專利名稱：真空薄膜生長設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜生長設(shè)備。更具體地說，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的薄膜生長設(shè)備，它包含一個(gè)等離子體源以及一個(gè)用于將由等離子體源產(chǎn)生的等離子體束引導(dǎo)到用作陽極的一個(gè)熔爐中的導(dǎo)引線圈。
利用等離子體的一般真空薄膜生長設(shè)備通稱為離子鍍膜設(shè)備和等離子體CVD設(shè)備?，F(xiàn)有的離子鍍膜設(shè)備包括使用壓力梯度的等離子體源或采用電弧放電的HCD等離子體源的鍍膜設(shè)備。這樣的離子鍍膜設(shè)備包括有一個(gè)真空腔、一個(gè)等離子體束發(fā)生器(等離子體源)、一個(gè)熔爐以及一個(gè)導(dǎo)引線圈。真空腔裝有等離體束發(fā)生器而熔爐作為陽極設(shè)在真空腔中。導(dǎo)引線圈設(shè)在真空腔外邊，它引導(dǎo)等離子體源產(chǎn)生的等離子體束進(jìn)入陽極。在所述的一類離子鍍膜設(shè)備中，等離子體束產(chǎn)生在等離子體束發(fā)生器和熔爐之間。將等離子體束引導(dǎo)到熔爐上所準(zhǔn)備的蒸發(fā)材料上使蒸發(fā)材料加熱并蒸發(fā)。蒸發(fā)材料的蒸發(fā)粒子被等離子體束離化。離化的粒子淀積在施加負(fù)電壓的襯底表面上。結(jié)果使得在襯底上形成一層薄膜。
由等離子體束發(fā)生器產(chǎn)生的等離子體束經(jīng)導(dǎo)引線圈引導(dǎo)進(jìn)入熔爐。但是等離子體束有產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流。磁場(chǎng)會(huì)使等離子體束產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)或偏移。
扭轉(zhuǎn)或偏移阻止等離子體束以與蒸發(fā)材料的表面成正交的角度射向它。結(jié)果就可能發(fā)生各種各樣的麻煩。例如，蒸發(fā)材料可能蒸發(fā)不均勻。在單位空間內(nèi)的等離子體的密度和/或溫度可能變化。因此，對(duì)任何扭轉(zhuǎn)和偏移都要進(jìn)行校正。已知采用調(diào)節(jié)導(dǎo)引線圈高度的方法可以實(shí)現(xiàn)這種校正。但由于導(dǎo)引線圈的重量太大，對(duì)它進(jìn)行調(diào)節(jié)要費(fèi)很大力氣。
因而，本發(fā)明的一項(xiàng)目的是要提供一種真空薄膜生長設(shè)備，它能以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)校正等離子體束的扭轉(zhuǎn)和偏移。
本發(fā)明的真空薄膜生長設(shè)備包括一個(gè)真空腔、一個(gè)裝在真空腔上的等離子體源、一個(gè)設(shè)在真空腔內(nèi)的陽極、以及一個(gè)設(shè)在真空腔外面引導(dǎo)等離子體源產(chǎn)生的等離子體束進(jìn)入陽極的導(dǎo)引線圈。真空薄膜生長設(shè)備將等離子體向陽極引導(dǎo)并在襯底上形成一層薄膜。
按照本發(fā)明的一種方式，真空薄膜生長設(shè)備還包括設(shè)在導(dǎo)引線圈和真空腔之間的導(dǎo)引線圈或其它位置上的一個(gè)校正機(jī)構(gòu)，在那里出現(xiàn)來自導(dǎo)引線圈的磁力線，用以校正等離子體束的偏移。


