируя испаренный слой MgO на стеклянной подложке, установленной на держателе, проходящем и перемещающемся сверху.

Камеру парового осаждения предохраняют от воздействия атмосферы, и атмосферу в камере парового осаждения можно стабильно поддерживать благодаря предварительной обработке, такой как дегазация и тепловая обработка, выполняемой в отношении стеклянной подложки или подложкодержателя в загрузочно-разгрузочной или в загрузочной камере.

Кроме того, на практике используется метод многоточечного парового осаждения. При использовании метода многоточечного парового осаждения изобретение было предложено в отношении нагрева испаряемого и осаждаемого материала с целью повышения эффективности поточного устройства вакуумного парового осаждения, включающего в себя электронную пушку Пирса. Множество электронных пушек Пирса расположены и закреплены в ряд относительно направления подачи стеклянной подложки. Форму каждого электронного пучка, выходящего из электронных пушек, устанавливают с помощью магнита или катушки таким образом, чтобы отношение большой оси к малой составляло 1,5 или меньше. Кроме того, можно направлять пучок на множественные точки в направлении «вперед-назад» и «вправо-влево», что позволяет осуществлять эффективное испарение сырья (патентный документ №4). Устанавливая соотношение большой и малой осей формы электронного пучка в пределах 1,5, форму приближают к квадрату, при этом испаряемый и охлаждаемый материал эффективно испаряется. Кроме того, электронный пучок перемещают от одной точки испарения к другой в направлении «вперед-назад» и «вправо-влево», что позволяет предотвратить местные изменения поверхности испарения испаряемого материала. В результате становится возможным образовать на поверхности подложки нанесенный паровым осаждением слой с предпочтительной скоростью осаждения.

Патентный документ №1: патент Японии № 278299 (стр. 2, Фиг. 1).

Патентный документ №2: выложенная патентная заявка Японии № HEI 9-170074 (стр. 3, Фиг. 2, Фиг. 3).

Патентный документ №3: выложенная патентная заявка Японии № 2003-306768 (стр. 4, Фиг. 1).

Патентный документ №4: выложенная патентная заявка Японии № 2004-010943 (стр. 3, Фиг. 1).

Сущность изобретения

Задачи, решаемые изобретением

Фиг. 18 - схематичное изображение, на котором показано поточное устройство 101 вакуумного парового осаждения, включающее в себя электронную пушку Пирса 103, в которой используется обычное устройство 120 отклонения электронного пучка. На Фиг. 18 две электронные пушки Пирса 103 закреплены на поверхности стенки задней стороны, если смотреть в направлении подачи стеклянной подложки 110 в камеру 102 парового осаждения. Электронный пучок практически горизонтально выходит из каждой электронной пушки Пирса 103 в направлении подачи стеклянной подложки 110.

В обычном устройстве 101 вакуумного парового осаждения, чтобы направлять электронный пучок из электронной пушки Пирса 103, зафиксированной практически горизонтально, в сторону MgO (111) - испаряемого и осаждаемого материала - и облучать его, в вакуумной камере 102 обеспечено магнитное устройство 120, и путем пропускания тока через отклоняющую катушку 121 (см. Фиг. 19) вырабатывается магнитное поле. Для этого требуется обеспечить вблизи каждой из точек испарения Р1 и Р2 полюсный башмак 126 устройства 120 отклонения электронного пучка.

Фиг. 19 - вид в плане, на котором схематично показано обычное устройство 120 отклонения электронного пучка, представленное на Фиг. 18. На Фиг. 19 представлено взаимное расположение направления подачи стеклянной подложки 110 в камере 102 парового осаждения поточного устройства 101 вакуумного парового осаждения, используемого при обычном способе образования слоя, нанесенного паровым осаждением, электронной пушки Пирса 103, испускающей электронный пучок, кольцевого нагревателя 104, на котором установлена порция MgO, и полюсного башмака 126 обычного устройства 120 отклонения электронного пучка.

Две точки испарения Р1 и Р2 (по две точки для каждого нагревателя) расположены в направлении, перпендикулярном направлению подачи стеклянной подложки 110 (направление ширины стеклянной подложки). Электронный пучок, испускаемый из каждой электронной пушки Пирса, разделяют, направляют вправо и влево и фокусируют на точках испарения Р1 и Р2. Таким образом, увеличивая число точек испарения Р, можно эффективно испарять MgO. Образование пленки могло выполняться со скоростью, примерно в два раза больше по сравнению с обычным устройством вакуумного парового осаждения. Однако, чтобы удовлетворить потребность в дополнительном увеличении размеров экрана и дополнительном снижении расходов на изготовлении плазменной панели, требуется улучшить скорость парового осаждения, тактовое время и время непрерывной работы одновременно с дополнительным увеличением размера стеклянной подложки.

