CN1019513B

CN1019513B - 化合物薄膜形成装置

Info

Publication number: CN1019513B
Application number: CN87107161A
Authority: CN
Inventors: 伊藤弘基
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-10-29
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1992-12-16
Also published as: CN87107161A; DE3789753T2; DE3789753D1; CA1308689C; US4959242A; EP0266178B1; US4805555A; EP0266178A2; EP0266178A3

Abstract

本发明的化合物薄膜形成装置，在设于真空槽内的内部槽中设置电场屏蔽板，用以将电子束引出电极及电子束放出机构电位屏蔽，并在该电场屏蔽板与衬底之间设置加速电极。用以偏置电子束引出电极和电子束放出机构为正电位并将反应性气体加速。这样，使放出的电子束集中在反应性气体的通道附近，促进反应性气体的激励、离解或电离，从而能控制在印刷电路衬底上形成的蒸镀薄膜的结晶性和附着力等膜质，具有高速高效率地蒸镀优质薄膜的效果。

Description

本发明是关于化合物薄膜形成装置，特别是关于采用离子束蒸镀法蒸镀形成薄膜的化合薄膜形成装置。

一直以来，TiN、Al₂O₃、SiC等的化合物薄膜都是以喷溅法、化学汽相淀积法等方法而复盖于各种物品的表面。可是，以这样的方法复盖于物品表面的化合物薄膜，其缺点是硬度不足，附着力弱。

于是，在反应性气体气氛中，通过离子束蒸镀法喷出蒸镀物质的蒸气以形成化合物薄膜，这种称做反应性气体离子束蒸镀法也被使用着。

图2是载于《国际离子工程会议论文集》（ISIAT′83 & IPAT′83）的反应性气体离子装置的构成示意图。图中，（1）是被保持着所定真空度的真空槽，（2）是将真空槽（1）内的气体排出的真空排气系统，（3）是设置在真空槽（1）内的下方的密闭式坩埚，（4）是设置在这坩埚（4）的上部的至少一个的喷嘴，（5）是填充在坩埚（3）内部的蒸镀物质，（6）是将坩埚（3）加热的加热用灯丝，（7）是遮挡这个加热用灯丝（6）的热的热屏蔽板，（8）是将发自坩埚（3）的喷嘴（4）的蒸镀物质（5）的蒸气喷出而形成的原子团，（9）是由坩埚（3）、加热用灯丝（6）以及热屏蔽板（7）构成的蒸气发生源。

（10）是放出电子束的电离灯丝，（11）是将来自这个电离灯丝（10）的电离用电子引出并加速的电子束引出电极，（12）是遮挡电离灯丝（10）的热的热屏蔽板，（13）是由电离灯丝（10）、电子束引出电极（11）以及热屏蔽板（12）构成的原子团（8）的电离机构。

（14）是通过电离机构（13）而被电离成正离子的离子团，（15）是以电场加速离子团（14），使离子团（14）获得动能的加速电极，（16）是衬底（17）是在这衬底的表面上形成的蒸镀薄膜。

（18）是填充了含有组成化合物的元素，例如氧、氮、碳氢化合物等反应性气体的储气瓶，（19）是从储气瓶（18）将反应性气体导入真空槽（1）时调节流量的流量调节阀，（20）是将通过流量调节阀而被导入的反应性气体导向坩埚（3）的喷嘴（4）上方的导管，（21）是由储气瓶（18）、流量调节阀（19）及导管（20）构成的反应性气体导入系统。

（22）是将加热用灯丝（6）加热的第一交流电源，（23）是将坩埚（3）的电位偏置为正电位的第一直流电源，（24）是加热电离灯丝（10）的第二交流电源，（25）是将电离灯丝（10）偏置为负电位的第二直流电源，（26）是将电子束引出电极（11）及坩埚（3）偏置使之对于处在接地电位的加速电极（15）保持正电位的第三直流电源，（27）是由第一交流电源（22）、第一直流电源（23）、第二交流电源（24）、第二直流电源（25）及第三直流电源（27）构成的电源装置。

原来的化合物薄膜形成装置的构成有如上述，真空槽（1）的真空度通过排气系统（2）而被排气至1×10^-6mmHg的程度。从加热用灯丝（6）放出的电子通过由第一直流电源（23）所附加的电场而被加速，被加速了的电子与坩埚（3）相冲突，使坩埚（3）内的蒸气压达到数mmHg进行加热。通过这个加热，坩埚（3）内的蒸镀物质（5）蒸发，从喷嘴（4）向真空槽（1）中喷射。当蒸镀物质（5）的蒸气通过喷嘴（4）时，通过由于坩埚（3）与真空槽（1）之间的压力差而引起的绝热膨胀而成为过冷状态，大约100至1000个原子结合成块状原子团（8）。这个块状原子团（8）的一部分通过从电离灯丝（10）放出的电子束而被电离，成为块状离子团（14）。这块状离子团（14）与没有被电离的中性的块状原子团（8）一起，通过由加速电极（15）而形成的电场而被加速及控制，使之与衬底（16）相冲突。另一方面，在衬底（16）附近存在着由反应性气体导入系统（21）导入的反应性气体。于是，在衬底（16）附近，蒸镀物质（5）的块状原子团（8）及块状离子团（14）与反应性气体进行反应，从而在衬底（16）上蒸镀出化合物的薄膜，形成蒸镀薄膜（17）。

再者，各直流电源的作用如下：第一直流电源（23）使坩埚（3）的电位对于加热用灯丝（6）为正偏压，从而使由加热用灯丝（6）放出的热电子与坩埚（3）相冲突。第二直流电源（25），使由二交流电源（24）加热的电离灯丝（10）的电位对于电子束引出电极（11）为负偏压，以便将从电离灯丝（10）放出的热电子引到引出电极（11）的内部。第三直流电源（26）将电子束引出电极（11）及坩埚（3）偏置，使之对于处在接地电位的加速电极（15）为正电位。

在上述那样的薄膜形成装置中，由于真空槽（1）内的反应气体处于分子状态，其活性度低，在电离机构（13）附近，即使有被激励、离解、或电离的元素，其寿命也是短的，当到达了衬底（16）的附近时就回复到活性度低的状态。因此，所获得的薄膜的反应度低，反应性气体被排出，参与薄膜形成的反应性气体非常少量。

本发明是为了解决上述问题而研制的，其目的在于获得这样的一种化合物薄膜形成装置，即在衬底的表面上能高效率地蒸镀稳定的高质量的化合物薄膜。

本发明的化合物薄膜形成装置，在设置于真空槽内的内部槽中，设置电子束引出电极和把电子束放出机构电位地加以屏蔽的电场屏蔽板，以及设置在这电场屏蔽板和衬底之间、并偏置电子束引出电极和电子放出机构使之保持正的电位的加速电极。

在本发明中，由于通过电子束引出电极以及与电子束放出机构同电位的电场屏蔽板，使放出的电子束被封闭在这个电场屏蔽板内，特别是集中在反应性气体通路附近，所以使气体的激励、离解或电离能高效率地进行。

图1是表示本发明的一实施例的构成的示意图。图中，（1）～（20）所示的与原来的化合物薄膜形成装置中的对应各部件相同，其工作也是一样。蒸气发生源（9）和电离机构（13）设置在衬底的斜下方，而省略了其电源装置的图示。

（28）是设置在真空槽（1）内的内部槽，（29）是设置在这个内部槽中、并且与导管（20）的一端相连接的反应性气体的气体喷射喷嘴，（30）是设置在内部槽中并且放出电子的电子束放出机构，例如灯丝，（31）是将从这个电子束放出机构（30）放出的电子引出的第二电子束引出电极，（32）是围绕着电子束放出机构（30）和第二电子束引出电极（31）、并设置在作为从气体喷射喷嘴（29）被喷出的反应性气体的通道部分的电场屏蔽板，（33）是把在这电场屏蔽板（32）内形成的反应性气体的离子加速的第二加速电极。（21A）是由储气瓶（18）、流量调节阀（19）、导管（20）、气体喷射喷嘴（29）、内部槽（28）、电子束放出机构（30）、第二电子束引出电极（31）、电场屏蔽板（32）以及第二加速电极（33）构成的反应性气体导入系统。

（34）是对电子束放出机构（30）进行加热的第三交流电源，（35）是将第二电子束引出电极（31）偏置，使之对于电子束放出机构（30）为正电位的第四直流电源，（36）是将第二加速电极（33）偏置，使之对于电子放出机构（30）及第二电子束引出电极（31）为负电位的第五直流电源，（37）是由第三交流电源（34），第四直流电源（35）及第五直流电源（36）构成的第二电源装置。

