JP2874548B2 - Method for forming coating by arc discharge plasma - Google Patents
Method for forming coating by arc discharge plasmaInfo
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Description
【０００１】本発明は、たとえば複合陰極型プラズマガ
ンの如き放電プラズマ発生源により得られるアーク放電
プラズマを用いて、蒸着源から飛び出た蒸着粒子を基体
に有効に付着させるとともに、大きい面積の基体に均一
な厚みの被膜を形成する方法に関し、とりわけ低抵抗の
透明導電膜を基体上に抵抗分布よく形成するのに好適に
用いられる方法に関する。The present invention uses an arc discharge plasma obtained by a discharge plasma source such as a composite cathode type plasma gun to effectively deposit vapor-deposited particles protruding from a vapor deposition source onto a substrate and to apply the particles to a substrate having a large area. The present invention relates to a method for forming a film having a uniform thickness, and more particularly to a method suitably used for forming a low-resistance transparent conductive film on a substrate with good resistance distribution.
【０００２】従来、減圧された容器内で基体にスズを添
加した酸化インジウム透明導電膜を被覆する方法とし
て、真空蒸着法、スパッタリング法等が知られている
が、これらの方法では、被覆される基体の温度が３００
℃以下では、抵抗率が２×１０-4Ωｃｍ以下の低抵抗率
を有する透明導電膜を被覆することは困難であった。基
体の温度が３００℃以下で、上記低抵抗率を有する透明
導電膜を被覆する方法として、特開平２−２２８４６９
号公報に、複合陰極型プラズマガンから発生したプラズ
マを、蒸着原料が充填されたハースに収束させ、ハース
内の蒸着原料を加熱蒸発させる方法が開示されている。Conventionally, a vacuum deposition method, a sputtering method, and the like are known as methods for coating a substrate with a tin-added indium oxide transparent conductive film in a depressurized container. The substrate temperature is 300
At a temperature of not more than ℃, it is difficult to coat a transparent conductive film having a low resistivity of 2 × 10 −4 Ωcm or less. A method for coating a transparent conductive film having a low resistivity at a substrate temperature of 300 ° C. or lower is described in JP-A-2-228469.
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-157, discloses a method in which plasma generated from a composite cathode type plasma gun is converged on a hearth filled with vapor deposition raw materials, and the vapor deposition raw materials in the hearth are heated and evaporated.
【０００３】従来技術に開示されているアーク放電プラ
ズマガンとハースとを有する蒸発手段を用いて基体上に
被膜を被覆する方法では、放電プラズマ流がハースに到
達する途中、その進行方向に対して、右側に湾曲（この
現象はプラズマのベクトルＥとベクトルＢの外積方向へ
のドリフトと呼ばれ、以下単にドリフトと記述する）し
てハースへ収束するため、ハースへの入射方向がハース
に対して垂直方向に維持できなくなる。そのため、ハー
スの上方に飛び出す蒸発粒子数が少く、効率良く蒸着原
料をハース上方の基体に被覆することは困難であるとい
う問題点があった。ベクトルＥとベクトルＢの外積方向
へのドリフトについて説明する。一様磁界Ｂと一様な直
流電界Ｅが存在する場合の荷電粒子のドリフトを考え
る。この時の様子を図１に示す。電界が存在する場合の
荷電粒子の運動方程式は、In the method disclosed in the prior art for coating a coating on a substrate by using an evaporating means having an arc discharge plasma gun and a hearth, the discharge plasma flows in the direction of travel of the discharge plasma while it reaches the hearth. To the right (this phenomenon is called drift in the direction of the cross product of the plasma vector E and vector B, and is simply referred to as drift hereinafter) and converges on the hearth. It cannot be maintained vertically. For this reason, there is a problem that the number of evaporating particles jumping out above the hearth is small, and it is difficult to efficiently cover the base material above the hearth with the deposition material. The drift of the vector E and the vector B in the cross product direction will be described. Consider the drift of charged particles when there is a uniform magnetic field B and a uniform DC electric field E. The situation at this time is shown in FIG. The equation of motion of a charged particle in the presence of an electric field is
【０００４】[0004]
【数１】 で与えられる。 ｑs：荷電粒子の電荷量 これを解くと(Equation 1) Given by q s : the amount of charge of charged particles
【０００５】[0005]
【数２】 を得ることができる。この式から、ドリフト方向は電荷
の符号に無関係であり、プラズマ全体がＥ方向とＢ方向
の外積方向へドリフトすることがわかる。この場合は電
界を考えているが、(Equation 2) Can be obtained. From this equation, it can be seen that the drift direction is irrelevant to the sign of the charge, and that the entire plasma drifts in the cross product direction in the E and B directions. In this case, we are considering the electric field,
【０００６】[0006]
【数３】 により、一般的な力Ｆによるドリフトに拡張できる。(Equation 3) Thereby, it is possible to extend the drift to a general force F.
【０００７】特開平２−２２８４６９号公報に記載の方
法では、プラズマ流をハースの上で直角に曲げている。
この時荷電粒子には、遠心力がはたらく（図１
（ａ））。この遠心力を上述の一般的な力Ｆとみなすこ
とができる。よって、ベクトルＦ×ベクトルＢ方向にプ
ラズマはドリフトする（図１（ｂ））。In the method described in JP-A-2-228469, the plasma flow is bent at right angles on a hearth.
At this time, centrifugal force acts on the charged particles (Fig. 1
(A)). This centrifugal force can be regarded as the general force F described above. Therefore, the plasma drifts in the direction of vector F × vector B (FIG. 1B).