Размер стеклянной подложки со времени появления обычного устройства 101 вакуумного парового осаждения был увеличен в четыре-восемь раз (число 42-дюймовых панелей варьируется от 1-2 до 8 и более). Скорость парового осаждения повысилась в десять раз (динамическая скорость варьируется от 1200 Е·м/мин до 12000 Е·м/мин). Тактовое время было улучшено в 6 раз (изменилось от 9 до 1,5 мин). Время непрерывной работы увеличилось в три и более раз (от 100 до 336 и более часов).

Вместе с улучшениями скорости парового осаждения, тактового времени и времени непрерывной работы под влиянием увеличения размера стеклянной подложки 110 происходит увеличение (отсюда и далее - «нарост») количества пленки MgO, прилипающей к полюсному башмаку 126. В результате движение потока пара, направленное к стеклянной подложке 110, затрудняется, и это затрагивает даже кольцевой нагреватель 104, в результате чего возникают проблемы - например, поверхность MgO в углублении 104а может приобрести избыточную шероховатость. Кроме того, существует проблема, состоящая в том, что нарост вызывает нестабильность вращения кольцевого нагревателя 104, приводящую к нестабильности скорости парового осаждения. Следует отметить, что в некоторых случаях полюсный башмак 126 может быть снабжен специальной защитной перегородкой (не показанной на чертеже), облегчающей очистку, но нарост может образоваться и на самой перегородке, что вызывает аналогичные проблемы.

В качестве меры противодействия образованию нароста на полюсном башмаке 126 его относят на расстояние от точек испарения Р. Однако данная контрмера не обеспечивает решение проблемы дополнительного увеличения скорости парового осаждения и времени непрерывной работы в будущем. Это происходит из-за необходимости обеспечения как можно большего количества точек Р испарения в ограниченном пространстве камеры 102 парового осаждения для дополнительного повышения эффективности, однако нет дополнительного физического пространства для достаточного отдаления точек испарения.

Кроме того, между смежными полюсными башмаками 126 возникают магнитные помехи. При большом уровне взаимного магнитного влияния при взаимодействии магнитных полей распределение толщины слоя в процессе нанесения становится неравномерным. Следовательно, необходимо разделить смежные полюсные башмаки 126, разнеся их на достаточное расстояние, но пространство в камере 102 парового осаждения ограничено. С другой стороны, для получения постоянного распределения толщины слоя для парового осаждения слоя MgO 111 на стеклянной подложке 110 промежуток между точками испарения Р не должен быть чрезмерно большим.

Соответственно, очень трудно учесть как механическое, так и магнитное взаимодействие в ограниченном пространстве камеры 102 парового осаждения. В результате оказывается затруднительным получить достаточную величину отклоняющего магнитного поля, и угол падения пучка на MgO уменьшается, в результате чего ухудшается эффективность испарения.

Кроме того, так как трудно получить достаточную величину отклоняющего магнитного поля и вследствие этого уменьшается угол падения пучка на MgO, термион, составляющий электронный пучок, которым бомбардируют MgO, становится отраженным электроном, сталкивающимся в камере парового осаждения с частицами влаги и кислородом и порождающим вторичный электрон, препятствующий образованию слоя MgO на поверхности подложки. Соответственно, для обычного устройства 101 вакуумного парового осаждения требуется поглощающая пластина 107 для поглощения вторичных электронов. Кроме того, локальное углубление в испаряемом и осаждаемом материале, происходящее от неравномерности испарения MgO вследствие шероховатости поверхности испаряемого и осаждаемого материала 111 или из-за нестабильности вращения кольцевого нагревателя 104, вызывает дополнительную нестабильность испарения материала 111. По этой причине необходимо непрерывно разглаживать поверхность испаряемого и осаждаемого материала скребком 108.

Кроме того, необходимо обеспечить трубу для охлаждающей воды и т.п., чтобы охлаждать полюсный башмак 126, нагреваемый при налипании нароста, вызываемого нахождением в камере парового осаждения, и отклоняющую катушку 121 для возбуждения сильного тока, который, в свою очередь, создает магнитное поле. В результате возникает проблема, состоящая в том, что количество защитных перегородок (не показанных на чертеже) возрастает, конструкция усложняется и площадь их поверхностей увеличивается. Кроме того, во время чистки камеры парового осаждения ухудшается удобообрабатываемость.

Средства решения задач

Настоящее изобретение было создано в свете вышеупомянутых проблем, которые можно решить с помощью вакуумного обрабатывающего устройства для облучения испаряемого и осаждаемого материала, содержащегося в источнике-испарителе, электронным пучком из электронной пушки пробивающего типа, и образования осажденного слоя на обрабатываемой подложке, расположенной напротив источника-испарителя, отличающегося тем, что магнитное устройство для создания магнитного поля, практически перпендикулярного направлению падения электронного пучка и практически параллельного поверхности излучения электронного пучка источника-испарителя, обеспечено снаружи вакуумной камеры, с задней стороны поверхности излучения электронного пучка, для отклонения и направления электронного пучка к точке испарения источника-испарителя.