在如上所述构成的化合物薄膜形成装置中，在以真空排气系统（2）排气而保持高真空的真空槽（1）内，通过调节设置在储气瓶（18）与真空槽（1）之间的流量调节阀（19），将反应性气体经由喷射喷嘴（29）导入，把真空槽内的气体压力调节在10^-5～10^-3mmHg的程度。这时，内部槽（28）内的气体压力将更高。另一方面，为了对设置在气体喷射喷嘴（29）的下游的第二电子束引出电极（31）放出电子束，由第四直流电源对此附加偏压，使通过第三交流电源（34）而被加热至2000℃程度的电子束放出机构（30）放出1A～5A程度的电子束，使反应性气体受激励、离解或电离而成为非常活性化的状态。由于电子束放出机构（30）与电场屏蔽板（32）是相同电位，所以放出的电子束被封闭在电场屏蔽板（32）内，特别集中在反应性气体通路附近。因此，反应性气体的激励、离群或电离能高效率地进行。

其次，以加热用灯丝（6）将坩埚（3）加热，直至坩埚（3）内的蒸气压达到数mmHg的程度时，蒸镀物质（5）蒸发，从喷嘴（4）喷射出来。这时，喷射的蒸镀物质（5）的蒸气或块状原子团（8），通过从电离灯丝（10）放出的电子而一部分被电离，成为块状离子团（14），通过由第一加速电极（15）〔以下加速电极（15）称做第一加速电极（15）〕所形成的电场而被加速，与没有电离的蒸镀物质（5）的蒸气或块状原子团（8）一起，跟衬底（16）发生冲突。

另一方面，在衬底（16）及其附近存在着激励、离解或电离子的反应性气体，它与蒸镀物质（5）的蒸气或块状原子团（8）冲突而进行反应，于是化合物的蒸镀薄膜（17）就形成在衬（16）上。还有，对于第一加速电极（15）和第二加速电极（33），通过第三直流电源（26）和第五直流电源而分别施加0～数KV的电压时，上述的块状离子团（14）及电离了的反应性气体受到加速而到达衬底（16）。因此，通过独立地改变这时的加速电压，就可独立地控制喷射到衬底（16）上的反应性气体离子及蒸镀物质（5）的蒸气或块状原子团的动能，从而能够控制在衬底（16）上形成的化合物薄膜的结晶性（单结晶、多结晶或非结晶等）以及附着力等的膜质。由于碰撞到衬底（16）上的离子或电子，使衬底（16）附近的反应性气体励起、离解或电离，所以促进了它与入射到衬底（16）上的块状离子团（14）的离子束的反应性，从而能高效率地形成化物薄膜。

再者，虽然在上述的实施例中，是就将电子束放出机构（30）与电场屏蔽板（32）作成同电位的情形而加以说明，但也可以将电场屏蔽板（32）偏置，使之对于电子束放出机构（30）呈负电位，在这种情况下，从电子束放出机构（30）放出的电子束更集中于反应性气体的通道，更能促进气体的活性化。

如上所述，由于本发明在设置于真空槽内的内部槽中，设置了将电子束引出电极及电子束放出机构电位地屏蔽的电场屏蔽板，以及在设置于该电场屏蔽板与衬底之间、并且加以偏置使之对于电子束引出电极及电子束放出机构呈正电位的加速电极，所以能控制形成在衬底上的蒸镀薄膜的结晶性和附着力等的膜质，具有以高速度、高效率、稳定地形成优质蒸镀薄膜的效果。

图1是表示本发明的一实施例的构成的示意图，图2是表示原来的化合物薄膜形成装置构成的示意图。

Claims

1、一种化合物薄膜形成装置，包括：保持有所定真空度的真空槽，设置在该真空槽内的衬底，向这衬底喷出蒸镀物质的蒸气、并产生上述蒸镀物质的块状原子团的蒸气发生源，设置在该蒸气发生源与所说衬底之间并使上述原子团的至少一部分电离的电离机构，设置在该电离机构与所说衬底之间并将通过上述电离机构而被电离了的原子团以及设有电离的蒸镀物质的原子团及蒸气向上述衬底碰撞的加速电极，其特征在于，该化合物薄膜形成装置备有：设置在所说真空槽内的内部槽，设置在该内部槽的内侧、用以喷射反应性气体的气体喷射喷嘴，设置在该气体喷射喷嘴的反应性气体的喷射方向上、用以引出电子束的电子束引出电极，设置在该电子束引出电极的反应性气体的喷射方向上、用以放出电子束的电子束放出机构，在上述的内部槽中，设置在所说电子束引出电极及所说电子束放出机构的外侧、用以对所说电子束引出电极和电子束放出机构进行电位屏蔽的电场屏蔽板，设置在该电场屏蔽板与所说衬底之间、用以对上述电子束引出电极及所说电子束放出机构进行正电位偏置、并且将上述反应性气体加速的加速电极。

2、权利要求1的化合物薄膜形成装置，其特征在于，所说电场屏蔽板与电子放出机构的电位相同或被偏置，使它对于电子束放出机构呈负电位。