【０００８】ハース内の大部分の蒸着源は、プラズマの
入射する方向に依存して蒸発するので、蒸着源が膜とし
て、ハース上方の基体に付着する割合は小さくなり、こ
れは、蒸着源の利用効率が極めて低いことを意味する。
一方、特開平１−２７９７４８号に開示されている放電
プラズマ流の真空槽内に導き出される方向がそれぞれ同
じプラズマ流を複数組用いる方法では、発生するプラズ
マの相互干渉により、各々のプラズマが乱され、そのた
め個々のプラズマの個々のハースへの任意の収束状態を
つくりだすことが困難であった。そのため、蒸発粒子の
飛び出す方向がそれぞれ異なり、大面積の基体に均一に
膜を形成することは困難であった。[0008] Most of the evaporation sources in the hearth evaporate depending on the direction of incidence of the plasma. Therefore, the ratio of the evaporation source adhering to the substrate above the hearth as a film becomes small. It means that utilization efficiency is extremely low.
On the other hand, in the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-297748, in which a plurality of sets of plasma flows are used, each of which has the same direction in which a discharge plasma flow is introduced into a vacuum chamber, each plasma is disturbed by mutual interference of generated plasmas. Therefore, it has been difficult to create an arbitrary convergence state of each plasma on each hearth. Therefore, the directions in which the evaporated particles fly out are different from each other, and it has been difficult to uniformly form a film on a large-area substrate.
【０００９】本願発明の第１は、減圧した雰囲気が調節
できる成膜室６の側壁部に設置したプラズマ発生源２
と、前記プラズマ発生源２内で発生させた不活性ガスを
含むアーク放電プラズマを成膜室６内に略水平方向に放
電プラズマ流として引き出す磁気コイル４および１４
と、成膜室６の底部に設けられたハース７と、前記ハー
ス７に取り付けられ前記アーク放電プラズマ流を下方に
曲げる磁場形成手段８とを有する蒸発手段を用いて、前
記アーク放電プラズマ流を前記ハース内に充填した蒸着
原料に収束入射させて前記蒸着原料を蒸発させ、前記ハ
ースの上方に保持した基体表面に被膜を形成する方法に
おいて、前記プラズマ発生源から引き出された直後のア
ーク放電プラズマ流と同一方向の水平磁場を形成させる
棒状永久磁石からなる第２の磁場形成手段２４を前記磁
場形成手段８の下部に、そのＮ極とＳ極を結ぶ方向が略
水平方向になるように取付けたことを特徴とするアーク
放電プラズマによる被膜の形成方法である。The first aspect of the present invention is a plasma generator 2 installed on a side wall of a film forming chamber 6 in which a reduced-pressure atmosphere can be adjusted.
Magnetic coils 4 and 14 for extracting arc discharge plasma containing an inert gas generated in the plasma generation source 2 into the film forming chamber 6 in a substantially horizontal direction as a discharge plasma flow.
And evaporating means having a hearth 7 provided at the bottom of the film forming chamber 6 and a magnetic field forming means 8 attached to the hearth 7 to bend the arc discharge plasma flow downward, to convert the arc discharge plasma flow. In a method for forming a film on the surface of a substrate held above the hearth by converging and entering the evaporation material filled in the hearth and evaporating the evaporation material, the arc discharge plasma immediately after being drawn from the plasma generation source Form a horizontal magnetic field in the same direction as the flow
The magnetic and second magnetic field forming means 24 comprising a rod-like permanent magnet
The direction connecting the N pole and the S pole is substantially below the field forming means 8.
This is a method for forming a film by arc discharge plasma, wherein the film is mounted so as to be horizontal .
【００１０】本発明の第２は、減圧した雰囲気が調節で
きる成膜室６の側壁部に設置したプラズマ発生源２と、
前記プラズマ発生源２内で発生させた不活性ガスを含む
アーク放電プラズマを成膜室６内に略水平方向に放電プ
ラズマ流として引き出す磁気コイル４および１４と、成
膜室６の底部に設けられたハース７と、前記ハース７に
取り付けられ前記アーク放電プラズマ流を下方に曲げる
磁場形成手段８とを有する蒸発手段を用いて、前記アー
ク放電プラズマ流を前記ハース７内に充填した蒸着原料
に収束入射させて前記蒸着原料を蒸発させ、前記ハース
７の上方に保持した基体表面に被膜を形成する方法にお
いて、前記蒸発手段を２組、それぞれのプラズマ発生源
から引き出された直後のアーク放電プラズマ流の引き出
し方向が平行で、かつ、対向するようにしたことを特徴
とするアーク放電プラズマを用いた被膜の形成方法であ
る。A second aspect of the present invention is that a plasma source 2 installed on a side wall of a film forming chamber 6 in which a reduced-pressure atmosphere can be adjusted,
Magnetic coils 4 and 14 for drawing arc discharge plasma containing an inert gas generated in the plasma generation source 2 into the film forming chamber 6 in a substantially horizontal direction as a discharge plasma flow, and are provided at the bottom of the film forming chamber 6. The arc discharge plasma flow converges on the deposition material filled in the hearth 7 by using an evaporating means having a hearth 7 formed and a magnetic field forming means 8 attached to the hearth 7 and bending the arc discharge plasma flow downward. In the method of forming a film on the surface of the substrate held above the hearth 7 by causing the vaporized raw material to evaporate by incident light, two sets of the evaporating means are used, and the arc discharge plasma flow immediately after being drawn out from each of the plasma generation sources. Are drawn out in parallel and opposed to each other.