圖1為能夠適用本發(fā)明的離子鍍膜設(shè)備的垂直剖視圖；圖2為能夠適用本發(fā)明的等離子體化學(xué)汽相淀積(CVD)設(shè)備的垂直剖視圖；圖3為用以說明圖1中所示離子鍍膜設(shè)備的等離子體束偏移的示意圖；圖4為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的真空薄膜生長設(shè)備的帶局部剖面的外觀示意圖；圖5為示出本發(fā)明等離子體束一例校正機(jī)構(gòu)的平面視圖；圖6為沿著經(jīng)導(dǎo)引線圈透視的方向觀看圖5中的校正機(jī)構(gòu)的前視圖；圖7為圖5中的校正機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖；圖8A和8B為用以說明等離子體束扭轉(zhuǎn)以及對(duì)它進(jìn)行校正的視圖；以及圖9為示出對(duì)圖5中校正機(jī)構(gòu)作出的一種變換的平面視圖。
為了便于了解本發(fā)明，參閱圖1所描繪的一件常規(guī)離子鍍膜設(shè)備。離子鍍膜設(shè)備有一密閉的真空腔21。真空腔21經(jīng)一導(dǎo)引部件21a裝接一個(gè)等離子體束發(fā)生器22。等離子體束發(fā)生器22可以，譬如說是一個(gè)壓力梯度的等離子體槍。將一個(gè)導(dǎo)引線圈23置于導(dǎo)引部件21a的外面，用以引導(dǎo)等離子體束35。等離子體束發(fā)生器22裝接有第一中間電極24和第二中間電極25。第一和第二中間電極24和25用于使等離子體束會(huì)聚并安排成與等離子體束發(fā)生器22同心。第一中間電極24裝有一塊永久磁鐵24a，使其磁軸線與等離子體束發(fā)生器22的中心軸線平行。第二中間電極25裝有一個(gè)線圈25a，使其中心軸線與等離子體束發(fā)生器22的中心軸線重合。
等離子體束發(fā)生器22有一絕緣體管道26與由第一和第二中間電極24和25所限定的一條路徑連通。絕緣體管道26可以，譬如是一根玻璃管。在玻璃管26中放有一根空心圓柱體26a。圓柱體26a是用鉬(Mo)制成的并裝有一根用鉭(Ta)制成的導(dǎo)管26b。用一塊由LaB6制造的圓環(huán)板26c分開由圓柱體26a和導(dǎo)管26b所確定的間隙。相應(yīng)于絕緣體管道26的一端，將圓柱體26a和導(dǎo)管26b裝在一塊導(dǎo)體截面26d上。導(dǎo)體截面26d有一個(gè)形成在其中的載運(yùn)氣體入口26e，用以接納載運(yùn)氣體。載運(yùn)氣體通過導(dǎo)管26b進(jìn)入真空腔21。
將一片要進(jìn)行加工的襯底27放在真空腔21內(nèi)。襯底27支托在傳送系統(tǒng)28上。襯底27與一加負(fù)偏壓的直流電源相連。一個(gè)熔爐(陽極)29置于真空腔21底部上并且面對(duì)著襯底27。熔爐29裝有一塊永久磁鐵29a。在熔爐29周圍設(shè)一磁罩30，使其外周邊區(qū)留有一固定的空間。磁罩30裝有一塊永久磁鐵31。
導(dǎo)體截面26d與可變電源40的負(fù)端相連?？勺冸娫?0的正端則經(jīng)電阻R1和R2分別與第一和第二中間電極24和25相連。熔爐29則與可變電源40、以及R1及R2相連。
在真空腔21的側(cè)壁中形成一個(gè)氣體入口21b和一個(gè)氣體排放出口21c。氣體入口21b用于取得如氬(Ar)氣之類的載運(yùn)氣體。氣體排放出口21c用于從真空腔21中排放氣體。氣體入口21b與未予示出的一個(gè)供氣源相連，而氣體排放出口21c則與未予示出的一個(gè)排氣泵相連。
在上述離子鍍膜設(shè)備中，當(dāng)載運(yùn)氣體經(jīng)載運(yùn)氣體的入口26c引入時(shí)，在第一中間電極24和圓柱體26a之間開始放電。結(jié)果產(chǎn)生等離子體束35。等離子體束35經(jīng)導(dǎo)引線圈23和磁罩30中的永久磁鐵的引導(dǎo)到達(dá)熔爐29和磁罩30。