Технический эффект изобретения

В вакуумном обрабатывающем устройстве магнитное устройство для отклонения и направления электронного пучка к точке испарения обеспечено снаружи вакуумной камеры (камеры испарения), что позволяет устранить необходимость в полюсном башмаке. В результате проблема обычного устройства, в котором нарост на полюсном башмаке вызывает ограничение непрерывного времени изготовления по скорости, полностью решена. Другими словами, решена проблема ухудшения равномерности распределения толщины наносимого слоя из-за прерывания потока пара, вызываемого увеличением нароста. Кроме того, решена проблема обычного устройства, состоящая в том, что нарост вызывает нестабильность вращения кольцевого нагревателя, приводящую к нестабильности скорости парового осаждения. Кроме того, решена проблема, состоящая в том, что нарост делает поверхность испаряемого и осаждаемого материала, содержащегося в вогнутом участке, чрезмерно шероховатой; это позволяет устранить необходимость в разглаживании скребком.

Кроме того, в вакуумном обрабатывающем устройстве магнитное поле, практически перпендикулярное направлению падения электронного пучка и практически параллельное поверхности излучения электронного пучка источника-испарителя, может быть образовано магнитным устройством, обеспеченным снаружи вакуумной камеры (камеры парового осаждения), в результате чего электронные пучки становятся упорядоченными, и неравномерность каждой из электронных пушек Пирса можно проследить. Также решена проблема, состоящая в том, что термион, составляющий электронный пучок, которым облучают MgO, становится отраженным электроном, сталкивающимся в камере парового осаждения с частицами влаги и кислородом и порождающим вторичный электрон, препятствующий образованию слоя MgO на поверхности подложки. В результате отпадает необходимость в поглощающей пластине для поглощения вторичных электронов, которая требуется для обычного устройства.

Кроме того, магнитное устройство обеспечено снаружи устройства парового осаждения и образовано постоянным магнитом, в результате чего появляется возможность точного регулирования положения установки, и точку Р испарения можно оптимизировать, подгоняя под размер подложки. Кроме того, по сравнению с обычным устройством, можно легко образовать оптимальное магнитное поле в ограниченном пространстве - таким образом, что угол падения электронного пучка MgO (испаряемого и наносимого материала) может быть оптимизирован, и метод многоточечного парового осаждения может быть осуществлен более стабильно посредством деления электронного пучка. В результате повышается скорость парового осаждения относительно входной мощности. Это эффективно для оптимизации условий обработки, чтобы получить распределение толщины наносимого слоя MgO, или (111)-ориентированный слой. Преимущество состоит в том, что слой MgO выполняет роль защитного слоя "против брызг" на внутренней стенке плазменной ячейки, а (111)-ориентированный слой уменьшает стартовое/рабочее напряжение электрического разряда, так как коэффициент эмиссии вторичных электронов (111)-ориентированного слоя больше, чем у другого материала.

Кроме того, в вакуумном обрабатывающем устройстве магнитное устройство для отклонения и направления электронного пучка обеспечено снаружи камеры парового осаждения, что позволяет уменьшить количество защитных перегородок по сравнению с обычным устройством, а также устранить необходимость в оборудовании, включающем в себя охладительную трубу отклоняющей катушки или поглощающую пластину для вторичных электронов. В результате конструкция камеры парового осаждения упрощается, что позволяет уменьшить время очистки камеры парового осаждения.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - разъяснительная схема, на которой показано взаимное расположение электронной пушки Пирса и направление подачи стеклянной подложки в камере парового осаждения поточного вакуумного устройства парового осаждения согласно варианту осуществления изобретения (иллюстративная схема, представляющая собой вид со стороны боковой поверхности основного корпуса в камере парового осаждения).

Фиг. 2 - вид в плане взаимного расположения электронной пушки Пирса 3, кольцевого нагревателя 4 и постоянных магнитов 26а, 26b, прикрепленных к ярму 24, в поточном устройстве парового осаждения, представленном на Фиг. 1.

Фиг. 3 - местный вид в разрезе, на котором показано взаимное расположение кольцевого нагревателя 4 и постоянных магнитов в поточном вакуумном устройстве парового осаждения согласно варианту осуществления изобретения. Показано состояние, в котором магнитный поток В проходит сквозь поверхность стенки дна вакуумной камеры и достигает поверхности кольцевого нагревателя 4, образуя участок продольного магнитного поля.