【００１１】成膜室６内に導き出される方向が１８０度
異なる前記プラズマ流を生成する蒸着手段を櫛状に設置
することによる前記２つのプラズマ流の自己誘導磁場に
より、ハースの真上で９０度下方に曲げられた後のプラ
ズマ流にローレンツ力が働き、上記プラズマ流のドリフ
トが打ち消され、プラズマ流がハースに垂直に入射す
る。これによりハースの上方に設置した基体に蒸着源を
有効に付着させ、また大面積の基体に制御良く均一に膜
を形成することが可能である。The self-inducing magnetic field of the two plasma flows caused by arranging in a comb shape a vapor deposition means for generating the plasma flows in which the directions led into the film forming chamber 180 differ by 90 degrees causes a 90 ° right above the hearth. The Lorentz force acts on the plasma flow after being bent downward, the drift of the plasma flow is canceled, and the plasma flow is perpendicularly incident on the hearth. Thus, the deposition source can be effectively attached to the substrate placed above the hearth, and a film can be uniformly formed on a large-area substrate with good control.
【００１２】本発明の第１においては、磁場形成手段８
の下部に水平方向の磁場を発生させる棒状永久磁石から
なる第２の磁場形成手段を設けることにより、プラズマ
流と磁場の総合作用により、プラズマ流をハースに垂直
に入射させることができる。In the first embodiment of the present invention, the magnetic field forming means 8
From a bar-shaped permanent magnet that generates a horizontal magnetic field at the bottom of the
By providing the second magnetic field forming means comprising, by the combined action of the plasma stream and the magnetic field, it can be made incident perpendicularly to the plasma flow hearth.
【００１３】本発明の第２においては、プラズマ発生源
から真空槽へ導き出す隣合うプラズマ流の方向を１８０
度異なるようにすることにより、互いにそれぞれのプラ
ズマ流から発生する自己誘導磁場により他方のプラズマ
流をハースに垂直に入射させることができる。In a second aspect of the present invention, the direction of the adjacent plasma flow guided from the plasma source to the vacuum chamber is 180 degrees.
By making them different from each other, the other plasma flow can be perpendicularly incident on the hearth by the self-induced magnetic field generated from each plasma flow.
【００１４】以下に、本発明を実施例に従って説明す
る。図２は本発明の第１により、図３は本発明の第２に
より、それぞれＩＴＯ透明導電膜を基体上に形成するの
に用いた成膜装置の断面図である。アーク放電プラズマ
１３は、アーク放電プラズマ発生源２と底部に永久磁石
８を有しアノードとして作用する蒸着原料をその中に入
れたハース７との間で、プラズマ発生用直流電源５によ
ってアーク放電を行うことで生成される。図３ではこの
機構が、反対側にも櫛形になるよう設けられている。か
かるアーク放電プラズマ発生源２としては、複合陰極型
プラズマ発生装置、又は圧力勾配型プラズマ発生装置、
又は両者を組み合わせたプラズマ発生装置が好ましい。
このようなプラズマ発生装置については、真空第２５巻
第１０号（１９８２年）に記載されている。例えば、図
４のような装置が挙げられる。複合陰極型プラズマ発生
装置は、熱容量の小さい補助陰極１７と、ホウ化ランタ
ン（ＬａＢ6）からなる主陰極１８とを有し、該補助陰
極に初期放電を集中させ、それを利用して主陰極ＬａＢ
6を加熱し、主陰極ＬａＢ6が最終陰極としてアーク放電
を行うようにしたプラズマ発生装置である。補助陰極と
してはＷ，Ｔａ，Ｍｏ等の高融点金属のパイプ状のもの
が挙げられる。主陰極１８は円筒１９に接して設けら
れ、補助陰極１７は円板状熱シールド２２を介して保持
されている。円筒１９の先端にはタングステンＷからな
る円板２３が設けられている。水冷機構が設けられた陰
極支持台２０の中心部に設けられた放電ガス導入口２１
からプラズマ発生用のガスが導入され、そのガスは円板
２３の開口部を通過して成膜室６内に導かれ、排気口９
を経て成膜室６外に排気ポンプにより排気される。Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples. FIG. 2 is a cross-sectional view of a film forming apparatus used for forming an ITO transparent conductive film on a substrate according to the first and second aspects of the present invention, respectively. The arc discharge plasma 13 generates arc discharge between the arc discharge plasma generation source 2 and a hearth 7 having a permanent magnet 8 at the bottom and serving as an anode and having a deposition material acting as an anode, by a DC power supply 5 for plasma generation. Generated by doing In FIG. 3, this mechanism is also provided in a comb shape on the opposite side. As such an arc discharge plasma source 2, a composite cathode type plasma generator, a pressure gradient type plasma generator,
Alternatively, a plasma generator in which both are combined is preferable.
Such a plasma generator is described in Vacuum Vol. 25, No. 10, (1982). For example, there is an apparatus as shown in FIG. The composite cathode type plasma generator has an auxiliary cathode 17 having a small heat capacity and a main cathode 18 made of lanthanum boride (LaB 6 ). LaB
6 is a plasma generator in which the main cathode LaB 6 performs an arc discharge as a final cathode by heating the cathode 6 . Examples of the auxiliary cathode include a pipe made of a high melting point metal such as W, Ta, and Mo. The main cathode 18 is provided in contact with the cylinder 19, and the auxiliary cathode 17 is held via a disc-shaped heat shield 22. At the tip of the cylinder 19, a disk 23 made of tungsten W is provided. Discharge gas inlet 21 provided at the center of cathode support base 20 provided with a water cooling mechanism
Gas for plasma generation is introduced through the opening, and the gas is introduced into the film forming chamber 6 through the opening of the disk 23,
Then, the gas is exhausted to the outside of the film forming chamber 6 by the exhaust pump.
