化合物薄膜形成裝置的製作方法

2023-07-01 21:24:46 2

專利名稱:化合物薄膜形成裝置的製作方法
本發明是關於化合物薄膜形成裝置，特別是關於採用離子束蒸鍍法蒸鍍形成薄膜的化合薄膜形成裝置。
一直以來，TiN、Al2O3、SiC等的化合物薄膜都是以噴濺法、化學汽相澱積法等方法而復蓋於各種物品的表面。可是，以這樣的方法復蓋於物品表面的化合物薄膜，其缺點是硬度不足，附著力弱。
於是，在反應性氣體氣氛中，通過離子束蒸鍍法噴出蒸鍍物質的蒸氣以形成化合物薄膜，這種稱做反應性氣體離子束蒸鍍法也被使用著。
圖2是載於《國際離子工程會議論文集》(ISIAT′83 IPAT′83)的反應性氣體離子裝置的構成示意圖。圖中，(1)是被保持著所定真空度的真空槽，(2)是將真空槽(1)內的氣體排出的真空排氣系統，(3)是設置在真空槽(1)內的下方的密閉式坩堝，(4)是設置在這坩堝(4)的上部的至少一個的噴嘴，(5)是填充在坩堝(3)內部的蒸鍍物質，(6)是將坩堝(3)加熱的加熱用燈絲，(7)是遮擋這個加熱用燈絲(6)的熱的熱屏蔽板，(8)是將發自坩堝(3)的噴嘴(4)的蒸鍍物質(5)的蒸氣噴出而形成的原子團，(9)是由坩堝(3)、加熱用燈絲(6)以及熱屏蔽板(7)構成的蒸氣發生源。
(10)是放出電子束的電離燈絲，(11)是將來自這個電離燈絲(10)的電離用電子引出並加速的電子束引出電極，(12)是遮擋電離燈絲(10)的熱的熱屏蔽板，(13)是由電離燈絲(10)、電子束引出電極(11)以及熱屏蔽板(12)構成的原子團(8)的電離機構。
(14)是通過電離機構(13)而被電離成正離子的離子團，(15)是以電場加速離子團(14)，使離子團(14)獲得功能的加速電極，(16)是襯底(17)是在這襯底的表面上形成的蒸鍍薄膜。
(18)是填充了含有組成化合物的元素，例如氧、氮、碳氫化合物等反應性氣體的儲氣瓶，(19)是從儲氣瓶(18)將反應性氣體導入真空槽(1)時調節流量的流量調節閥，(20)是將通過流量調節閥而被導入的反應性氣體導向坩堝(3)的噴嘴(4)上方的導管，(21)是由儲氣瓶(18)、流量調節閥(19)及導管(20)構成的反應性氣體導入系統。
(22)是將加熱用燈絲(6)加熱的第一交流電源，(23)是將坩堝(3)的電位偏置為正電位的第一直流電源，(24)是加熱電離燈絲(10)的第二交流電源，(25)是將電離燈絲(10)偏置為負電位的第二直流電源，(26)是將電子束引出電極(11)及坩堝(3)偏置使之對於處在接地電位的加速電極(15)保持正電位的第三直流電源，(27)是由第一交流電源(22)、第一直流電源(23)、第二交流電源(24)、第二直流電源(25)及第三直流電源(27)構成的電源裝置。
原來的化合物薄膜形成裝置的構成有如上述，真空槽(1)的真空度通過排氣系統(2)而被排氣至1×10-6mmHg的程度。從加熱用燈絲(6)放出的電子通過由第一直流電源(23)所附加的電場而被加速，被加速了的電子與坩堝(3)相衝突，使坩堝(3)內的蒸氣壓達到數mmHg進行加熱。通過這個加熱，坩堝(3)內的蒸鍍物質(5)蒸發，從噴嘴(4)向真空槽(1)中噴射。當蒸鍍物質(5)的蒸氣通過噴嘴(4)時，通過由於坩堝(3)與真空槽(1)之間的壓力差而引起的絕熱膨脹而成為過冷狀態，大約100至1000個原子結合成塊狀原子團(8)。這個塊狀原子團(8)的一部分通過從電離燈絲(10)放出的電子束而被電離，成為塊狀離子團(14)。這塊狀離子團(14)與沒有被電離的中性的塊狀原子團(8)一起，通過由加速電極(15)而形成的電場而被加速及控制，使之與襯底(16)相衝突。另一方面，在襯底(16)附近存在著由反應性氣體導入系統(21)導入的反應性氣體。於是，在襯底(16)附近，蒸鍍物質(5)的塊狀原子團(8)及塊狀離子團(14)與反應性氣體進行反應，從而在襯底(16)上蒸鍍出化合物的薄膜，形成蒸鍍薄膜(17)。