Фиг. 4 - схематичное изображение продольного магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами устройства, применяемого в поточном устройстве вакуумного парового осаждения согласно варианту осуществления изобретения. Постоянные магниты 26а, 26b связаны с обоими концами ярма 24, образуя пару. При их объединении постоянный магнит 26а закреплен северным полюсом вверх, а постоянный магнит 26b - северным полюсом вниз, так что постоянные магниты 26а и 26b образуют магнитную цепь. Следовательно, постоянные магниты 26а и 26b используются в качестве северного и южного полюсов, соответственно. Магнитный поток В создается в пространстве между постоянным магнитом 26а, используемым в качестве северного полюса, и постоянным магнитом 26b, используемым в качестве южного полюса.

Фиг. 5 - схематичное изображение варианта осуществления №2 поточного устройства вакуумного парового осаждения согласно изобретению. Здесь показан пример, в котором используются три кольцевых нагревателя.

Фиг. 6 - вид в плане варианта осуществления №2 поточного устройства вакуумного парового осаждения согласно варианту осуществления изобретения. Здесь показан пример, в котором используются три кольцевых нагревателя. Одна электронная пушка 3 Пирса соответствует одной точке испарения Р.

Фиг. 7 - вид в плане варианта осуществления №3 поточного устройства вакуумного парового осаждения согласно изобретению. Здесь показан пример крестообразного многоточечного устройства вакуумного парового осаждения.

Фиг. 8 - вид в плане варианта №4 осуществления поточного устройства вакуумного парового осаждения согласно изобретению. Здесь показан пример вилкообразного многоточечного устройства вакуумного парового осаждения.

Фиг. 9 - местный вид в разрезе, на котором показано присоединение магнитного устройства 20 согласно изобретению. В магнитном аппарате 20 можно регулировать угловое положение и положение в направлении «вперед-назад» и «вправо-влево» ярма 24, к которому прикреплен магнит.

Фиг. 10 - вид спереди магнитного устройства 20 согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 11 - вид в плане магнитного устройства 20 согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 12 - местный вид в разрезе, на котором показано крепление магнитного устройства 40 согласно модифицированному варианту осуществления №1 изобретения. Магнитное устройство подвергается регулированию угла и положения в направлении «вперед-назад» и «вправо-влево».

Фиг. 13 - вид спереди магнитного устройства 40 согласно модифицированному варианту осуществления №1 изобретения.

Фиг. 14 - вид в плане магнитного устройства 40 согласно модифицированному варианту осуществления №1 изобретения.

Фиг. 15 - местный вид в разрезе, на котором показано крепление магнитного устройства 60 согласно модифицированному варианту осуществления №2 изобретения. Данное магнитное устройство делают как можно более тонким.

Фиг. 16 - вид спереди магнитного устройства 60 согласно модифицированному варианту осуществления №2 изобретения.

Фиг. 17 - вид в плане магнитного устройства 60 согласно модифицированному варианту осуществления №2 изобретения.

Фиг. 18 - пояснительная схема, на которой показано взаимное расположение электронной пушки Пирса и направления подачи стеклянной подложки в камере парового осаждения поточной камеры осаждения обычного поточного устройства парового осаждения (пояснительный чертеж, отображающий вид со стороны боковой поверхности основного корпуса в камере парового осаждения). В камере 102 парового осаждения обеспечено устройство 120 отклонения электронного пучка. Также обеспечена вспомогательная пластина для поглощения вторичных электронов, поэтому пространство в камере парового осаждения невелико.

Фиг. 19 - вид в плане взаимного расположения электронной пушки Пирса 3 и кольцевого нагревателя в поточной камере вакуумного осаждения, представленной на Фиг. 18.

Фиг. 20 - вид в плане обычного устройства отклонения электронного пучка. Обычно обеспечен скребок 108.

Фиг. 21 - вид сбоку обычного устройства отклонения электронного пучка. Обычно требуется охлаждающая система труб. Частью ее является опреснитель воды для отклоняющей катушки 122.

Фиг. 22 - вид спереди обычного устройства отклонения электронного пучка.

Фиг. 23 - пример формы электронного пучка, создаваемого магнитным устройством согласно данному варианту осуществления. Здесь показано состояние, в котором квадратный диапазон точки Р испарения излучается на кольцевой нагреватель.

Фиг. 24 - пример формы электронного пучка, создаваемого магнитным устройством согласно данному варианту осуществления. Это увеличенная иллюстрация точки Р испарения. Излучение происходит в форме квадрата без искажений.

Фиг. 25 - приведенный для сравнения пример формы электронного пучка, получаемого обычным устройством отклонения электронного пучка. Форма точки испарения Р искажена.

Фиг. 26 - схематичные изображения поточного устройства вакуумного парового осаждения.