【００１５】また、圧力勾配型プラズマ発生装置は、陰
極と陽極との間に中間電極を介在させ、陰極領域を１ｔ
ｏｒｒ程度に、陽極領域を１０-3ｔｏｒｒ程度に保って
放電を行うものであり、陽極領域からのイオンの逆流に
よる陰極の損傷がない上に、中間電極のない放電形式の
ものと比較して、放電電子流をつくり出すためのキャリ
アガスのガス効率が飛躍的に高く、大電流放電が可能で
あるという利点を有している。複合陰極型プラズマ発生
装置と、圧力勾配型プラズマ発生装置とは、それぞれ上
記のような利点を有しており、両者を組み合わせたプラ
ズマ発生装置、即ち、陰極として複合陰極を用いるとと
もに中間電極も配したプラズマ発生装置は、上記利点を
同時に得ることが出来るので本発明のアーク放電プラズ
マ発生源として好ましい。In the pressure gradient type plasma generator, an intermediate electrode is interposed between the cathode and the anode, and the cathode region is 1 ton.
The discharge is carried out while maintaining the anode region at about 10 -3 torr at about orr. There is no damage to the cathode due to the backflow of ions from the anode area, and the discharge is compared with the discharge type without the intermediate electrode. In addition, there is an advantage that the gas efficiency of the carrier gas for generating the discharge electron flow is remarkably high and a large current discharge is possible. The composite cathode type plasma generator and the pressure gradient type plasma generator each have the above-mentioned advantages, and a plasma generator combining both of them, that is, a composite cathode is used as a cathode and an intermediate electrode is also provided. The plasma generating apparatus described above is preferable as the arc discharge plasma generating source of the present invention because the above advantages can be obtained at the same time.
【００１６】図２において、放電陰極としてのプラズマ
発生源２、永久磁石３を内蔵した第１中間電極１１、磁
気コイル４を内蔵した第２中間電極１２、大口径磁気コ
イル１４を成膜室６の側壁に設置し、成膜室の底部に永
久磁石８、９を下部に設けたハース７を設け、これらを
一組として一つの蒸着手段とした。ハース７は放電プラ
ズマ１３の陽極として、プラズマ発生源２は陰極として
作用する。そして、磁気コイル４により形成された水平
磁場によって成膜室６に引き出された放電プラズマ流１
３を蒸着原料が充填されたハース内に導くために、ハー
ス７の底部に設けた永久磁石８の垂直磁場により、成膜
室６内で下方に約９０゜に曲げられ、永久磁石２４の水
平磁場Ｂhにより、Ｅ×Ｂのドリフトはローレンツ力で
打ち消され、プラズマ流は前記ハースに垂直に収束入射
し、蒸着原料を加熱蒸発する。基体１５の背面に基体加
熱機構１６が設けられている。In FIG. 2, a plasma source 2 as a discharge cathode, a first intermediate electrode 11 containing a permanent magnet 3, a second intermediate electrode 12 containing a magnetic coil 4, and a large-diameter magnetic coil 14 are formed in a film forming chamber 6. And a hearth 7 provided with permanent magnets 8 and 9 at the bottom at the bottom of the film forming chamber. The hearth 7 functions as an anode of the discharge plasma 13 and the plasma generation source 2 functions as a cathode. The discharge plasma flow 1 drawn into the film formation chamber 6 by the horizontal magnetic field formed by the magnetic coil 4
3 is bent downward by about 90 ° in the film forming chamber 6 by the vertical magnetic field of the permanent magnet 8 provided at the bottom of the hearth 7 so as to guide the permanent magnet 3 into the hearth filled with the deposition material. Due to the magnetic field B h , the E × B drift is canceled out by Lorentz force, and the plasma flow is converged and incident perpendicularly to the hearth to heat and evaporate the deposition material. A base heating mechanism 16 is provided on the back of the base 15.
【００１７】また、図３においては、プラズマ流の真空
槽内に導き出される方向が１８０度異なり、かつ、基体
の進行方向に対し、直交する方向に２つのハース７が設
置されている（その配置が図５に示される）。それぞれ
のプラズマ流のＥ×Ｂドリフトは、お互いに他方のプラ
ズマ流の形成する自己誘導磁場Ｂｓによるローレンツ力
に打ち消され、前記ハースに垂直に収束入射し、蒸発原
料を加熱蒸発する。図６は、プラズマに他方のプラズマ
流による自己誘導磁場ＢSがかかった瞬間ローレンツ力
とプラズマ流の曲がりとの関係を示す。Further, in FIG. 3, two hearths 7 are installed in a direction in which the plasma flow is led out into the vacuum chamber by 180 degrees and orthogonal to the traveling direction of the substrate (the arrangement thereof). Is shown in FIG. 5). The E × B drift of each plasma flow is canceled out by the Lorentz force by the self-induced magnetic field Bs formed by the other plasma flow, and converges and enters the hearth vertically to heat and evaporate the vaporized raw material. FIG. 6 shows the relationship between the instantaneous Lorentz force when the plasma is subjected to the self-induced magnetic field B S by the other plasma flow and the bending of the plasma flow.