當(dāng)將等離子體束射至熔爐29時(shí)，熔爐29上的蒸發(fā)材料39得到焦耳熱并蒸發(fā)。蒸發(fā)的粒子被等離子體束35離化。離化的粒子淀積在加上負(fù)電壓的襯底27的表面上。結(jié)果使襯底27上形成一層薄膜。
接著，參照?qǐng)D2對(duì)一種常規(guī)的等離子體CVD設(shè)備進(jìn)行描述。與上述離子鍍膜設(shè)備中的相同元件和部件用相同的標(biāo)號(hào)表示。省略去對(duì)這類元件和部件的說明。真空腔21′具有形成在其側(cè)壁上的供氣入口21b′，用以引入供氣。在真空腔21′的底部上設(shè)置陽極29′。
在上述等離子體的CVD設(shè)備中，排出真空腔21′中的氣體和向其中引入供氣是通過供氣入口21b′進(jìn)行的。由等離子體發(fā)生器22產(chǎn)生等離子體束35并引導(dǎo)至陽極29′上面。用等離子體在襯底27上形成一層薄膜。
參閱圖3，描繪了等離子體束35的偏移。對(duì)于使用諸如壓力梯度等離子體源或HCD等離子體源之類的電弧放電的等離子體源的離子鍍膜設(shè)備，當(dāng)未出現(xiàn)等離子體束35時(shí)，來自導(dǎo)引線圈23的磁力線G沿著一條水平線H通過而后向下拐折，并沿一條垂直線V在熔爐29中的永久磁鐵29a上面稍稍超出熔爐29。當(dāng)產(chǎn)生等離子體束35時(shí)，由導(dǎo)引線圈23將它導(dǎo)引向熔爐29。然而，等離子體束35隨帶的電流產(chǎn)生一磁場(chǎng)HM。磁場(chǎng)HM扭轉(zhuǎn)或偏移等離子體束35。這就是結(jié)合圖3所說明的等離子體CVD設(shè)備的真實(shí)情況。
更具體地說，如圖3中所示，磁場(chǎng)HM作用在上述磁力線G上扭轉(zhuǎn)磁力線I。當(dāng)?shù)入x子體束發(fā)生器22的輸出增加時(shí)，等離子體束35中的電流也增加。隨著電流的增加，磁場(chǎng)HM增加。這就進(jìn)一步扭轉(zhuǎn)磁力線I。等離子體束35沿著磁力線I通過，以致使等離子體束也隨著它扭轉(zhuǎn)或偏移。結(jié)果造成扭轉(zhuǎn)或偏移的等離子體束35。這種扭轉(zhuǎn)或偏移的等離子體束35阻止它向蒸發(fā)材料39表面作垂直地入射。結(jié)果就可能出現(xiàn)各種各樣的麻煩。例如蒸發(fā)材料39可能蒸發(fā)得不均勻。在單位間隔內(nèi)等離子體的密度和/或溫度可能會(huì)有變化。這嚴(yán)重地影響著在襯底27上形成的薄膜。因而，對(duì)任何扭轉(zhuǎn)和偏移均應(yīng)作校正。現(xiàn)有技術(shù)可以通過調(diào)節(jié)導(dǎo)引線圈23的方法實(shí)現(xiàn)這種校正。
然而，常規(guī)的導(dǎo)引線圈23并非永久固定的。而是用一個(gè)支撐件經(jīng)過墊片將它支撐起來。墊片的厚度和/或數(shù)量隨著對(duì)導(dǎo)引線圈23的高度作精細(xì)調(diào)節(jié)的需要而改變。由于導(dǎo)引線圈23相當(dāng)重，對(duì)它進(jìn)行調(diào)節(jié)需要化費(fèi)很大的力氣。
參閱圖4，描繪了本發(fā)明一項(xiàng)最佳實(shí)施例的真空薄膜生長設(shè)備。本發(fā)明最佳實(shí)施例的真空薄膜生長設(shè)備的特色是有一個(gè)用以校正等離子體束35的扭轉(zhuǎn)和/或偏移的校正機(jī)構(gòu)。校正機(jī)構(gòu)既能應(yīng)用于圖1的離子鍍膜設(shè)備也能應(yīng)用于圖2的等離子體CVD設(shè)備。因而，下面只對(duì)校正機(jī)構(gòu)進(jìn)行說明，省略去對(duì)真空薄膜生長設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的說明。