Фиг. 26А - иллюстрация случая с двумя камерами,

Фиг. 26В - иллюстрация случая с тремя камерами.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения

Здесь и далее будет подробно описан со ссылкой на чертежи конкретный вариант осуществления настоящего изобретения. Вариант осуществления настоящего изобретения показан на Фиг. 1-4. Сначала, со ссылками на Фиг. 1-4, будет описана конструкция устройства. Фиг. 1 - схематичный чертеж, на котором показано взаимное положение направления подачи стеклянной подложки 10, электронной пушки Пирса 3 для создания электронного пучка и кольцевого нагревателя 4, содержащего испаряемый и осаждаемый материал 11 в вакуумной камере (камере парового осаждения) 2, согласно варианту осуществления поточного устройства 1 вакуумного парового осаждения, применяемого для образования полученного паровым осаждением покрытия согласно варианту осуществления изобретения. Магнитное устройство 20 для отклонения электронного пучка, используемое в изобретении, обеспечено с задней стороны кольцевого нагревателя 4 снаружи камеры 2 парового осаждения (в атмосфере) для каждой из точек испарения (см. Фиг. 3).

Фиг. 2 - схема, на которой показано расположение постоянных магнитов 26а, 26а магнитного устройства 20 согласно представленному варианту осуществления изобретения. Сила постоянных магнитов 26а, 26b определена таким образом, что магнитное поле примерно в 10-30 Гс может быть получено на поверхности оксида магния, служащего в качестве испаряемого и осаждаемого материала 11, находящегося в углублении 4а кольцевого нагревателя 4. Кроме того, размер L (см. Фиг. 4) ярма 24 определен таким образом, чтобы образовать магнитную цепь, в которой получается практически продольное магнитное поле в диапазоне развертки пучка. Кроме того, положения точек испарения и магнитного устройства 20 оптимизированы таким образом, что угол падения электронного пучка становится большим. Согласно данному варианту осуществления регулирование произведено таким образом, что магнитное поле величиной в 30 Гс или более установлено над центром 24а ярма 24, выступающим в качестве средней точки между постоянными магнитами 26а, 26b на поверхности кольцевого нагревателя 4, и магнитный поток В в 10 Гс или более возникает в точках испарения Р на поверхности кольцевого нагревателя 4.

Фиг. 3 - местный вид в разрезе, на котором показано взаимное расположение кольцевого нагревателя 4 и постоянных магнитов 26а, 26b. Кольцевой нагреватель обеспечен внутри камеры парового осаждения (со стороны вакуума). Между тем, постоянные магниты 26а, 26b обеспечены снаружи камеры 2 парового осаждения (со стороны атмосферы). В качестве материала участка, на котором постоянные магниты 26а, 26b расположены под дном камеры 2 парового осаждения, используют проницаемый материал.

Фиг. 4 - увеличенный вид, на котором показана часть постоянных магнитов магнитного устройства 20 согласно варианту осуществления изобретения. Постоянные магниты 26а, 26b связаны с обоими концами ярма 24. Северный полюс на одном конце соединен с южным полюсом на другом конце посредством ярма 24, чтобы создавать магнитный поток В над ним, образуя тем самым магнитную цепь. Участок магнитного потока В с продольным магнитным полем используется для управления электронным пучком. Кроме того, размер L ярма 24 определен таким образом, что размер М продольного участка магнитного поля охватывает диапазон развертки электронного пучка.

Кроме того, вариант осуществления №1 магнитного устройства 20 для отклонения электронного пучка, используемый в настоящем изобретении, будет подробно описан со ссылкой на Фиг. 9-11.

Фиг. 9 - схематичный чертеж, на котором показано относительное расположение кольцевого нагревателя 4 и магнитного устройства 20 согласно варианту осуществления изобретения. Под кольцевым нагревателем 4 на поверхности дна камеры 2 парового осаждения расположено магнитное устройство 20.

Фиг. 10 - вид спереди магнитного устройства 20. Фиг. 11 - вид в плане магнитного устройства 20. Базовая плита 22 установлена на монтажном кронштейне 21 с возможностью регулирования в направлении «вправо-влево» с помощью паза 27. Базовая плита 23 установлена на базовой плите 22 таким образом, что положение базовой плиты 23 регулируется в направлении «вперед-назад» с помощью паза 28. Кроме того, на базовой плите 23 установлено с помощью центрального поворотного вала 29 ярмо, с которым связаны постоянные магниты 26а, 26b. Кроме того, транспортир 25 для точного регулирования, линейка 22а для регулирования положения и линейка 21а для регулирования положения дополнительно предусмотрены для базовой плиты 23, базовой плиты 22 и монтажного кронштейна 21 соответственно. В условиях данной конструкции угол и положение ярма 24, к которому присоединены постоянные магниты 26, можно точно регулировать. Следует отметить, что винты и т.п., используемые для монтажа, не показаны, т.к. расположены на задних сторонах базовых плит.