【００１８】実施例１ 実施例１に用いた成膜装置の断面図を図２に示す。成膜
室６内を真空排気ポンプによって２×１０-5Ｔｏｒｒの
圧力に排気した後、ガラス基板１５を２００℃に加熱し
た状態で、放電ガス導入パイプ１から放電ガスとしてア
ルゴン（Ａｒ）ガスを約３０ｓｃｃｍを導入し、プラズ
マ発生装置にそれぞれ１００Ａの電流を供給し、ハ−ス
７と永久磁石８、２４により構成された２つの電極との
間でアーク放電プラズマを生起させた。図２に示すよう
に、プラズマ流はハースであるアノード電極の真上でハ
ース下に取り付けられた永久磁石８により９０゜下方に
曲げられ、そして、ハースの下部に取り付けられた永久
磁石２４によりＥ×Ｂドリフトが一番大きくなる点で、
プラズマの導き出される方向に水平磁場Ｂhを発生さ
せ、Ｅ×Ｂドリフトを打ち消し、この水平磁場とプラズ
マ流の相互作用により、ハースにプラズマ流を垂直に収
束入射させ錫をドープした酸化インジウム蒸着原料を加
熱蒸発させた。なお、成膜中は酸素ガスを反応性ガス導
入口１０より約５０ｓｃｃｍ導入した。基板１５は１０
ｃｍ角、厚さ１．１ｍｍのガラス基板を図５に示した成
膜装置の上面断面図の基板進行方向に対して垂直方向に
横１列に８枚並べて配置した。そして、基板を図７に示
す方向に一定速度で移動させ、ＩＴＯ膜を成膜した。ま
た、得られたＩＴＯ膜の膜厚みの測定は、図５の左端の
ガラス基板の左端をゼロ位置として一定間隔毎に行っ
た。図８に、上記の方法で得たＩＴＯ膜の膜厚分布を示
す。ハース真上で膜厚は最大となっており、それを中心
として、膜厚が対称になっていた。よって、プラズマ流
はハースに垂直に収束入射している。Embodiment 1 FIG. 2 is a sectional view of a film forming apparatus used in Embodiment 1. After the inside of the film forming chamber 6 is evacuated to a pressure of 2 × 10 −5 Torr by a vacuum exhaust pump, while the glass substrate 15 is heated to 200 ° C., an argon (Ar) gas is discharged from the discharge gas introduction pipe 1 as a discharge gas. About 30 sccm was introduced, and a current of 100 A was supplied to each of the plasma generators to generate arc discharge plasma between the heart 7 and the two electrodes constituted by the permanent magnets 8 and 24. As shown in FIG. 2, the plasma flow is bent 90.degree. Down by a permanent magnet 8 mounted below the hearth just above the anode electrode, which is a hearth, and then E.sub.E by a permanent magnet 24 mounted below the hearth. At the point where the × B drift is greatest,
A horizontal magnetic field B h is generated in the direction in which the plasma is derived, and the E × B drift is canceled. By the interaction between the horizontal magnetic field and the plasma flow, the plasma flow is vertically converged on the hearth and the tin-doped indium oxide deposition material is deposited. Was heated and evaporated. During film formation, about 50 sccm of oxygen gas was introduced from the reactive gas inlet 10. Substrate 15 is 10
Eight glass substrates having a size of cm square and a thickness of 1.1 mm were arranged in one row in a direction perpendicular to the direction of travel of the substrate in the cross-sectional view of the top surface of the film forming apparatus shown in FIG. Then, the substrate was moved at a constant speed in the direction shown in FIG. 7 to form an ITO film. The thickness of the obtained ITO film was measured at regular intervals with the left end of the glass substrate at the left end in FIG. 5 as a zero position. FIG. 8 shows a film thickness distribution of the ITO film obtained by the above method. The film thickness was the maximum immediately above Haas, and the film thickness was symmetrical about that. Therefore, the plasma flow is convergently incident on the hearth vertically.
【００１９】実施例２ 実施例２に用いた成膜装置の断面図を図３に示す。成膜
室６内を真空排気ポンプによって２×１０-5Ｔｏｒｒの
圧力に排気した後、ガラス基板１５を２００℃に加熱し
た状態で、放電ガス導入パイプ１から放電ガスとしてア
ルゴン（Ａｒ）ガスを約３０ｓｃｃｍを導入し、２つの
プラズマ発生装置にそれぞれ１００Ａの電流を供給し、
ハ−ス７と永久磁石８により構成された２つの電極との
間でアーク放電プラズマを生起させた。図３に示すよう
に、プラズマ流はハースであるアノード電極の真上でハ
ース下に取り付けられた永久磁石８により９０゜下方に
曲げられる。この時、プラズマのＥ×Ｂドリフトが存在
するが、それぞれのプラズマ流により発生された自己誘
導磁場Ｂｓにより、前記ドリフトは打ち消され（図
６）、ハースにプラズマ流は垂直に収束入射され、錫を
ドープした酸化インジウム蒸着原料を加熱蒸発させる。
なお、成膜中は酸素ガスを反応性ガス導入口１０より約
５０ｓｃｃｍ導入した。基板１５は１０ｃｍ角、厚さ
１．１ｍｍのガラス基板を図５に示した成膜装置の上面
断面図の基板進行方向に対して垂直方向に横１列に８枚
並べて配置した。そして、基板を図５に示す方向に一定
速度で移動させ、ＩＴＯ膜を成膜した。また、得られた
ＩＴＯ膜の膜厚みと比抵抗の値の測定は、図５の左端の
ガラス基板の左端をゼロ位置として一定間隔毎に行っ
た。Embodiment 2 FIG. 3 shows a cross-sectional view of a film forming apparatus used in Embodiment 2. After the inside of the film forming chamber 6 is evacuated to a pressure of 2 × 10 −5 Torr by a vacuum exhaust pump, while the glass substrate 15 is heated to 200 ° C., an argon (Ar) gas is discharged from the discharge gas introduction pipe 1 as a discharge gas. About 30 sccm is introduced, and a current of 100 A is supplied to each of the two plasma generators.
