成膜裝置的製作方法
2023-09-23 07:18:10
專利名稱：成膜裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種採用直流等離子在基板表面形成用於釋放電場電子的碳膜的成膜裝置。
背景技術：
以往已經提出了一種技術是在基板表面形成具有碳納米管、碳納米壁
等nm尺寸的微小前端邊緣的碳膜，讓電場集中在該碳膜所具備的多個前端邊緣，釋放電場電子。
有一種真空設備是例如在作為這樣的基板的金屬絲表面形成碳膜，作成帶碳膜的金屬絲，以該帶碳膜的金屬絲作為陰極(冷陰極電子源)，與陽極對置配置，在它們之間外加電壓，從金屬絲表面釋放電場電子。該真空設備有例如場致發射燈、微型機械設備、電子顯微鏡、紅外傳感器等各種。對於這樣的陰極金屬絲來說，要求提高批量生產性、並降低製造成本。
專利文獻h特開2005—307352號公報
發明內容
本發明提供一種成膜裝置，其能夠有效地在基板等表面形成碳膜、提高帶碳膜基板的批量生產性，能夠提高使用該帶碳膜基板的真空設備的批量生產性，以及降低其批量生產成本。
本發明的成膜裝置，其在真空槽內配置電極，向真空槽內部導入成膜氣體，並且對電極外加電壓，將該成膜氣體等離子化，從而在基板上成膜，
上述成膜裝置的特徵在於，包括作為上述電極的筒狀電極，其具有基板的供給口和排出口；基板供給排出裝置，其通過上述筒狀電極的供給口向
該筒狀電極內部供給多個基板，並且將上述多個基板從該筒狀電極的排出口排出。
上述筒狀電極並不限定於單一的筒狀電極，也包括由兩兩一對的半筒狀電極構成的結構。
上述筒狀電極的形狀是筒軸方向的長短沒有限定。
上述筒狀電極的截面形狀優選是圓形，不過也能夠包括橢圓形狀、矩形等。
上述開口包括單一的筒狀電極的兩端側的開口、在單一的筒狀電極的側面設置的開口、兩兩一對的半筒狀電極的對置間隙等。
成膜氣體只要是能夠在基板表面形成碳膜的種類即可，沒有特別限定。
本發明中，利用基板供給排出裝置，能夠將多個基板通過筒狀電極的開口往該筒狀電極內部依次供給，同時將其從該筒狀電極的開口依次排出，因此能夠對多個基板在筒狀電極內部依次實施成膜處理，製造帶碳膜的基板，因此能夠大大提高帶碳膜基板的批量生產性，同時能夠提高使用該帶碳膜基板的真空設備的批量生產性，以及降低其批量生產成本。
上述中，優選是上述筒狀電極的供給口和排出口是上述筒狀電極的長度方向的端部開口。
上述中，優選是上述筒狀電極的供給口和排出口是在該筒狀電極的兩側面分別形成的開口。
上述中，優選是上述筒狀電極相連設置多個，並且上述多個筒狀電極各自的供給口和排出口沿著基板輸送方向形成一列並連通。
上述中，優選是上述筒狀電極由相互周方向兩端部隔開規定間隙對置的兩兩一對的半筒狀電極構成，該兩兩一對的半筒狀電極中的周方向一端側的對置間隙為上述供給口 ，周方向另一端側的對置間隙為上述排出口 。
上述中，優選是上述兩兩一對的半筒狀電極相連設置多對，並且上述多對半筒狀電極各自的對置間隙沿著基板輸送方向形成一列並連通。
上述中，優選是上述兩兩一對的半筒狀電極相互的對置間隙在成膜時關閉、在輸送時打開。
本發明的第2成膜裝置，其在真空槽內配置電極，向真空槽內部導入成膜氣體，並且對電極外加電壓，將該成膜氣體等離子化，從而在基板上
成膜，上述成膜裝置的特徵在於，包括作為上述電極的筒狀電極，其至少一端側開口；基板供給排出裝置，其將上述筒狀電極的上述開口作為基板的供給口和排出口，通過上述供給口和排出口相對於該筒狀電極內部供給及排出多個基板。
