CN101956163A - 真空气相沉积装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种真空气相沉积装置，其中作为用于蒸发气相沉积材料的容器的坩埚放置在真空室内部，并且通过使用在所述坩埚中蒸发的气相沉积材料在基板上形成薄膜。该装置包括用于从所述真空室的外部测量所述坩埚中的所述气相沉积材料的体积的测量装置。

Description

真空气相沉积装置
技术领域
本发明涉及真空气相沉积(vacuum vapor deposition)装置。
背景技术
迄今位置，真空气相沉积装置是已知的，其中作为用于蒸发气相沉积材料的容器的坩埚放置在真空室的内部，通过使用在坩埚中蒸发的气相沉积材料，薄膜形成在基板上。对于这种真空气相沉积装置，知道留在坩埚中的气相沉积材料的量对于计算重新在坩埚装填另外的气相沉积材料的时间是必要的。知道留在坩埚中的气相沉积材料的量还帮助防止由于坩埚和气相沉积材料在它们冷却时在它们之间产生的收缩差异导致的坩埚破裂。
在这方面，在通常实践中，基于薄膜形成的速率和时间周期已经按照惯例地评估剩余气相沉积材料的量。然而，事实是诸如粘附至真空室的壁面等上的蒸汽的大量浪费的蒸汽不对基板的薄膜形成起作用。为此，需要提前完成测试，以获得评估剩余气相沉积材料的量必需的数据，这涉及相当复杂的工作。
为了解决这个问题，例如，下面的专利文献1已经公开了一种真空气相沉积装置，其中通过使用连接至坩埚的质量测量部件测量坩埚质量变化而测量留在坩埚中的气相沉积材料的量。
引用列表
专利文献
专利文献1日本专利申请公开No.2002-235167
发明内容
技术问题
然而，当将要使用的诸如铝的气相沉积材料很可能被弄湿并粘附到坩埚的壁面上时，专利文献1中公开的真空气相沉积装置具有下述问题。在这种情况中，不可能在大致能用于薄膜形成的剩余气相沉积材料的量和粘附至坩埚的壁面并且因此不能用于薄膜形成的气相沉积材料的量之间进行区分。因此，大致能用于薄膜形成的剩余气相沉积材料的量碰巧被测量为比实际值大。
考虑到上述情况，本发明的目标是提供能够精确测量实质上用于薄膜形成的剩余气相沉积材料的量的真空气相沉积装置。
技术方案
本发明的解决上述问题的第一方面提供了一种真空气相沉积装置，其中作为用于蒸发气相沉积材料的容器的坩埚放置在真空室内部，并且通过使用在坩埚中蒸发的气相沉积材料在基板上形成薄膜，该真空气相沉积装置的特征在于包括用于从真空室的外部测量坩埚中的气相沉积材料的体积的测量装置。
本发明的解决上述问题的第二方面提供了根据第一方面的真空气相沉积装置，特征在于测量装置通过使用激光测量坩埚中的气相沉积材料的体积。
本发明的解决上述问题的第三方面提供了根据第二方面的真空气相沉积装置，特征在于测量装置放置在坩埚的上方。
本发明的解决上述问题的第四方面提供了根据第二方面的真空气相沉积装置，特征在于还包括位于真空室内部的用于反射激光的一个或多个反射镜，该真空气相沉积装置的特征在于测量装置放置在除了坩埚上方的位置之外的位置处。
本发明的解决上述问题的第五方面提供了根据第一方面的真空气相沉积装置，特征在于测量装置通过使用X射线测量坩埚中的气相沉积材料的体积。
有益效果
采用本发明，可以提供能够精确测量实质上用于薄膜形成的剩余气相沉积材料的量的真空气相沉积装置。
附图说明
图1为示出根据本发明第一实施例的真空气相沉积装置的结构的示意图。
图2为示出根据本发明第二实施例的真空气相沉积装置的结构的示意图。
图3为示出根据本发明第三实施例的真空气相沉积装置的结构的示意图。
图4为示出根据本发明第四实施例的真空气相沉积装置的结构的示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图描述根据本发明的真空气相沉积装置的各实施方式。
第一实施例
下文将描述根据本发明的真空气相沉积装置的第一实施例。
如图1所述，根据第一实施例的真空气相沉积装置具有放置在真空室1内部的坩埚3。坩埚3是用于蒸发气相沉积材料2的容器，是指气相沉积材料2在坩埚3中蒸发。作为例子，在第一实施例中，铝被使用为气相沉积材料2。