Arc discharge plasma was generated between the heart 7 and the two electrodes constituted by the permanent magnets 8. As shown in FIG. 3, the plasma flow is bent 90 ° downward by a permanent magnet 8 mounted just below the hearth anode electrode and below the hearth. At this time, although there is an E × B drift of the plasma, the drift is canceled out by the self-induced magnetic field Bs generated by each plasma flow (FIG. 6), and the plasma flow is vertically converged on the hearth, and Is heated and evaporated.
During film formation, about 50 sccm of oxygen gas was introduced from the reactive gas inlet 10. As the substrate 15, eight glass substrates each having a size of 10 cm square and a thickness of 1.1 mm were arranged in a row in a direction perpendicular to the direction of travel of the substrate in the sectional view of the upper surface of the film forming apparatus shown in FIG. Then, the substrate was moved at a constant speed in the direction shown in FIG. 5 to form an ITO film. The measurement of the film thickness and the specific resistance value of the obtained ITO film was performed at regular intervals with the left end of the glass substrate at the left end in FIG. 5 as a zero position.
【００２０】また、それぞれのハースから蒸発した蒸着
粒子による膜厚分布を調べるため、必要に応じそれぞれ
のハースに蒸着原料の代わりに高融点材料をおき、それ
ぞれ単独での膜厚分布を調べた結果を図９に示す。図９
（ａ）は、図５の基板進行方向に対して左側の蒸着手段
により成膜された膜厚分布であり、図９（ｂ）は同様の
右側の蒸着手段により成膜された膜厚分布である。それ
ぞれは実施例１と同様の膜厚分布をもっている。Further, in order to examine the film thickness distribution due to the vapor deposition particles evaporated from each hearth, a high melting point material was placed on each hearth instead of the vapor deposition raw material as needed, and the film thickness distribution was examined independently. Is shown in FIG. FIG.
(A) is a film thickness distribution formed by the vapor deposition means on the left side with respect to the substrate traveling direction in FIG. 5, and (b) is a film thickness distribution formed by the same vapor deposition means on the right side. is there. Each has the same film thickness distribution as in the first embodiment.
【００２１】図１０（ａ），（ｂ）に両方で成膜したと
きのＩＴＯ膜の膜厚分布と、抵抗率分布をそれぞれ示
す。膜厚±５％以内、かつ抵抗率１．５×１０-4Ω・ｃ
ｍ以上１．８×１０-4Ω・ｃｍ以下のＩＴＯ膜を成膜で
きる範囲は、基体左端から１０ｃｍの位置から７０ｃｍ
の位置までの６０ｃｍの範囲であることがわかった。基
板進行方向に対しては、膜厚、抵抗率分布がなかったこ
とから、一辺が６０ｃｍの基板に膜厚±５％以内、かつ
抵抗率１．５×１０-4Ω・ｃｍ以上１．８×１０-4Ω・
ｃｍ以下の均一および均質なＩＴＯ膜を成膜することが
できる。FIGS. 10A and 10B show the thickness distribution and the resistivity distribution of the ITO film when both are formed. Film thickness within ± 5% and resistivity 1.5 × 10 -4 Ω · c
The range in which an ITO film having a thickness of not less than m and not more than 1.8 × 10 −4 Ω · cm can be formed is 70 cm from a position 10 cm from the left end of the substrate.
It was found that the range was 60 cm up to the position. Since there was no film thickness and resistivity distribution in the substrate advancing direction, the film thickness was within ± 5% and the resistivity was 1.5 × 10 −4 Ω · cm or more and 1.8 for a substrate having a side of 60 cm. × 10 -4 Ω
It is possible to form a uniform and uniform ITO film having a thickness of not more than 1 cm.
【００２２】比較例１ 実施例１で設けたハース下部の永久磁石２４を取り除い
たことの他は、実施例１と同じようにしてＩＴＯの成膜
を行った。得られた膜の膜厚分布を図１１に示す。ハー
ス真上で膜厚は最大値となっていない。また、ハースの
真上を中心として、その左右で対称となっていなかっ
た。Comparative Example 1 An ITO film was formed in the same manner as in Example 1 except that the permanent magnet 24 below the hearth provided in Example 1 was removed. FIG. 11 shows the thickness distribution of the obtained film. The film thickness does not reach the maximum value directly above the hearth. In addition, it was not symmetrical right and left with the center right above Haas.
【００２３】比較例２ 比較例１で用いた蒸着手段を図１２のように（特開平１
−２７９７４８号に開示されているのと同じように）引
きだした直後のプラズマ流が同一方向になるように２つ
併置し、実施例１と同じ成膜条件で成膜した時の膜厚、
抵抗率分布を図１３（ａ）、（ｂ）に示す。膜厚±５％
以内、かつ抵抗率１．５×１０-4Ω・ｃｍ以上１．８×
１０-4Ω・ｃｍ以下のＩＴＯ膜を成膜できる範囲は、基
体左側から２０ｃｍの位置から４３ｃｍの位置の２３ｃ
ｍの範囲であることがわかった。したがって、一辺が２
３ｃｍ以内の基板で膜厚±５％以内、かつ抵抗率１．５
×１０-4Ω・ｃｍ以上１．８×１０-4Ω・ｃｍ以下のＩ
ＴＯ膜を成膜することができる。これは、実施例２に比
べ、均一な膜を成膜できる基板の面積が小さくなったこ
とを意味する。Comparative Example 2 The vapor deposition means used in Comparative Example 1 is as shown in FIG.