上述中，優選是上述基板供給排出裝置包括向筒狀電極的供給口供給基板的基板供給裝置；收納從筒狀電極的排出口排出的基板的基板收納裝置；在筒狀電極內部的供給口和排出口之間的基板輸送路徑上輸送基板
的基板輸送裝置。
上述中，優選是上述基板供給裝置及基板收納裝置相對於真空槽拆裝自如。
上述中，優選是基板為金屬絲。發明效果
根據本發明，能夠提高帶碳膜基板的批量生產性，能夠謀求使用該帶碳膜基板的真空設備的批量生產性提高，以及謀求其批量生產成本的降低。
圖1是表示本發明的實施方式1的成膜裝置的概略構成的圖。
圖2是沿圖1的A—A線的截面圖。
圖3是表示輸送金屬絲過程中的成膜裝置的概略構成的圖。
圖4是成膜裝置中的金屬絲供給裝置、等離子產生電極及金屬絲收納
裝置的立體圖。
圖5是用於說明等離子產生電極及金屬絲的尺寸關係的圖。
圖6是從圖4所示的等離子產生電極18側面看的截面圖。
圖7A是本發明的實施方式2的成膜裝置中金屬絲輸送時的等離子產
生電極的俯視圖。
圖7B是金屬絲成膜時的等離子產生電極的俯視圖。
圖8A是本發明的實施方式3中金屬絲往圓筒狀電極內裝配時的立體圖。
圖8B是排出時的立體圖。
圖9是表示本發明的實施方式4的成膜裝置的概略構成的圖。
圖10是採用在成膜裝置中形成了碳膜的金屬絲的場致發射燈的截面
6圖。
圖中，2 —成膜裝置，4 —真空槽，18 —等離子產生電極，20—金屬絲，22 —金屬絲供給裝置，24 —金屬絲收納裝置，32 —等離子。
具體實施例方式
以下，參照附圖，說明本發明的實施方式的成膜裝置。在該成膜裝置中，將作為成膜對象的基板適用於金屬絲。(實施方式1)
參照圖1 圖5說明本發明的實施方式1的成膜裝置。首先參照圖1~圖3，成膜裝置2是一種利用直流等離子CVD在金屬絲(基板的一例)表面形成能夠進行電場電子釋放的碳膜、製造能夠用於真空設備陰極的帶碳膜金屬絲的裝置。
該成膜裝置2包括真空槽4、氣體瓶6、氣體壓力/流量調節迴路8、排氣控制閥(真空閥)10、真空排氣系統12、直流電源14、 28、控制裝置16。
氣體瓶6收納有氫氣和碳化氫氣體的混合氣體(CH4/H2)或氫氣、氮氣和碳化氫氣體的混合氣體(CH4/H2/N2)。調節迴路8調節從氣體瓶6出來的氣體的壓力和流量。真空排氣系統12經由排氣控制閥IO對真空槽2內進行真空吸引。
真空槽2被接地。在真空槽2內部具備等離子產生電極18、向該等離子產生電極18供給金屬絲20的金屬絲供給裝置(基板供給裝置)22、將經該等離子產生電極18形成了碳膜的金屬絲20纏繞並收納的金屬絲收納裝置(基板收納裝置)24。
金屬絲供給裝置22具備外殼22a、立設在該外殼22a底部的旋轉自如的金屬絲纏繞軸22b。在金屬絲供給裝置22的金屬絲纏繞軸22b上纏繞著上端側以一定間隔吊掛在輸送帶26上的金屬絲20。金屬絲20優選是下端側也用其他輸送帶支撐。另外，該金屬絲20下端側也可以由空中架設的單軌式輸送軌道支撐。
金屬絲20通過輸送帶26連接到直流電源28的負極。直流電源28的正極被接地。多個金屬絲20上端側由輸送帶26固定，從而沿鉛直方向(垂
7圖2的紙面的上下方向)吊掛，以一定間隔排 列。為了便於說明，將該金屬絲20的吊掛方向稱為縱向。
金屬絲收納裝置24具備外殼24a、立設在該外殼24a內的底部的旋轉 自如的金屬絲纏繞軸24b。在金屬絲收納裝置24的上側搭載有旋轉驅動金 屬絲纏繞軸24b的馬達25。