基板4放置在真空室1内部。使基板4在坩埚3上方通过，以在其上由蒸发的气相沉积材料2形成薄膜。在这里，图1图示了在薄膜形成期间基板4如何移动的实施例。实线表示测量气相沉积材料2的体积时基板4的位置，虚线表示在薄膜形成期间使基板4在坩埚3上方通过时基板4的位置。
观察窗5在坩埚3上方的位置处设置到真空室1。同时，作为例子，在第一实施例中，石英玻璃用于观察窗5，但可以使用除了石英玻璃之外的其它材料，只要它们能够从中传输激光。在真空室1内部的观察窗5下面，放置的是用于在薄膜形成时防止气相沉积材料2粘附至观察窗5的护窗板10。在图1中，作为例子，实线表示测量气相沉积材料2体积时的护窗板10的位置，点线表示薄膜形成期间护窗板10的位置。
激光位移计6在真空室1外部放置在观察窗5上方。激光位移计6通过采用激光辐射测量从激光位移计6到气相沉积材料2的距离、坩埚3内部的气相沉积材料2的表面中心附近的面积，并检测由气相沉积材料2表面反射的激光。基于测量的距离，激光位移计6测量气相沉积材料2的体积。注意到在采用激光位移计6测量气相沉积材料2的体积时，为了防止气相沉积材料2粘附到观察窗5上，坩埚3的温度降低至气相沉积材料2不会蒸发的温度。随后，基于测量的气相沉积材料2的体积，激光位移计6计算实质上用于薄膜形成的剩余气相沉积材料2的量。在图1中，作为例子，点划线表示激光的光路。
如上所述，根据第一实施例的真空气相沉积装置，采用激光直接地测量气相沉积材料2的体积。这使得能够精确地测量实质上用于薄膜形成的剩余气相沉积材料2的量。
此外，根据第一实施例的真空气相沉积装置，可以精确地计算出收集在坩埚3底部的且实质上用于薄膜形成的剩余气相沉积材料2的量。这使得能够在坩埚3和气相沉积材料2冷却时避免由于它们之间的收缩差异导致的坩埚3的破裂。这种精确的检测例如对于由于它的侧壁薄而易碎的PBN(热解氮化硼)坩埚3来说特别有效。
第二实施例
以下将描述根据本发明的真空气相沉积装置的第二实施例。
如图2所示，根据第二实施例的真空气相沉积装置具有放置在真空室1内部的坩埚3。坩埚3是用于蒸发气相沉积材料2的容器，是指气相沉积材料2在坩埚3中蒸发。作为例子，在第二实施例中，铝被使用为气相沉积材料2。
基板4放置在真空室1内部。使基板4在坩埚3上方通过，以在其上由蒸发的气相沉积材料2形成薄膜。在这里，图2图示了在薄膜形成期间基板4如何移动的实施例。实线表示测量气相沉积材料2的体积时基板4的位置，虚线表示在薄膜形成期间使基板4在坩埚3上方通过时基板4的位置。
观察窗5在坩埚3上方的位置处设置到真空室1。同时，作为例子，在第二实施例中，石英玻璃用于观察窗5，但可以使用除了石英玻璃之外的其它材料，只要它们能够从中传输激光。在真空室1内部的观察窗5的侧向侧，放置的是用于在薄膜形成时防止气相沉积材料2粘附至观察窗5的屏板22。激光位移计6在真空室1的外部放置在观察窗5上方。
用于反射激光的第一反射镜20和第二反射镜21放置在真空室1内部。注意到气相沉积材料2的薄膜也会形成在第一反射镜20和第二反射镜21上。然而，在第二实施例中，铝用作气相沉积材料2，即使在其上形成铝膜之后，这允许每个反射镜的表面保持镜面。为此，将不阻碍激光的反射。
激光位移计6通过下述方式测量从激光位移计6至气相沉积材料2的距离：用激光照射第一反射镜20；用由第一反射镜20反射的激光照射第二反射镜21；用由第二反射镜21反射的激光照射坩埚3中的气相沉积材料2表面中心附近的区域；以及检测由气相沉积材料2表面反射的通过相同路径的激光。基于测量的距离，激光位移计6测量气相沉积材料2的体积。随后，基于气相沉积材料2的测量体积，激光位移计6计算实质上用于薄膜形成的剩余气相沉积材料2的量。在图2中，作为例子，点划线表示激光的光路。
以这种方式，根据第二实施例的真空气相沉积装置，不仅能够实现由第一实施例的真空气相沉积装置带来的效果，而且即使在薄膜形成期间也能够精确地测量实质上用于薄膜形成的剩余气相沉积材料2的量。
此外，根据第二实施例的真空气相沉积装置，激光位移计6放置在与坩埚3上方的位置分开的位置处。这使得能够防止气相沉积材料2粘附到观察窗5上。
第三实施例
以下将描述根据本发明的真空气相沉积装置的第三实施例。
如图3所示，根据第三实施例的真空气相沉积装置具有放置在真空室1内部的坩埚3。坩埚3是用于蒸发气相沉积材料2的容器，是指气相沉积材料2在坩埚3中蒸发。作为例子，在第三实施例中，铝被使用为气相沉积材料2。