The two films are juxtaposed so that the plasma flows immediately after being drawn are in the same direction, as in the case disclosed in US Pat.
FIGS. 13A and 13B show the resistivity distribution. Film thickness ± 5%
Within and 1.5 × 10 −4 Ω · cm or more of resistivity 1.8 ×
The range in which an ITO film of 10 −4 Ω · cm or less can be formed is 23 cm from a position 20 cm from the left side of the base to a position 43 cm from the left.
m. Therefore, one side is 2
Substrate within 3cm, film thickness within ± 5%, and resistivity 1.5
I of not less than × 10 −4 Ω · cm and not more than 1.8 × 10 −4 Ω · cm
A TO film can be formed. This means that the area of the substrate on which a uniform film can be formed is smaller than in Example 2.
【００２４】本発明によれば、プラズマ流をハースに垂
直に収束入射することができ、ハースの真上を中心に蒸
着源が蒸発するため、有効に、蒸着源から飛び出た蒸着
粒子を上方の基体に付着させるとともに、膜厚分布を制
御しやすく、膜厚分布のよい被膜を大面積の基体に被覆
することができる。また、ＩＴＯ膜を成膜するにあたっ
ては、抵抗率分布のよい被膜をより大きい面積の基体に
被覆することができる。According to the present invention, the plasma flow can be converged and incident perpendicularly to the hearth, and the evaporation source evaporates centering directly on the hearth. A film having a good film thickness distribution can be coated on a large-sized substrate while being attached to the substrate and easily controlling the film thickness distribution. In forming an ITO film, a film having a good resistivity distribution can be coated on a substrate having a larger area.
【図１】プラズマ流のＵＲガンから、ハースまでの様子
を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing a state from a plasma flow UR gun to a hearth.
【図２】本発明の第１の実施に用いた成膜装置の一部断
面図である。FIG. 2 is a partial sectional view of a film forming apparatus used in the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第２の実施に用いた成膜装置の一部断
面図である。FIG. 3 is a partial sectional view of a film forming apparatus used in a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明に用いた放電プラズマ発生源の一例の断
面図である。FIG. 4 is a sectional view of an example of a discharge plasma generation source used in the present invention.
【図５】本発明の実施例２で用いた成膜装置の一部平面
図である。FIG. 5 is a partial plan view of a film forming apparatus used in Embodiment 2 of the present invention.
【図６】ハースへのプラズマ流の収束状態を説明する図
である。FIG. 6 is a diagram illustrating a convergence state of a plasma flow to a hearth.
【図７】本発明の実施例１で用いた成膜装置の一部平面
図である。FIG. 7 is a partial plan view of a film forming apparatus used in Embodiment 1 of the present invention.
【図８】実施例１で得られた被膜の膜厚分布を示す図で
ある。FIG. 8 is a diagram showing a film thickness distribution of a film obtained in Example 1.
【図９】実施例２で得られたそれぞれの蒸発手段より得
られた被膜の膜厚分布を示す図である。FIG. 9 is a view showing a film thickness distribution of a film obtained by each evaporating means obtained in Example 2.
【図１０】実施例２で得られた被膜の膜厚分布と抵抗率
分布を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a film thickness distribution and a resistivity distribution of a coating film obtained in Example 2.
【図１１】比較例１で得られた被膜の膜厚分布を示す図
である。FIG. 11 is a view showing a film thickness distribution of a film obtained in Comparative Example 1.
【図１２】比較例２で用いた成膜装置の一部平面図であ
る。FIG. 12 is a partial plan view of a film forming apparatus used in Comparative Example 2.
【図１３】比較例２で得られた被膜の膜厚分布と抵抗率
分布を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a film thickness distribution and a resistivity distribution of a film obtained in Comparative Example 2.
１・・・・・放電ガス導入口、２・・・・・プラズマ発
生源、３・・・・・永久磁石、４・・・・・磁気コイル
、５・・・・・放電電源、６・・・・・成膜室、７・
・・・・ハース、８・・・・・永久磁石、９・・・・・
排気ポンプ、１０・・・・反応性ガス導入口、１１・・
・・第１中間電極、１２・・・・第２中間電極、１３・
・・・プラズマ流、１４・・・・大口径磁気コイル、１
５・・・・基体、１６・・・・基体加熱機構、１７・・
・・Ｔａパイプの補助陰極、１８・・・・ＬａＢ6主陰
極、１９・・・・Ｍｏからなる円筒、２０・・・・ステ
ンレスからなる陰極支持台、２１・・・・放電ガス導入
口、２２・・・・Ｍｏからなる円板状の熱シールド、２
３・・・・陰極を保護するためのＷからなる円板、２４
・・・・永久磁石1... Discharge gas inlet 2... Plasma source 3... Permanent magnet 4... Magnetic coil 5... Discharge power source 6. .... Deposition chamber, 7
... Hearts, 8 ... Permanent magnets, 9 ...
Exhaust pump, 10 ... Reactive gas inlet, 11 ...
