專利名稱：真空薄膜生長設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種薄膜生長設備。更具體地說，本發(fā)明涉及一種改進的薄膜生長設備，它包含一個等離子體源以及一個用于將由等離子體源產生的等離子體束引導到用作陽極的一個熔爐中的導引線圈。
利用等離子體的一般真空薄膜生長設備通稱為離子鍍膜設備和等離子體CVD設備?，F(xiàn)有的離子鍍膜設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備。這樣的離子鍍膜設備包括有一個真空腔、一個等離子體束發(fā)生器(等離子體源)、一個熔爐以及一個導引線圈。真空腔裝有等離體束發(fā)生器而熔爐作為陽極設在真空腔中。導引線圈設在真空腔外邊，它引導等離子體源產生的等離子體束進入陽極。在所述的一類離子鍍膜設備中，等離子體束產生在等離子體束發(fā)生器和熔爐之間。將等離子體束引導到熔爐上所準備的蒸發(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電壓的襯底表面上。結果使得在襯底上形成一層薄膜。
由等離子體束發(fā)生器產生的等離子體束經(jīng)導引線圈引導進入熔爐。但是等離子體束有產生磁場的電流。磁場會使等離子體束產生扭轉或偏移。
扭轉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。在單位空間內的等離子體的密度和/或溫度可能變化。因此，對任何扭轉和偏移都要進行校正。已知采用調節(jié)導引線圈高度的方法可以實現(xiàn)這種校正。但由于導引線圈的重量太大，對它進行調節(jié)要費很大力氣。
因而，本發(fā)明的一項目的是要提供一種真空薄膜生長設備，它能以簡單的結構校正等離子體束的扭轉和偏移。
本發(fā)明的真空薄膜生長設備包括一個真空腔、一個裝在真空腔上的等離子體源、一個設在真空腔內的陽極、以及一個設在真空腔外面引導等離子體源產生的等離子體束進入陽極的導引線圈。真空薄膜生長設備將等離子體向陽極引導并在襯底上形成一層薄膜。
按照本發(fā)明的一種方式，真空薄膜生長設備還包括設在導引線圈和真空腔之間的導引線圈或其它位置上的一個校正機構，在那里出現(xiàn)來自導引線圈的磁力線，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)明的等離子體化學汽相淀積(CVD)設備的垂直剖視圖；圖3為用以說明圖1中所示離子鍍膜設備的等離子體束偏移的示意圖；圖4為實現(xiàn)本發(fā)明的真空薄膜生長設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構的平面視圖；圖6為沿著經(jīng)導引線圈透視的方向觀看圖5中的校正機構的前視圖；圖7為圖5中的校正機構的側視圖；圖8A和8B為用以說明等離子體束扭轉以及對它進行校正的視圖；以及圖9為示出對圖5中校正機構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)離子鍍膜設備。離子鍍膜設備有一密閉的真空腔21。真空腔21經(jīng)一導引部件21a裝接一個等離子體束發(fā)生器22。等離子體束發(fā)生器22可以，譬如說是一個壓力梯度的等離子體槍。將一個導引線圈23置于導引部件21a的外面，用以引導等離子體束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)制成的導管26b。用一塊由LaB6制造的圓環(huán)板26c分開由圓柱體26a和導管26b所確定的間隙。相應于絕緣體管道26的一端，將圓柱體26a和導管26b裝在一塊導體截面26d上。導體截面26d有一個形成在其中的載運氣體入口26e，用以接納載運氣體。載運氣體通過導管26b進入真空腔21。
將一片要進行加工的襯底27放在真空腔21內。襯底27支托在傳送系統(tǒng)28上。襯底27與一加負偏壓的直流電源相連。一個熔爐(陽極)29置于真空腔21底部上并且面對著襯底27。熔爐29裝有一塊永久磁鐵29a。在熔爐29周圍設一磁罩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。
導體截面26d與可變電源40的負端相連。可變電源40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的側壁中形成一個氣體入口21b和一個氣體排放出口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與未予示出的一個供氣源相連，而氣體排放出口21c則與未予示出的一個排氣泵相連。
在上述離子鍍膜設備中，當載運氣體經(jīng)載運氣體的入口26c引入時，在第一中間電極24和圓柱體26a之間開始放電。結果產生等離子體束35。等離子體束35經(jīng)導引線圈23和磁罩30中的永久磁鐵的引導到達熔爐29和磁罩30。
當將等離子體束射至熔爐29時，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電壓的襯底27的表面上。結果使襯底27上形成一層薄膜。
接著，參照圖2對一種常規(guī)的等離子體CVD設備進行描述。與上述離子鍍膜設備中的相同元件和部件用相同的標號表示。省略去對這類元件和部件的說明。真空腔21′具有形成在其側壁上的供氣入口21b′，用以引入供氣。在真空腔21′的底部上設置陽極29′。
在上述等離子體的CVD設備中，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′進行的。由等離子體發(fā)生器22產生等離子體束35并引導至陽極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備，當未出現(xiàn)等離子體束35時，來自導引線圈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。當產生等離子體束35時，由導引線圈23將它導引向熔爐29。然而，等離子體束35隨帶的電流產生一磁場HM。磁場HM扭轉或偏移等離子體束35。這就是結合圖3所說明的等離子體CVD設備的真實情況。