Далее будет описана работа магнитного устройства 20. Когда пучок электронов (пунктирная линия) выходит в горизонтальном направлении из каждой электронной пушки Пирса 3 (Фиг. 2), он проходит прямо над кольцевым нагревателем 4. Магнитное устройство 20 расположено под кольцевым нагревателем 4, а над кольцевым нагревателем 4 возникает магнитный поток В в направлении, перпендикулярном электронному пучку. Электронный пучок отклоняется вниз посредством магнитного потока В и фокусируется в точке испарения Р. Магнитное устройство 20 имеет точную настройку угла и положения, вследствие чего оно может сканировать точку Р испарения без искажения, основываясь на данных управления отклоняющей катушкой (не показана) электронной пушки Пирса 3. В результате материал 11 напыления, получаемого паровым осаждением, на кольцевом нагревателе может быть эффективно испарен, и таким образом можно получить различные вышеописанные эффекты.

Варианты осуществления настоящего изобретения описаны выше. Настоящее изобретение можно применить и в вакуумном обрабатывающем устройстве другой конструкции. На Фиг. 5-8 представлен пример устройства вакуумного парового осаждения другой конструкции.

На Фиг. 5-6 представлен вариант осуществления в случае с тремя кольцевыми нагревателями 4. Фиг. 5 - схематичное изображение камеры 2 парового осаждения поточного устройства 1 вакуумного парового осаждения в случае с тремя кольцевыми нагревателями. Фиг. 6 - вид в плане взаимного расположения направления подачи стеклянной подложки 10, электронной пушки Пирса 3 и магнитного устройства 20 в камере 2 парового осаждения устройства, представленного на Фиг. 5. Согласно данному варианту осуществления, электронные пушки Пирса 3 расположены и закреплены в ряд сбоку, перед стеклянной подложкой 10 в направлении ее подачи. Одна электронная пушка Пирса 3 соответствует одной точке испарения Р. Согласно варианту осуществления изобретения может быть обеспечено шесть магнитных устройств 20 с достаточными промежутками. Следовательно, не происходит взаимного механического и магнитного влияния, что позволяет осуществлять нанесение напыления предпочтительным образом.

Кроме того, настоящее изобретение применимо в вакуумном обрабатывающем устройстве для парового осаждения многоточечного типа. Фиг. 7 - схематичное изображение примера, в котором изобретение применено в вакуумном устройстве парового осаждения для многоточечного парового осаждения с крестообразным направлением электронного пучка. Испускаемый пучок может быть направлен вправо и влево посредством отклоняющей катушки (не показана), находящейся в каждой из электронных пушек Пирса. Фиг. 8 - схематичное изображение примера, в котором изобретение применено в вакуумном устройстве парового осаждения для многоточечного парового осаждения с вилкообразным направлением пучка. Испускаемый пучок может быть направлен вперед и назад посредством отклоняющей катушки (не показана), находящейся в каждой из электронных пушек Пирса. Пучок также может быть направлен назад/вперед и вправо/влево, хотя это и не показано на чертежах. Конечно же, количество отклоняющих катушек не ограничивается одной, содержащейся в электронной пушке Пирса, и может быть отдельно обеспечено снаружи (N) электронной пушки (см. Фиг. 1). Как описано выше, можно расположить магнитные устройства 20 с достаточными промежутками даже в случае, когда одна электронная пушка 3 Пирса соответствует множеству точек Р испарения. Следовательно, это позволяет предотвратить взаимное механическое и магнитное влияние, что позволяет осуществлять нанесение покрытия предпочтительным образом.

Кроме того, магнитное устройство 20, используемое в настоящем изобретении, может быть трансформировано в соответствии с используемым типом вакуумного устройства парового осаждения. На Фиг. 12-14 представлен модифицированный вариант №1 осуществления магнитного устройства. Данное магнитное устройство 40 представляет собой пример, применимый к случаю, когда нет необходимости в регулировании угла ярма 44, с которым связаны постоянные магниты 46а, 46b. Это объясняется тем, что в случае, когда одна электронная пушка 3 Пирса прикреплена к одной точке испарения Р, осуществляя облучение, регулирование необходимо лишь в направлениях «вперед-назад» и «вправо-влево». На Фиг. 12 магнитное устройство 40 расположено под кольцевым нагревателем.

Фиг. 13 - вид спереди магнитного устройства 40. Фиг. 14 - вид в плане магнитного устройства 40. Базовая плита 42 установлена на монтажном кронштейне 41 таким образом, что положение базовой плиты 42 регулируется в направлении «вперед-назад» с помощью паза 47. Базовая плита 43 установлена на базовой плите 42 таким образом, что положение базовой плиты 43 регулируется в направлении «вправо-влево» с помощью паза 47. Кроме того, на базовой плите 43 установлено ярмо 44, с которым связаны постоянные магниты 46а, 46b. Угловое положение ярма 44 не регулируется.