在圖4中，真空腔21如上所述裝設(shè)有等離體束發(fā)生器22。真空腔21有置于其中用作陽極的熔爐29。導(dǎo)引線圈23安排成在真空腔21外面包圍著等離子體束發(fā)生器22。由等離子體束發(fā)生器22產(chǎn)生的等離子體束35被引導(dǎo)到熔爐29上。在圖4中，對(duì)熔爐29及其周邊作了示意性繪示，它與圖1中結(jié)合描繪的相似。
從圖4能看明白，在導(dǎo)引線圈23和真空腔21之間放有一塊磁體51，在那里有來自導(dǎo)引線圈23的磁力線，用以校正等離子體束35的偏移。具體情況是，磁體51是經(jīng)一裝配板52設(shè)置的，這樣使它可沿兩個(gè)或更多的方向移動(dòng)。裝配板52可以裝在真空腔21、等離子體束發(fā)生器22、以及導(dǎo)引線圈23中的任何一個(gè)上面，將磁體51設(shè)置成在由導(dǎo)引線圈23所產(chǎn)生的磁力線上。
參閱圖5至7，將裝配板52裝在真空腔21的外壁上并略作相對(duì)傾斜。裝配板52的主表面上形成有一條長縫52-1。磁體51經(jīng)一支撐件53用螺栓與螺母固定在裝配板52上。更具體地說，就是用一螺栓54穿過支撐件53。螺栓54還穿過長縫52-1。在裝配板52的背面有一螺母(未示出)與螺栓54螺旋連接。支撐件53就這樣用螺栓54和螺母固定在裝配板52上。支撐件53通過松動(dòng)螺母可以沿著長縫52-1的箭頭A的方向(圖5)移動(dòng)。支撐件53可以沿箭頭A的方向繞螺栓54的中心軸線旋轉(zhuǎn)。
磁體51是用螺栓55裝在支撐件53上。更具體地說，就是將螺栓55穿過磁體51和支撐件53。在支撐件53的背面有一螺母(未示出)與螺栓55螺旋連接。磁體51通過松動(dòng)螺母可沿箭頭C的方向(圖6)繞螺栓55的中心軸線旋轉(zhuǎn)。
由等離子體束發(fā)生器22產(chǎn)生的等離子體束35經(jīng)導(dǎo)引線圈23的磁場(chǎng)引導(dǎo)進(jìn)入熔爐29。此時(shí)由于有等離子體束35的電流產(chǎn)生了磁場(chǎng)。由電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)影響著導(dǎo)引線圈23的磁場(chǎng)并使等離子體束35偏移。對(duì)此，將磁體51置于對(duì)引導(dǎo)等離子體束通過起作用的磁力線位置上，以影響那里的磁力線。對(duì)引導(dǎo)等離子體束35起作用是更接近真空腔21的側(cè)邊的磁力線而不是導(dǎo)引線圈的磁力線。磁體51改變引導(dǎo)等離子體束35的磁力線以校正等離子體束35的偏移。
例如圖8A中所示，由等離子體束發(fā)生器22產(chǎn)生的等離子體束35以相對(duì)于垂直方向的一確定的扭轉(zhuǎn)角度射向熔爐29。磁體51如圖8B中所示，被置于扭轉(zhuǎn)的等離子體束35的對(duì)面。然后，改變圍繞磁體51的磁力線。這一改變影響相對(duì)一側(cè)的磁力線。結(jié)果使相對(duì)一側(cè)的磁力線減少對(duì)等離子體束的束縛。按照這一方法，校正了等離子體束35的偏移。