更具體地說，如圖3中所示，磁場HM作用在上述磁力線G上扭轉磁力線I。當?shù)入x子體束發(fā)生器22的輸出增加時，等離子體束35中的電流也增加。隨著電流的增加，磁場HM增加。這就進一步扭轉磁力線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或偏移。結果造成扭轉或偏移的等離子體束35。這種扭轉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。在單位間隔內等離子體的密度和/或溫度可能會有變化。這嚴重地影響著在襯底27上形成的薄膜。因而，對任何扭轉和偏移均應作校正?，F(xiàn)有技術可以通過調節(jié)導引線圈23的方法實現(xiàn)這種校正。
然而，常規(guī)的導引線圈23并非永久固定的。而是用一個支撐件經(jīng)過墊片將它支撐起來。墊片的厚度和/或數(shù)量隨著對導引線圈23的高度作精細調節(jié)的需要而改變。由于導引線圈23相當重，對它進行調節(jié)需要化費很大的力氣。
參閱圖4，描繪了本發(fā)明一項最佳實施例的真空薄膜生長設備。本發(fā)明最佳實施例的真空薄膜生長設備的特色是有一個用以校正等離子體束35的扭轉和/或偏移的校正機構。校正機構既能應用于圖1的離子鍍膜設備也能應用于圖2的等離子體CVD設備。因而，下面只對校正機構進行說明，省略去對真空薄膜生長設備內部結構的說明。
在圖4中，真空腔21如上所述裝設有等離體束發(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產生的等離子體束35被引導到熔爐29上。在圖4中，對熔爐29及其周邊作了示意性繪示，它與圖1中結合描繪的相似。
從圖4能看明白，在導引線圈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設置的，這樣使它可沿兩個或更多的方向移動。裝配板52可以裝在真空腔21、等離子體束發(fā)生器22、以及導引線圈23中的任何一個上面，將磁體51設置成在由導引線圈23所產生的磁力線上。
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通過松動螺母可以沿著長縫52-1的箭頭A的方向(圖5)移動。支撐件53可以沿箭頭A的方向繞螺栓54的中心軸線旋轉。
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通過松動螺母可沿箭頭C的方向(圖6)繞螺栓55的中心軸線旋轉。
由等離子體束發(fā)生器22產生的等離子體束35經(jīng)導引線圈23的磁場引導進入熔爐29。此時由于有等離子體束35的電流產生了磁場。由電流產生的磁場影響著導引線圈23的磁場并使等離子體束35偏移。對此，將磁體51置于對引導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。對引導等離子體束35起作用是更接近真空腔21的側邊的磁力線而不是導引線圈的磁力線。磁體51改變引導等離子體束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產生的等離子體束35以相對于垂直方向的一確定的扭轉角度射向熔爐29。磁體51如圖8B中所示，被置于扭轉的等離子體束35的對面。然后，改變圍繞磁體51的磁力線。這一改變影響相對一側的磁力線。結果使相對一側的磁力線減少對等離子體束的束縛。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放在導引線圈23和真空腔21之間，在那里有從導引線圈23出來的磁力線。若有必要可對磁體51的位置進行調節(jié)并在這樣的調節(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，這時可以調節(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。
對于上述實施例已經(jīng)結合通過裝配板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，描繪了上述實施例的一種變換。該變換包括磁體51′具有覆蓋部分導引線圈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所示的離子鍍膜設備中實施的上述實施例，也能同樣適用于圖2中所示的等離子體CVD設備。
如上所述，本發(fā)明的真空薄膜生長設備有一置于導引線圈和真空腔之間的導引線圈或其它位置上的磁體，在那里有由導引線圈產生的磁力線。若有需要，可以任意地調節(jié)磁體的位置，并在調節(jié)之后確定地固定住位置。等離子體束若有偏移，只要通過調節(jié)磁體就能方便地進行校正。這樣就能在襯底上形成一層高質量的薄膜。
權利要求
1.一種真空薄膜生長設備，其特征在于它包括一個真空腔，一個裝在所述真空腔上的等離子體源，一個置于所述真空腔內的陽極，以及一個設在真空腔外將由所述等離子體源產生的等離子體束引導進入所述的陽極，所述真空薄膜生長設備適用于將所述等離子體束引導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備還包括一個用以校正所述等離子體束的扭轉和/偏移的校正機構，所述校正機構包含置于在所述導引線圈和所述真空腔之間的所述導引線圈或另一位置上的一個磁體，在那里有從所述導引線圈產生的磁力線。
2.按照權利要求1所述的真空薄膜生長設備，其特征在于，所述校正機構包括一個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或更多的方向移動。
3.按照權利要求2所述的真空薄膜生長設備，其特征在于，所述裝配板裝在所述真空腔上。
4.按照權利要求1所述的真空薄膜生長設備，其特征在于，所述的設備適用于將所述等離子體束引導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
一種校正機構包括一個用以校正等離子體束扭轉和/或偏移的磁體(51),它被置放在真空腔(21)和導引線圈(23)之間的一個位置處,在那里有由導引線圈產生的磁力線。
文檔編號C23C14/32GK1197848SQ9810085
公開日1998年11月4日 申請日期1998年2月26日 優(yōu)先權日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 申請人:住友重機械工業(yè)株式會社, 日本板硝子株式會社