На каждой из Фиг. 15-17 представлен модифицированный вариант осуществления №2 магнитного устройства. Согласно модифицированному варианту осуществления №2 постоянные магниты 66а, 66b в данном магнитном устройстве 60 имеют малый размер. Эффективно используя преимущества размера, магнитное устройство 60 делают как можно более тонким. На Фиг. 15 магнитное устройство 60 расположено под кольцевым нагревателем 4. Фиг. 16 - вид спереди магнитного устройства 60. Фиг. 17 - вид в плане магнитного устройства 60. Базовая плита 62 установлена на монтажном кронштейне 61 таким образом, что положение базовой плиты 62 регулируется в направлении «вправо-влево» с помощью паза 67. Базовая плита 63 установлена на базовой плите 62 таким образом, что положение базовой плиты 63 регулируется в направлении «вперед-назад» с помощью паза 68. Кроме того, ярмо 64, с которым связаны постоянные магниты 66а, 66b, прикреплено к консоли 63а, продолжающейся вбок через центральный поворотный вал 69. Угловое положение ярма 64 регулируется вокруг центрального поворотного вала 69.

Для сравнения результатов использования магнитного устройства 20, описанного выше, с результатами использования обычного устройства был произведен эксперимент с облучением электронным пучком. Результаты эксперимента будут разъяснены со ссылкой на Фиг. 23-25. На Фиг. 25 представлен результат наблюдений в точке испарения Р при использовании обычного устройства 120 отклонения электронного пучка. В соответствии с обычной технологией, даже при осуществлении управления таким образом, чтобы формировался квадратный пучок, его форма все равно искажается до эллипса.

На Фиг. 23 представлен результат наблюдений в точке испарения Р при использовании магнитного устройства 20 согласно приведенному варианту осуществления изобретения. Излучение осуществляется над кольцевым нагревателем 4, образуя пучок квадратной формы. На Фиг. 24 представлен результат наблюдений в точке испарения Р при использовании магнитного устройства согласно приведенному варианту осуществления. Установлено, что была получена требуемая квадратная форма пучка, и облучение происходило без искажения благодаря управлению отклоняющей катушкой (не показана на чертеже) электронной пушки 3 Пирса. Настоящее изобретение, конечно же, не ограничивается приведенными вариантами осуществления и может быть подвергнуто разнообразным модификациям, основанным на технической идее настоящего изобретения.

Вакуумное обрабатывающее устройство согласно изобретению может применяться не только для напыления паровым осаждением оксида магния. Настоящее изобретение можно применить и в вакуумном обрабатывающем устройстве с электронной пушкой Пирса.

В поточном устройстве вакуумного парового осаждения согласно варианту осуществления изобретения в качестве емкости, содержащей испаряемый и осаждаемый материал, используется кольцевой нагреватель 4, но можно использовать вместо него и прямоугольный нагреватель или тигель.

Настоящее изобретение также применимо как способ нанесения слоя металлического оксида, такого как SiO₂, TiO₂ и Al₂O₃. Способ нанесения согласно изобретению может быть применен для нанесения металлического слоя, такого как слой алюминия.

Согласно варианту осуществления изобретения постоянные магниты, применяемые для отклонения электронного пучка, обеспечены с атмосферной стороны камеры парового осаждения (снаружи камеры парового осаждения), но могут быть обеспечены и в вакуумной камере, под кольцевым нагревателем 4.

Кроме того, вакуумное обрабатывающее устройство согласно изобретению применимо в различных поточных вакуумных устройствах парового осаждения. Фиг. 26 - схематичные изображения, на каждом из которых представлено поточное устройство вакуумного парового осаждения. На Фиг. 26А показано поточное устройство 81 вакуумного парового осаждения с двумя камерами, а на Фиг. 26В - поточное устройство 82 вакуумного парового осаждения с тремя камерами. В случае с двумя камерами принята конструкция, в которой камера 2 парового осаждения и загрузочно-разгрузочная камера 83 разделены запорным клапаном. В случае с тремя камерами принята конструкция, в которой камера 2 парового осаждения, загрузочная камера 84 и разгрузочная камера 85 разделены запорными клапанами.

В обоих случаях принята конструкция, в которой при поддержании вакуума в камере 2 парового осаждения посредством закрытого запорного клапана дверцы 94-96 открываются и закрываются с целью загрузки и выгрузки стеклянной подложки 10, что повышает эффективность нанесения.

Перечень позиций

1 Вакуумное обрабатывающее устройство

2 Камера парового осаждения

3 Электронная пушка Пирса

4 Кольцевой нагреватель

5 Питатель

6 Устройство подачи материала

10 Стеклянная подложка

20 Магнитное устройство

21 Монтажный кронштейн

22 Базовая плита (1)

23 Базовая плита (2)

24 Ярмо

24а Центр ярма

25 Транспортир

26а Постоянный магнит (северный полюс)

26b Постоянный магнит (южный полюс)

27 Паз

28 Паз

29 Центральный поворотный вал

40 Магнитное устройство

41 Монтажный кронштейн

42 Базовая плита (1)

43 Базовая плита (2)

44 Ярмо

46а Постоянный магнит (северный полюс)

46b Постоянный магнит (южный полюс)

47 Паз

48 Паз

60 Магнитное устройство

61 Монтажный кронштейн

62 Базовая плита (1)

63 Базовая плита (2)

64 Ярмо

66а Постоянный магнит (северный полюс)

66b Постоянный магнит (южный полюс)

67 Паз

68 Паз

69 Центральный поворотный вал

81, 82 Поточное вакуумное устройство парового осаждения

83 Загрузочно-разгрузочная камера

84 Загрузочная камера

85 Разгрузочная камера

91 Выпускное отверстие

94-96 Дверца

97-98 Запорный клапан

101 Вакуумное обрабатывающее устройство

102 Камера парового осаждения

103 Электронная пушка Пирса

104 Кольцевой нагреватель

105 Питатель

106 Устройство подачи материала

107 Поглощающая пластина для вторичных электронов

108 Скребок

110 Стеклянная подложка

111 Испаряемый и осаждаемый материал

120 Устройство отклонения электронного пучка

121 Отклоняющая катушка

122 Конвертер воды для отклоняющей катушки (для водяной охлаждающей трубы)

123 Вспомогательное ярмо

126 Полюсный башмак

В - Магнитный поток

L - размер ярма

М - продольный участок магнитного поля

N - отклоняющая катушка

Р, Р1, Р2 - точка испарения

Изобретение относится к устройству для вакуумного парового осаждения слоя на подложку путем облучения материала напыления. Устройство содержит источник - испаритель материала напыления, электронную пушку Пирса, расположенную напротив источника-испарителя. Снаружи вакуумной камеры, с задней стороны поверхности излучения электронного пучка, за точкой испарения источника-испарителя расположен постоянный магнит для создания магнитного поля, по существу, перпендикулярного направлению падения электронного пучка и практически параллельного поверхности излучения электронного пучка источника-испарителя, для отклонения и направления электронного пучка к точке испарения источника-испарителя. В результате получают нанесенный паровым осаждением слой с большой скоростью осаждения посредством направления электронного пучка на точку испарения испаряемого и осаждаемого материала, содержащегося в источнике-испарителе в вакуумной камере, и оптимизация диапазона излучения электронного пучка в точке испарения. 9 з.п. ф-лы, 27 ил.

1. Устройство для вакуумного парового осаждения слоя на подложку путем облучения материала напыления, содержащегося в источнике-испарителе, электронным пучком из электронной пушки Пирса и образования осажденного слоя на обрабатываемой подложке, расположенной напротив источника-испарителя, отличающееся тем, что постоянный магнит для создания магнитного поля, по существу, перпендикулярного направлению падения электронного пучка и практически параллельного поверхности излучения электронного пучка источника-испарителя, обеспечен снаружи вакуумной камеры, с задней стороны поверхности излучения электронного пучка, за точкой испарения источника-испарителя, для отклонения и направления электронного пучка к точке испарения источника-испарителя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник-испаритель представляет собой кольцевой нагреватель.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что испаряемый и осаждаемый материал представляет собой металл, металлический оксид или изоляционный материал.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что металлический оксид представляет собой MgO или композиционный материал на основе MgO, используемый в качестве защитного слоя для экрана плазменной панели.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно представляет из себя поточное устройство вакуумного парового осаждения, включающее в себя, по меньшей мере, две камеры, а именно - загрузочно-разгрузочную и камеру парового осаждения, или три камеры - загрузочную, камеру парового осаждения и разгрузочную, при этом электронная пушка Пирса закреплена на поверхности боковой стенки камеры парового осаждения относительно направления подачи обрабатываемой подложки, и управление осуществляется таким образом, что электронный пучок испускается в направлении, практически перпендикулярном направлению подачи обрабатываемой подложки.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что две или более точки испарения образуются отклонением электронного пучка с помощью отклоняющей катушки электронной пушки Пирса.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что электронный пучок направляют вперед и назад или вправо и влево с помощью отклоняющей катушки электронной пушки Пирса.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно представляет собой поточное устройство вакуумного парового осаждения, включающее в себя, по меньшей мере, две камеры - загрузочно-разгрузочную и камеру парового осаждения, или три камеры - загрузочную, камеру парового осаждения и разгрузочную, при этом электронная пушка Пирса закреплена на поверхности передней или задней стенки камеры парового осаждения относительно направления подачи обрабатываемой подложки, и управление осуществляется таким образом, что электронный пучок испускается в направлении, практически совпадающем с направлением подачи обрабатываемой подложки.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что две или более точки испарения образуются отклонением электронного пучка с помощью отклоняющей катушки электронной пушки Пирса.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что электронный пучок направляют вперед и назад или вправо и влево с помощью отклоняющей катушки электронной пушки Пирса.