在真空槽4內部還配置有將從金屬絲供給裝置22供給來的金屬絲20 引導到等離子產生電極18的導輥32、將從等離子產生電極18排出的金屬 絲20引導到金屬絲收納裝置24的導輥34。
金屬絲供給裝置22、金屬絲收納裝置24及等離子產生電極18配置在 在真空槽4底部鋪設的絕緣墊片17上。
等離子產生電極18連接到直流電源14的負極。直流電源14的正極 被接地。等離子產生電極18配置在金屬絲供給裝置22和金屬絲收納裝置 24之間。等離子產生電極18與金屬絲供給裝置22、金屬絲收納裝置24 一起，配置在一條直線上，可省略導輥32、 34。
對以上構成中等離子產生電極18的構成更詳細地說明。
等離子產生電極18是將呈一列相連設置在真空槽4底部上的多個圓 筒狀電極縱向(圖l紙面貫通方向、圖2紙面上下方向)分割成兩半，由 兩兩一對的半圓筒狀電極18al、 18bl、 18a2、 18b2、 18a3、 18b3、 18a4、 18b4 (為了便於說明，有時也稱為半圓筒狀電極18a、 18b)的多個組構成。
這些半圓筒狀電極18a、 18b形成沿金屬絲輸送方向配置成一列的構 成。 一側的半圓筒狀電極18a和另一側的半圓筒狀電極18b形成空開規定 間隙wO大致平行對置的構成。該對置間隙wO形成縱向長、對置方向上 窄的長方形形狀。在這些兩半圓筒狀電極18a、 18b的對置間隙w0中形成 等離子產生電極18內部中的金屬絲輸送通路30。
這些對置間隙w0中靠近金屬絲供給裝置22側的對置間隙w0為金屬 絲供給口，靠近金屬絲收納裝置24側的對置間隙w0構成金屬絲排出口。
參照圖3說明實施方式1中對置間隙w0的大小等。圖3表示等離子 產生電極18和金屬絲20。構成等離子產生電極18的一側和另一側的半圓 筒狀電極18a、 18b各自的對置間隙w0大於金屬絲20的直徑O1。另夕卜， 等離子產生電極18內部的金屬絲輸送通路30的長度R0能夠按照往金屬絲20表面形成碳膜的成膜條件適當設定。另外，等離子產生電極18的電 極高度HO相對於金屬絲20的長度Ll來說長短均可。
相對於該對置間隙w0中金屬絲20的供給口側的對置間隙w0來說， 金屬絲20是從金屬絲供給裝置22經由導輥32從等離子產生電極18的供 給口側的對置間隙wO被送入到該等離子產生電極18內部。另外，在等離 子產生電極18內部成膜了的金屬絲20從等離子產生電極18的排出口側 的對置間隙w0排出來。從等離子產生電極18排出來的金屬絲20經由導 輥34被纏繞並收納在金屬絲收納裝置24中。
控制裝置16對真空槽4內部的氣體瓶6、調節迴路8、排氣控制閥10、 真空排氣系統12、電源14、 28、輸送馬達24c進行控制。控制裝置6能 夠由微機構成，將那些控制所必需的控制數據及控制程序存儲在存儲裝置 中，通過CPU進行自動控制。
另外，控制裝置6也可以是由作業者參照控制一覽表等手動控制成膜 裝置的裝置。
以上構成中，如圖4及圖5所示，金屬絲20被纏繞在金屬絲供給裝 置22的金屬絲纏繞軸22b上。該金屬絲供給裝置22能夠在金屬絲纏繞軸 24b上纏繞了金屬絲20的狀態下裝配在真空槽4中。
在上述裝配狀態下，若通過驅動金屬絲供給裝置22側的馬達25，而 旋轉驅動金屬絲纏繞軸24b，則金屬絲20從金屬絲供給裝置22側經由導 輥32從作為等離子產生電極18的金屬絲供給口的對置間隙wO向等離子 產生電極18內供給。再有，金屬絲20被輸送到內部的金屬絲輸送通路30， 再從作為等離子產生電極18的金屬絲排出口的對置間隙wO排出，最後經 由導輥34被纏繞到金屬絲收納裝置24的金屬絲纏繞軸24b上。