如上所述，將磁體51放在導(dǎo)引線圈23和真空腔21之間，在那里有從導(dǎo)引線圈23出來的磁力線。若有必要可對(duì)磁體51的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)并在這樣的調(diào)節(jié)之后確定地固定住位置。若在等離子體束35中出現(xiàn)偏移，這時(shí)可以調(diào)節(jié)磁體51的位置予以校正，通過例如在真空腔21中形成的窗口可以觀察偏移。
對(duì)于上述實(shí)施例已經(jīng)結(jié)合通過裝配板52和支撐件53將磁體51裝在真空腔21上的情況作了描述，同時(shí)還可以將部分磁體51用作安裝部位直接在真空腔21上裝拉磁體51自身。
參閱圖9，描繪了上述實(shí)施例的一種變換。該變換包括磁體51′具有覆蓋部分導(dǎo)引線圈23的一般U形。磁體51′固定在支撐件53上。磁體51′和支撐件53是用螺栓54和螺母通過長縫52-1固定住的。
在圖1所示的離子鍍膜設(shè)備中實(shí)施的上述實(shí)施例，也能同樣適用于圖2中所示的等離子體CVD設(shè)備。
如上所述，本發(fā)明的真空薄膜生長設(shè)備有一置于導(dǎo)引線圈和真空腔之間的導(dǎo)引線圈或其它位置上的磁體，在那里有由導(dǎo)引線圈產(chǎn)生的磁力線。若有需要，可以任意地調(diào)節(jié)磁體的位置，并在調(diào)節(jié)之后確定地固定住位置。等離子體束若有偏移，只要通過調(diào)節(jié)磁體就能方便地進(jìn)行校正。這樣就能在襯底上形成一層高質(zhì)量的薄膜。
權(quán)利要求
1.一種真空薄膜生長設(shè)備，其特征在于它包括一個(gè)真空腔，一個(gè)裝在所述真空腔上的等離子體源，一個(gè)置于所述真空腔內(nèi)的陽極，以及一個(gè)設(shè)在真空腔外將由所述等離子體源產(chǎn)生的等離子體束引導(dǎo)進(jìn)入所述的陽極，所述真空薄膜生長設(shè)備適用于將所述等離子體束引導(dǎo)向所述陽極并在一塊襯底上形成一層薄膜，所述真空薄膜生長設(shè)備還包括一個(gè)用以校正所述等離子體束的扭轉(zhuǎn)和/偏移的校正機(jī)構(gòu)，所述校正機(jī)構(gòu)包含置于在所述導(dǎo)引線圈和所述真空腔之間的所述導(dǎo)引線圈或另一位置上的一個(gè)磁體，在那里有從所述導(dǎo)引線圈產(chǎn)生的磁力線。
2.按照權(quán)利要求1所述的真空薄膜生長設(shè)備，其特征在于，所述校正機(jī)構(gòu)包括一個(gè)用于將所述磁體安裝其上的裝配板，所述磁體安裝在所述裝配板上使其能沿兩個(gè)或更多的方向移動(dòng)。
3.按照權(quán)利要求2所述的真空薄膜生長設(shè)備，其特征在于，所述裝配板裝在所述真空腔上。
4.按照權(quán)利要求1所述的真空薄膜生長設(shè)備，其特征在于，所述的設(shè)備適用于將所述等離子體束引導(dǎo)至置于所述陽極上的蒸發(fā)材料上，使所述蒸發(fā)材料離化，用以在所述襯底上淀積所述蒸發(fā)材料的離化粒子，使在其上形成一層薄膜。
全文摘要
一種校正機(jī)構(gòu)包括一個(gè)用以校正等離子體束扭轉(zhuǎn)和/或偏移的磁體(51),它被置放在真空腔(21)和導(dǎo)引線圈(23)之間的一個(gè)位置處,在那里有由導(dǎo)引線圈產(chǎn)生的磁力線。
文檔編號(hào)C23C14/32GK1197848SQ9810085
公開日1998年11月4日 申請(qǐng)日期1998年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月28日
發(fā)明者酒見俊之, 田中勝, 和田俊司, 荻野悅男 申請(qǐng)人:住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社, 日本板硝子株式會(huì)社