基板4放置在真空室1内部。使基板4在坩埚3上方通过，以在其上由蒸发的气相沉积材料2形成薄膜。在这里，图3图示了在薄膜形成期间基板4如何移动的实施例。实线表示测量气相沉积材料2的体积时基板4的位置，虚线表示在薄膜形成期间使基板4在坩埚3上方通过时基板4的位置。
观察窗5放置在真空室1的下部上。同时，作为例子，在第三实施例中，石英玻璃用于观察窗5，但可以使用除了石英玻璃之外的其它材料，只要它们能够从中传输激光。激光位移计6在真空室1的外部放置在观察窗5下面。
用于反射激光的反射镜30放置在真空室1内部。注意到气相沉积材料2的薄膜也会形成在反射镜30上。然而，在第三实施例中，铝用作气相沉积材料2，即使在其上形成铝膜之后，这允许反射镜的表面保持镜面。为此，将不阻碍由反射镜30反射激光。
激光位移计6通过下述方式测量从激光位移计6至气相沉积材料2的距离：用激光照射反射镜30；用由反射镜30反射的激光照射坩埚3中的气相沉积材料2表面中心附近的区域；以及检测由气相沉积材料2表面反射的通过相同路径的激光。基于测量的距离，激光位移计6测量气相沉积材料2的体积。随后，基于气相沉积材料2的测量体积，激光位移计6计算实质上用于薄膜形成的剩余气相沉积材料2的量。在图3中，作为例子，点划线表示激光的光路。
以这种方式，根据第三实施例的真空气相沉积装置，不仅能够实现由第一实施例的真空气相沉积装置带来的效果，而且即使在薄膜形成期间也能够精确地测量实质上用于薄膜形成的剩余气相沉积材料2的量。
此外，根据第三实施例的真空气相沉积装置，激光位移计6放置在真空室1的下面。这使得能够防止气相沉积材料2粘附到观察窗5上。
第四实施例
以下将描述根据本发明的真空气相沉积装置的第四实施例。
如图4所示，根据第四实施例的真空气相沉积装置具有放置在真空室1内部的坩埚3。坩埚3是用于蒸发气相沉积材料2的容器，是指气相沉积材料2在坩埚3中蒸发。作为例子，在第四实施例中，铝被使用为气相沉积材料2。
基板4放置在真空室1内部。使基板4在坩埚3上方通过，以在其上由蒸发的气相沉积材料2形成薄膜。X射线源40放置在真空室1的横向外侧。X射线源40用来自横向侧的X射线照射坩埚3。已经通过坩埚3的X射线由X射线检测器41检测，从而测量气相沉积材料2的体积。基于气相沉积材料2的测量体积，计算实质上用于薄膜形成的剩余气相沉积材料2。在这里，图4图示了薄膜形成期间基板4如何移动的实施例，也由点划线图示了X射线的照射检测。
以这种方式，根据第四实施例的真空气相沉积装置，采用X射线允许即使例如在薄膜形成期间使基板4在坩埚3上方通过时也能测量气相沉积材料2的体积。这使得不仅能够实现由第一实施例的真空气相沉积装置带来的效果，而且在任何时间都能够精确地测量实质上用于薄膜形成的剩余气相沉积材料2的量。
工业应用性
本发明例如适用于一种真空气相沉积装置，其中作为用于蒸发气相沉积材料的容器的坩埚放置在真空室内部，并且通过使用在坩埚中蒸发的气相沉积材料在基板上形成薄膜。
附图标记列表
1真空室
2气相沉积材料
3坩埚
4基板
5观察窗
6激光位移计
10护窗板
20第一反射镜
21第二反射镜
22屏板
30反射镜
40X射线源
41X射线检测器

Claims (5)

1.一种真空气相沉积装置，其中，作为用于蒸发气相沉积材料的容器的坩埚放置在真空室内，并且通过使用在所述坩埚中蒸发的气相沉积材料在基板上形成薄膜，所述真空气相沉积装置包括用于从所述真空室的外部测量所述坩埚中的所述气相沉积材料的体积的测量装置。
2.根据权利要求1所述的真空气相沉积装置，其中，所述测量装置通过使用激光测量所述坩埚中的所述气相沉积材料的体积。
3.根据权利要求2所述的真空气相沉积装置，其中，所述测量装置放置在所述坩埚的上方。
4.根据权利要求2所述的真空气相沉积装置，还包括位于所述真空室内部的用于反射激光的一个或多个反射镜，其中，所述测量装置放置在除了所述坩埚上方的位置之外的位置处。
5.根据权利要求1所述的真空气相沉积装置，其中，所述测量装置通过使用X射线测量所述坩埚中的所述气相沉积材料的体积。
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