以上的裝配結束後，打開排氣控制閥IO，利用真空排氣系統12將真 空槽2的內壓減壓到真空狀態。接下來，減小排氣控制閥10的開度，降 低真空槽2內的排氣速度，在調節迴路8的調節下從氣體瓶6向真空槽2 導入用於形成碳膜的氣體，調節成規定的壓力。其後，若對等離子產生電 極18外加直流電源14，則在等離子產生電極18內部如圖4的虛線32所 示高密度產生由氫氣形成的直流等離子，碳化氫氣體被分解。其結果是， 在通過等離子產生電極18內的金屬絲輸送通路30的金屬絲20表面形成
9碳膜。上述中金屬絲20連接直流電極28的負極，因此，金屬絲20表面 上的碳膜成膜速度上升。
圖6表示從圖4所示的等離子產生電極18側面看的截面構成。如圖6 所示，若金屬絲20從對置間隙w0被送入到等離子產生電極18內部，則 從送入側受到氣體壓力、氣體流量、成膜時間等的控制，利用各半圓筒狀 電極18al、腕、18a2、 18b2、 18a3、 18b3、 18a4、 18b4內部分別產生的 等離子32a、 32b、 32c、 32d在金屬絲20表面形成碳膜20a。
以上，實施方式1中，能夠利用等離子產生電極18內部產生的等離 子32在依次輸送來的金屬絲20表面形成碳膜，因此帶碳膜的金屬絲20 的批量生產性提高。從而，能夠批量生產使用了帶碳膜金屬絲20的場致 發射燈等真空設備。 (實施方式2)
參照圖7A、圖7B說明本發明的實施方式2的成膜裝置。實施方式2 的成膜裝置2中，構成等離子產生電極18的多對半圓筒狀電極18a、 18b 可以在金屬絲20輸送時如圖7A所示保持那些對置間隙w0，而在往金屬 絲20上成膜時如圖7B所示堵塞那些對置間隙w0，以使能夠更有效地產 生等離子。圖7A的情況中，靠近金屬絲供給裝置22側的對置間隙w0成 為金屬絲供給口 ，靠近金屬絲收納裝置24側的對置間隙w0成為金屬絲排 出口。
(實施方式3)
參照圖8A、圖8B說明本發明的實施方式3的成膜裝置。實施方式3 的成膜裝置2中，如圖8A 圖8B所示，可以從等離子產生電極18的一端 部側開口部送入金屬絲20，在金屬絲20裝配到規定位置時對其實施成膜 處理，若該成膜處理結束，則如圖8B 圖8A所示，將金屬絲20向等離子 產生電極18外排出。
圖8A、圖8B中，等離子產生電極18的一側開口部兼作金屬絲供給 口和金屬絲排出口。 .
另外，省略了圖示，不過，也可以以等離子產生電極18的兩端部開 口部中一端側開口部作為金屬絲供給口，向等離子產生電極18內部供給 金屬絲20，以另一端側開口部作為金屬絲排出口，將金屬絲20向等離子產生電極18外部排出。 (實施方式4)
參照圖9說明本發明的實施方式4的成膜裝置。實施方式4的成膜裝 置2中，如圖9所示，能夠將金屬絲供給裝置22和金屬絲收納裝置24沿 箭頭a、 b方向往真空槽4上設置的開口部拆裝。
該實施方式4中，容易往真空槽4上裝配金屬絲供給裝置22和金屬 絲收納裝置24，能夠提高成膜作業的效率、進而提高採用了該金屬絲20 的真空設備的批量生產性。 (適用例)
圖10表示採用上述實施方式的成膜裝置在導電性金屬絲表面形成碳 膜，以形成了該碳膜的金屬絲作為冷陰極電子源的場致發射燈。該場致發 射燈40是在縱向延伸的玻璃制燈管42內面形成帶螢光體44的陽極46， 在燈管42的管中央空中架設呈金屬絲狀延伸的陰極48。該金屬絲陰極48 是在作為導體的金屬絲50表面上形成有上述碳膜52的結構。並且，在上 述場致發射燈40中，通過對陽極46和陰極48之間外加高電壓，從而從 陰極48表面的碳膜52釋放電場電子，該釋放的電子與螢光體44電子碰 撞，該螢光體44被激發而發光，向燈管42外發出照明光。
工業上的可利用性
本發明的成膜裝置在以金屬絲表面形成了用於電場電子釋放的碳膜 的結構作為冷陰極電子源使用、批量生產用於電場放射型真空設備的陰極 金屬絲時，作為在其金屬絲表面形成碳膜的裝置效果特別好。
權利要求
1.一種成膜裝置，其在真空槽內配置電極，向真空槽內部導入成膜氣體，並且對電極外加電壓，將該成膜氣體等離子化，從而在基板上成膜，上述成膜裝置的特徵在於，包括作為上述電極的筒狀電極，其具有基板的供給口和排出口；基板供給排出裝置，其通過上述筒狀電極的供給口向該筒狀電極內部供給多個基板，並且將上述多個基板從該筒狀電極的排出口排出。
2. 根據權利要求1所述的成膜裝置，其特徵在於， 上述筒狀電極的供給口和排出口是上述筒狀電極的長度方向的端部開口。
3. 根據權利要求1所述的成膜裝置，其特徵在於， 上述筒狀電極的供給口和排出口是在該筒狀電極的兩側面分別形成的開口。
4. 根據權利要1~3中任意一項所述的成膜裝置，其特徵在於， 上述筒狀電極相連設置多個，並且上述多個筒狀電極各自的供給口和排出口沿著基板輸送方向形成一列並連通。
5.枏抿擬刺要龍4斷述的成臘奘晉，苴te^F沐千.上述筒狀電極由相互周方向兩端部隔開規定間隙對置的兩兩一對的 半筒狀電極構成，該兩兩一對的半筒狀電極中的周方向一端側的對置間隙為上述供給 口，周方向另一端側的對置間隙為上述排出口。
6. 根據權利要求5所述的成膜裝置，其特徵在於， 上述兩兩一對的半筒狀電極相連設置多對，並且上述多對半筒狀電極各自的對置間隙沿著基板輸送方向形成一列並連通。
7. 根據權利要求5或6所述的成膜裝置，其特徵在於， 上述兩兩一對的半筒狀電極相互的對置間隙在成膜時關閉、在輸送時打開。
8. —種成膜裝置，其在真空槽內配置電極，向真空槽內部導入成膜 氣體，並且對電極外加電壓，將該成膜氣體等離子化，從而在基板上成膜，上述成膜裝置的特徵在於，包括作為上述電極的筒狀電極，其至少一端側開口；基板供給排出裝置，其將上述筒狀電極的上述開口作為基板的供給口 和排出口 ，通過上述供給口和排出口相對於該筒狀電極內部供給及排出多 個基板。
9. 根據權利要求1~8中任意一項所述的成膜裝置，其特徵在於， 上述基板供給排出裝置包括-向筒狀電極的供給口供給基板的基板供給裝置； 收納從筒狀電極的排出口排出的基板的基板收納裝置； 在筒狀電極內部的供給口和排出口之間的基板輸送路徑上輸送基板 的基板輸送裝置。
10. 根據權利要求9所述的成膜裝置，其特徵在於， 上述基板供給裝置及基板收納裝置相對於真空槽拆裝自如。
全文摘要
一種成膜裝置，能夠有效地在基板等表面形成碳膜、提高帶碳膜基板的批量生產性。本發明的成膜裝置，其是真空槽內配置電極、往真空槽內部導入成膜氣體，同時對電極外加電壓，將該成膜氣體等離子化，在基板上成膜，這種成膜裝置的構成是包括作為上述電極的筒狀電極，其具有基板供給口和排出口；基板供給排出裝置，其通過上述筒狀電極的供給口向該筒狀電極內部供給多個基板、同時將其從該筒狀電極的排出口排出。
文檔編號C23C16/503GK101528977SQ20068005556
公開日2009年9月9日 申請日期2006年8月8日 優先權日2006年8月8日
發明者平木昭夫, 南 江, 王宏興, 羽場方紀 申請人:株式會社生活技術研究所