再者，各直流電源的作用如下第一直流電源(23)使坩堝(3)的電位對於加熱用燈絲(6)為正偏壓，從而使由加熱用燈絲(6)放出的熱電子與坩堝(3)相衝突。第二直流電源(25)，使由二交流電源(24)加熱的電離燈絲(10)的電位對於電子束引出電極(11)為負偏壓，以便將從電離燈絲(10)放出的熱電子引到引出電極(11)的內部。第三直流電源(26)將電子束引出電極(11)及坩堝(3)偏置，使之對於處在接地電位的加速電極(15)為正電位。
在上述那樣的薄膜形成裝置中，由於真空槽(1)內的反應氣體處於分子狀態，其活性度低，在電離機構(13)附近，即使有被激勵、離解、或電離的元素，其壽命也是短的，當到達了襯底(16)的附近時就回復到活性度低的狀態。因此，所獲得的薄膜的反應度低，反應性氣體被排出，參與薄膜形成的反應性氣體非常少量。
本發明是為了解決上述問題而研製的，其目的在於獲得這樣的一種化合物薄膜形成裝置，即在襯底的表面上能高效率地蒸鍍穩定的高質量的化合物薄膜。
本發明的化合物薄膜形成裝置，在設置於真空槽內的內部槽中，設置電子束引出電極和把電子束放出機構電位地加以屏蔽的電場屏蔽板，以及設置在這電場屏蔽板和襯底之間、並偏置電子束引出電極和電子放出機構使之保持正的電位的加速電極。
在本發明中，由於通過電子束引出電極以及與電子束放出機構同電位的電場屏蔽板，使放出的電子束被封閉在這個電場屏蔽板內，特別是集中在反應性氣體通路附近，所以使氣體的激勵、離解或電離能高效率地進行。
圖1是表示本發明的一實施例的構成的示意圖。圖中，(1)～(20)所示的與原來的化合物薄膜形成裝置中的對應各部件相同，其工作也是一樣。蒸氣發生源(9)和電離機構(13)設置在襯底的斜下方，而省略了其電源裝置的圖示。
(28)是設置在真空槽(1)內的內部槽，(29)是設置在這個內部槽中、並且與導管(20)的一端相連接的反應性氣體的氣體噴射噴嘴，(30)是設置在內部槽中並且放出電子的電子束放出機構，例如燈絲，(31)是將從這個電子束放出機構(30)放出的電子引出的第二電子束引出電極，(32)是圍繞著電子束放出機構(30)和第二電子束引出電極(31)、並設置在作為從氣體噴射噴嘴(29)被噴出的反應性氣體的通道部分的電場屏蔽板，(33)是把在這電場屏蔽板(32)內形成的反應性氣體的離子加速的第二加速電極。(21A)是由儲氣瓶(18)、流量調節閥(19)、導管(20)、氣體噴射噴嘴(29)、內部槽(28)、電子束放出機構(30)、第二電子束引出電極(31)、電場屏蔽板(32)以及第二加速電極(33)構成的反應性氣體導入系統。
(34)是對電子束放出機構(30)進行加熱的第三交流電源，(35)是將第二電子束引出電極(31)偏置，使之對於電子束放出機構(30)為正電位的第四直流電源，(36)是將第二加速電極(33)偏置，使之對於電子放出機構(30)及第二電子束引出電極(31)為負電位的第五直流電源，(37)是由第三交流電源(34)，第四直流電源(35)及第五直流電源(36)構成的第二電源裝置。
在如上所述構成的化合物薄膜形成裝置中，在以真空排氣系統(2)排氣而保持高真空的真空槽(1)內，通過調節設置在儲氣瓶(18)與真空槽(1)之間的流量調節閥(19)，將反應性氣體經由噴射噴嘴(29)導入，把真空槽內的氣體壓力調節在10-5～10-3mmHg的程度。這時，內部槽(28)內的氣體壓力將更高。另一方面，為了對設置在氣體噴射噴嘴(29)的下遊的第二電子束引出電極(31)放出電子束，由第四直流電源對此附加偏壓，使通過第三交流電源(34)而被加熱至2000℃程度的電子束放出機構(30)放出1A～5A程度的電子束，使反應性氣體受激勵、離解或電離而成為非常活性化的狀態。由於電子束放出機構(30)與電場屏蔽板(32)是相同電位，所以放出的電子束被封閉在電場屏蔽板(32)內，特別集中在反應性氣體通路附近。因此，反應性氣體的激勵、離群或電離能高效率地進行。