..First intermediate electrode, 12... Second intermediate electrode, 13
... plasma flow, 14 ... large-diameter magnetic coil, 1
5 ··· Base, 16 ··· Base heating mechanism, 17 ···
··· Auxiliary cathode of Ta pipe, 18 ··· LaB 6 main cathode, 19 ··· Cylinder made of Mo, 20 ··· Cathode support made of stainless steel, 21 ··· Discharge gas inlet, 22... A disc-shaped heat shield made of Mo;
3... A disk made of W for protecting the cathode, 24
····permanent magnet
フロントページの続き (72)発明者 堀口 智則 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11 号 日本板硝子株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−138743（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−33955（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 Continuation of the front page (72) Inventor Tomonori Horiguchi 3-5-11 Doshomachi, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Nippon Sheet Glass Co., Ltd. (56) References JP-A 7-138743 (JP, A) −33955 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C23C 14/00-14/58
Claims (4)
壁部に設置したプラズマ発生源２と、前記プラズマ発生
源２内で発生させた不活性ガスを含むアーク放電プラズ
マを成膜室６内に略水平方向に放電プラズマ流として引
き出す磁気コイル４および１４と、成膜室６の底部に設
けられたハース７と、前記ハース７に取り付けられ前記
アーク放電プラズマ流を下方に曲げる磁場形成手段８と
を有する蒸発手段を用いて、前記アーク放電プラズマ流
を前記ハース内に充填した蒸着原料に収束入射させて前
記蒸着原料を蒸発させ、前記ハースの上方に保持した基
体表面に被膜を形成する方法において、前記プラズマ発
生源から引き出された直後のアーク放電プラズマ流と同
一方向の水平磁場を形成させる棒状永久磁石からなる第
２の磁場形成手段２４を前記磁場形成手段８の下部に、
そのＮ極とＳ極を結ぶ方向が略水平方向になるように取
付けたことを特徴とするアーク放電プラズマによる被膜
の形成方法。1. A plasma generating source 2 installed on a side wall of a film forming chamber 6 in which a reduced-pressure atmosphere can be adjusted, and arc discharge plasma containing an inert gas generated in the plasma generating source 2 is supplied to the film forming chamber 6. Magnetic coils 4 and 14 for drawing in a substantially horizontal direction as a discharge plasma flow, a hearth 7 provided at the bottom of the film forming chamber 6, and a magnetic field forming means attached to the hearth 7 for bending the arc discharge plasma flow downward 8, the arc discharge plasma flow is convergently incident on the vapor deposition raw material filled in the hearth to evaporate the vapor deposition raw material, thereby forming a film on the surface of the substrate held above the hearth. in the method, the second magnetic field forming means comprising a rod-shaped permanent magnet to form a horizontal magnetic field of the arc plasma stream in the same direction immediately drawn from the plasma source 4 at the bottom of the magnetic field forming means 8,
A method for forming a film by arc discharge plasma, wherein the direction connecting the N pole and the S pole is substantially horizontal .
マ発生源から引き出された直後のアーク放電プラズマ流
の引き出し方向が互いに平行となるように配置し、前記
基体を前記プラズマ発生源から引き出された直後の方向
と平行な方向に移動させる請求項１に記載のアーク放電
プラズマによる被膜の形成方法。2. A plurality of sets of the evaporating means are arranged so that the directions of extraction of the arc discharge plasma flows immediately after being extracted from the respective plasma generation sources are parallel to each other, and the base is extracted from the plasma generation sources. 2. The method according to claim 1, wherein the coating is moved in a direction parallel to a direction immediately after the coating.
壁部に設置したプラズマ発生源２と、前記プラズマ発生
源２内で発生させた不活性ガスを含むアーク放電プラズ
マを成膜室６内に略水平方向に放電プラズマ流として引
き出す磁気コイル４および１４と、成膜室６の底部に設
けられたハース７と、前記ハース７に取り付けられ前記
アーク放電プラズマ流を下方に曲げる磁場形成手段８と
を有する蒸発手段を用いて、前記アーク放電プラズマ流
を前記ハース７内に充填した蒸着原料に収束入射させて
前記蒸着原料を蒸発させ、前記ハース７の上方に保持し
た基体表面に被膜を形成する方法において、前記蒸発手
段を２組、それぞれのプラズマ発生源から引き出された
直後のアーク放電プラズマ流の引き出し方向が平行で、
かつ、対向するようにしたことを特徴とするアーク放電
プラズマを用いた被膜の形成方法。3. A plasma generating source 2 installed on a side wall of a film forming chamber 6 in which a reduced pressure atmosphere can be adjusted, and arc discharge plasma containing an inert gas generated in the plasma generating source 2 is supplied to the film forming chamber 6. Magnetic coils 4 and 14 for drawing in a substantially horizontal direction as a discharge plasma flow, a hearth 7 provided at the bottom of the film forming chamber 6, and a magnetic field forming means attached to the hearth 7 for bending the arc discharge plasma flow downward 8, the arc discharge plasma flow is convergently incident on the deposition material filled in the hearth 7 to evaporate the deposition material, and a film is formed on the surface of the substrate held above the hearth 7. In the forming method, two sets of the evaporating means are provided, and the drawing directions of the arc discharge plasma flows immediately after being drawn from the respective plasma generating sources are parallel,
A method for forming a coating film using arc discharge plasma, wherein the coating film is opposed to the coating film.
出した直後のアーク放電プラズマ流の前記引き出し方向
に移動させる請求項３に記載のアーク放電プラズマを用
いた被膜の形成方法。4. The method for forming a coating film using arc discharge plasma according to claim 3, wherein the substrate is moved in the extraction direction of the arc discharge plasma flow immediately after being drawn from the plasma generation source.
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|---|---|---|---|
| JP6056002A JP2874548B2 (en) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | Method for forming coating by arc discharge plasma |
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