能快速生长氧化镁膜的膜生长方法及其生长装置 本发明涉及使用等离子体的膜生成法及膜生长装置。本发明尤其涉及在基片上形成氧化镁膜(MgO)的一种膜生长法及一种膜生长装置。
在等离子体显示板(以下称PDP)中，通常将氧化镁(MgO)用作放电室的保护膜。一般来说，采用诸如涂层的湿法和诸如真空气相沉积的干法来形成氧化镁膜，由干法形成的膜的质量要优于由湿法形成的膜的质量。因此，通常采用干法以形成氧化镁膜。
对于干法而言，真空气相沉积使用电子枪和溅射。由于真空气相沉积与溅射相比形成膜的速度较快，所以更常被采用。使用电子枪的真空气相沉积的膜生长速度或速率取决于电子枪的输出功率它通常为20-40(/S)。假如电子枪的输出功率太大，会出现在小平板上生成溅射物或汽化材料的问题。
另一方面，当氧化镁(MgO)用于射频(RF)离子电镀中的平板时，产生等离子体需要的操作电压为10-3到10-4乇。然而，由于这个操作电压阻碍了氧化镁地汽化，使得膜增长速度减慢了。真空操作压力低于10-4乇愈多，氧化镁(MgO)愈易汽化。另一方面，还有使用镁作为平板的反应膜生长方法。然而，对这种方法，还存在如膜质量不稳定且氧化性气氛缩短了电子枪的寿命的问题。
顺便说说，在PDP生产过程中，氧化膜(MgO)生成过程占据了大量的时间。膜增长速度对以上方法不能胜任，且它们阻碍了PDP生产率的提高。
因此，本发明的目的在于提供一种快速、高质形成氧化镁膜的膜生长方法。
本发明的另一个目的在于提供适于完成以上提到的膜生长法的氧化镁膜的膜生长装置。
按照本发明的氧化镁膜生长方法包含步骤有：将使用弧光放电的等离子束生成器产生的等离子束定向引入放置在真空炉中作为阳极；在炉中将汽化材料离子化；并在与炉相对放置的基片的表面上沉积离子化的汽化材料用于形成膜。
按照本发明的情况下，提供一环形永磁体作为辅助阳极，环形永磁铁和炉的中心轴同轴并使其围绕炉的上面的区域放置。镁被用作汽化材料。向真空室中提供和氧混合的气体。从炉中升华的镁(Mg)粒子和由等离子体产生的氧等离子体起反应以在基片上形成氧化镁(MgO)膜。
按照本发明的氧化镁膜生长装置包含有：一真空室、一放置在真空室中的使用弧光放电的等离子束生成器及放置在真空室中的用作阳极的炉。一由等离子束生成器产生的等离子束被引入真空室中的炉以使炉子上的汽化材料离子化。在炉对面放置的基片的表面上沉积离子化汽化材料以形成膜。
根据本发明一个方面，一辅助电极和炉的中心轴同轴且围绕着炉子放置使其围住炉子的上部区域，辅助阳极包含一环形永磁铁。镁(Mg)用作汽化材料。真空室具有一供给装置以向其中提供和氧混合的气体。其结果，从炉中升华的镁(Mg)粒子和由等离子体产生的氧等离子体发生反应以在基片上形成氧化镁(MgO)膜。
图1是完成本发明的膜生长装置的竖直截面图；
图2为显示在图1中的炉、辅助的阳极及相关的零件的竖直截面图；
图3为表示用于图1中所示的膜生长装置中的作为放电电流的函数的生长速度的示意图。
参照图1和图2，描述了根据本发明最佳实施例的氧化镁(MgO)膜生长装置。在本发明中使用的氧化镁(MgO)膜生长装置基本上具有与已被同一申请人申请的日本专利平一公开No.07-316794中所示的结构相同。在图1中，一进气口11a用于引进如氩(Ar)+O2的包含氧气的气体混合物而排气口11b设置在真空室11上。排气口11b与图中未显示的抽气泵相连。等离子束发生器13与真空室的侧壁上形成的安装进口11c相连。
对等离子束发生器13而言使用弧光放电已是足够了，例如压力梯度等离子源及HCD等离子源已是众所周知。为了导向和聚焦等离子束，一转向线圈12设置在真空室11的外部从而围住安装进口11c。用于等离子束聚焦的第一中间电极14和第二中间电极15同轴设置在等离子束发生器13中。第一中间电极14装有永磁铁14-1以使它平行于等离子束产生器的中心轴，且第二中间电极15装有一感应圈15-1。一由六硼化镧(LaB6)制成的环形盘17、一由钼(M0)制成的可以引入载体气体的管18a及一由Ta制成的管18b设置在用于等离子束产生器13的绝缘管(玻璃管)16内。
主电源19A通过电阻R1被连接在等离子束发生器13本身与第一中间电极14之间。辅助放电电源19B与和主电源19A并联的串联连接电路相连。主电源19A和辅助放电电源的正极的公共接点通过电阻器R2与第二中间电极15相连。以上提到的公共接点不仅与真空室11的主体相连而且通过电阻R3接地。另外，辅助电极30通过电流控制元件41及炉20通过电流控制元件42都与以上的公共连接点相连。在第二中间电极15中的线圈15-1以及转向线圈12与用于电流磁化的第一直流电源E1相连接。另一方面，与辅助电极30结合在一起的炉20设置在真空室中。在炉子20上方，有一个相对设置的用于接收被处理的材料的基片40，且基片与直流电源E2相连以提供负偏压。
通过在图中未显示的传送系统，基片40被周期性地传送到真空室11，使连续膜生长操作成为可能；然而，由于传送系统众所周知，因此省略掉了图和解释。
炉20和辅助电极30联合在一起称作等离子束校正复合炉。如图2放大部分显示，水冷却系统和炉20及辅助电极30结合为一体。炉20具有带直指上和下的磁轴的永磁体21、上面的板22及一下面的板23。上面的板22具有一凹陷处22-1的接收上面的汽化材料及一足以放置下面的永磁体21的空间。将镁片用作汽化材料。下面的板23固定到上面的板22的下表面上。因此，在炉20中形成水-冷却空间，并在下面的板中形成进水口23-1和排水口23-2。
辅助阳极包括环形永磁铁31和磁铁壳32。环形永磁铁31和炉20的中心轴同轴，将环形永磁体31围绕炉20的上部区域放置且其磁轴在竖直上和下的方向上，安置磁铁壳32时围着炉20的外部圆周留出一固定空间，且环形永磁铁31保持在略高于永磁铁21的位置上。磁铁壳体32具有一足以放置环形永磁铁31的空间。磁体壳32还具有一固定在这个上面的壳体33的下表面上的环形下壳体34。因此，也在磁铁壳32中形成水冷却空间，且一进水口34-1及一出水口34-2形成在下面的壳体34中。
由于在这个例子中，炉子20和辅助阳极30具有共同的水冷却系统，来自冷却水管35的水流过进水口34-1。通过连接出水口34-2和进水口23-1的冷却水管24将辅助阳极30中的冷却水引入炉体20。另外，炉子中的冷却水通过与出水口23-2相连的冷却水管25排掉。
采用象铜一样具有高热传导性的导体作为制作炉子的上面的板22和下面的板23的材料及制作磁铁壳体的上面的壳体33和下面的壳体34的材料。另外，在下面的板23和下面的壳体34连接处间置入电绝缘板。在这个例子中，应了解到使用在炉20的底部的绝缘板36作为炉20和辅助阳极30之间的绝缘体。另一方面，通过在炉20和辅助阳极30之间固定的空间来实现炉20的侧壁绝缘。安装在炉20中的被用于导向等离子束永磁铁21用作等离子束导向，但在被略的地方存在有壳体。
返回图1中所描述的操作，假如开关S1被接触且等离子束发生器13与辅助放电电源(400V-600V高压，低电流电源)19B相连，在等离子束发生器13中开始弧光放电。另外，在电极30一面上的辅助电流控制元件41被接通，在炉20一边的电流控制元件42处在关闭状态。在这种情况下，伴随着第一中间电极14和管18之间的放电开始，由于等离子束电流流向辅助阳极30，因此易于稳定等离子体。当稳定了等离子体时，主要电源19A(低电压，高电流电压)逐渐由0电流状态上升，开关S1断开，在辅助阳极30一边上的电流控制元件41被断开而在炉体20上的电流控制元件42被接触以进行膜生长操作。
在这个例子中，在真空室11中保持接近10-3-10-4乇的电压。通过转向线圈12和辅助阳极30将由等离子束发生器13产生的等离子束引入炉20。尤其是，由于和辅助电极30的结合，易于将等离子束引入到炉20。在这时放在炉20的顶部的镁片被离子束加热并汽化。另一方面，等离子束也沿着它的路径产生等离子。在真空室11中，由进气口11a提供和氧混合的气体，且由等离子体产生氧等离子体。升华的镁粒子和氧等离子体起反应，结果在基片40上形成氧化镁膜。
这个操作和通常所说的离子电镀，在原理上是相同的，在本发明中，电子温度和电子密度都比通常的离子电镀(没有辅助电极30)中的要高。因此，可以形成稳定的氧化镁(MgO)膜。另外，由于氧等离子体同镁片碰撞，还由于氧化热的作用镁片的表面温度进一步提高，且兼有氧化镁(MgO)表面的生成，这有助于提高膜生成速度。
顺便说说，在真空气相沉积的情况下的膜生成速度约为20-40(/S)(压力为10-4-10-6乇)。然而，使用本发明，确定可以获得200(/S)的膜生成速度(压力为7×10-4乇)。
如上面所述，在本发明中除了镁金属用作汽化材料以外，还使用一离子束校正复合炉。在真空室中的气氛是含有氧气的混合气体，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镁(MgO)膜。