其次，以加熱用燈絲(6)將坩堝(3)加熱，直至坩堝(3)內的蒸氣壓達到數mmHg的程度時，蒸鍍物質(5)蒸發，從噴嘴(4)噴射出來。這時，噴射的蒸鍍物質(5)的蒸氣或塊狀原子團(8)，通過從電離燈絲(10)放出的電子而一部分被電離，成為塊狀離子團(14)，通過由第一加速電極(15)〔以下加速電極(15)稱做第一加速電極(15)〕所形成的電場而被加速，與沒有電離的蒸鍍物質(5)的蒸氣或塊狀原子團(8)一起，跟襯底(16)發生衝突。
另一方面，在襯底(16)及其附近存在著激勵、離解或電離子的反應性氣體，它與蒸鍍物質(5)的蒸氣或塊狀原子團(8)衝突而進行反應，於是化合物的蒸鍍薄膜(17)就形成在襯(16)上。還有，對於第一加速電極(15)和第二加速電極(33)，通過第三直流電源(26)和第五直流電源而分別施加0～數KV的電壓時，上述的塊狀離子團(14)及電離了的反應性氣體受到加速而到達襯底(16)。因此，通過獨立地改變這時的加速電壓，就可獨立地控制噴射到襯底(16)上的反應性氣體離子及蒸鍍物質(5)的蒸氣或塊狀原子團的動能，從而能夠控制在襯底(16)上形成的化合物薄膜的結晶性(單結晶、多結晶或非結晶等)以及附著力等的膜質。由於碰撞到襯底(16)上的離子或電子，使襯底(16)附近的反應性氣體勵起、離解或電離，所以促進了它與入射到襯底(16)上的塊狀離子團(14)的離子束的反應性，從而能高效率地形成化物薄膜。
再者，雖然在上述的實施例中，是就將電子束放出機構(30)與電場屏蔽板(32)作成同電位的情形而加以說明，但也可以將電場屏蔽板(32)偏置，使之對於電子束放出機構(30)呈負電位，在這種情況下，從電子束放出機構(30)放出的電子束更集中於反應性氣體的通道，更能促進氣體的活性化。
如上所述，由於本發明在設置於真空槽內的內部槽中，設置了將電子束引出電極及電子束放出機構電位地屏蔽的電場屏蔽板，以及在設置於該電場屏蔽板與襯底之間、並且加以偏置使之對於電子束引出電極及電子束放出機構呈正電位的加速電極，所以能控制形成在襯底上的蒸鍍薄膜的結晶性和附著力等的膜質，具有以高速度、高效率、穩定地形成優質蒸鍍薄膜的效果。
圖1是表示本發明的一實施例的構成的示意圖，圖2是表示原來的化合物薄膜形成裝置構成的示意圖。
權利要求
1.一種化合物薄膜形成裝置，包括保持有所定真空度的真空槽，設置在該真空槽內的襯底，向這襯底噴出蒸鍍物質的蒸氣、並產生上述蒸鍍物質的塊狀原子團的蒸氣發生源，設置在該蒸氣發生源與所說襯底之間並使上述原子團的至少一部分電離的電離機構，設置在該電離機構與所說襯底之間並將通過上述電離機構而被電離了的原子團以及設有電離的蒸鍍物質的原子團及蒸氣向上述襯底碰撞的加速電極，其特徵在於，該化合物薄膜形成裝置備有設置在所說真空槽內的內部槽，設置在該內部槽的內側、用以噴射反應性氣體的氣體噴射噴嘴，設置在該氣體噴射噴嘴的反應性氣體的噴射方向上、用以引出電子束的電子束引出電極，設置在該電子束引出電極的反應性氣體的噴射方向上、用以放出電子束的電子束放出機構，在上述的內部槽中，設置在所說電子束引出電極及所說電子束放出機構的外側、用以對所說電子束引出電極和電子束放出機構進行電位屏蔽的電場屏蔽板，設置在該電場屏蔽板與所說襯底之間、用以對上述電子束引出電極及所說電子束放出機構進行正電位偏置、並且將上述反應性氣體加速的加速電極。
2.權利要求
1的化合物薄膜形成裝置，其特徵在於，所說電場屏蔽板與電子放出機構的電位相同或被偏置，使它對於電子束放出機構呈負電位。
專利摘要
本發明的化合物薄膜形成裝置，在設於真空槽內的內部槽中設置電場屏蔽板，用以將電子束引出電極及電子束放出機構電位屏蔽，並在該電場屏蔽板與襯底之間設置加速電極，用以偏置電子束引出電極和電子束放出機構為正電位並將反應性氣體加速。這樣，使放出的電子束集中在反應性氣體的通道附近，促進反應性氣體的激勵、離解或電離，從而能控制在印刷電路襯底上形成的蒸鍍薄膜的結晶性和附著力等膜質，具有高速高效率地蒸鍍優質薄膜的效果。
文檔編號C23C14/00GK87107161SQ87107161
公開日1988年5月11日 申請日期1987年10月21日
發明者伊藤弘基 申請人:三菱電機株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan