CN1149303C

CN1149303C - 离子喷镀装置

Info

Publication number: CN1149303C
Application number: CNB971985057A
Authority: CN
Inventors: 酒见俊之; 田中胜
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 2004-05-12
Anticipated expiration: 2017-09-26
Also published as: CN1232511A

Abstract

一种离子喷镀装置是在真空容器11内配设的炉床30a、30b的周围各自设有内带环状永久磁铁的辅炉床31a、31b。在相邻的2个等离子体枪1A和1B上所设的环状永久磁铁21a和21b的磁极取向、电磁线圈22a和22b的磁极取向、导向线圈24a和24b的磁极取向以及内藏在2个炉床内的2个环状永久磁铁的磁极取向互为反向。

Description

离子喷镀装置

技术领域

本发明涉及一种具备有多个等离子体枪的离子喷镀装置。

背景技术

采用压力倾斜型的等离子体枪的离子喷镀装置以其可在基板上形成品质良好的膜而闻名。但是，因由等离子体枪所产生的等离子体束扭曲导致在基板上形成的膜的厚度不均匀。于是，本发明者等在用作阳极的炉床周围设置环状的永久磁铁，提出了减少等离子体束扭曲的离子喷镀装置。

下面参照图1、图2对这个离子喷镀装置进行说明。压力倾斜型的等离子体枪101带有阴极102、第1中间电极103和第2中间电极104。第1中间电极103内设有环状永久磁铁，第2中间电极104内设有电磁线圈。在等离子体枪101的周围设有导向线圈105。在真空容器106内的上方配设有要被处理的基板107，在真空容器106内的下方配设有作为阳极的炉床108。在炉床108的周围设置着环状永久磁铁109。

再参照图3对等离子体枪101、导向线圈105以及环状永久磁铁109进行说明。在第2中间电极104内所设的电磁线圈方面，把从线圈中心出来磁力线的那一侧称为N极。

把第1中间电极103朝第2中间电极104的那一侧作为“S极”，把第2中间电极104以及导向线圈105朝第1中间电极103的那一侧作为“S极”，永久磁铁109的上方为“S极”。把这样的类型称为S型。

另一方面，第1中间电极103、第2中间电极104、导向线圈105以及永久磁铁109的各磁极与上述S型的情况完全相反的类型称为N型。

根据上述离子喷镀装置，当使之从等离子体枪101产生等离子体束时，与不带有环状永久磁铁109的以往的离子喷镀装置相比，等离子体束的扭曲较少。可是，如图2所示，在S型的情况下，等离子体束从离子体枪101的中心偏向图中的左侧。另一方面，在N型的情况下，等离子体束偏向右侧。这是源于当在磁场中的等离子体柱上流通电流时等离子体柱上会出现扭曲变形这一等离子体特有的现象。

与上述离子喷镀装置不同，在特开昭63-47362号公报中公开了在1个真空容器上同时配设多个等离子体枪的离子喷镀装置。但是，在这个离子喷镀装置的情况下，多个等离子体枪或导向线圈等的磁力线互相干扰。其结果是与只设1个离子体枪的离子喷镀装置相比等离子体束扭曲更严重。

发明内容

因此，本发明的目的是为了提供一种离子喷镀装置，使得即便在同时配设多个等离子体枪的情况下也可以减少多个等离子体束的扭曲。

本发明所设计的离子喷镀装置在真空容器上配设带有磁铁部件的多个等离子体枪，在多个等离子体枪中各自设有导向线圈，在真空容器中与多个等离子体枪相对应配设有多个炉床。在上述多个炉床的周围各自设有环状永久磁铁。相邻的2个等离子体枪上的2个上述磁铁部件的磁极取向、相邻的2个上述导向线圈的磁极取向以及2相邻的个上述环状永久磁铁的磁极取向分别互为反向。

附图说明

图1为在炉床周围设置环状永久磁铁的以往的离子喷镀装置的纵向剖面图。

图2为图1沿A-A’线的剖面图。

图3为说明图1所示装置的离子体枪、导向线圈和炉床周围的环状永久磁铁的磁极关系的图。

图4为本发明所设计的离子喷镀装置横向剖面图。

图5为图4沿B-B’线的剖面图。

图6为图4沿C-C’线的剖面图。

图7为表示图5所示的环状永久磁铁和电磁线圈的组合例的图。

具体实施方式

参照图4-图6对本发明理想的实施例中的离子喷镀装置进行说明。这种离子喷镀装置适用于使蒸发粒子附着在基板上形成膜。在这个实施例中对在真空容器11上设有2个等离子体枪1A、1B的情况进行说明。

参照图6对等离子体枪1B那一侧的构成进行说明。在真空容器11的侧壁上所设的筒状部12b上装有压力倾斜型的等离子体枪1B。等离子体枪1B备有一端被阴极14b封闭了的玻璃管15b，在玻璃管15b内设有固定在阴极14b上的由钼Mo制成的圆筒18b，在圆筒18b内设有由LaB6材料制成的圆盘16b和由钽Ta制成的管子17b。管子17b是为了把由氩Ar、氦He等惰性气体组成的载气18导入等离子体枪1B内的。

在玻璃管15b的与阴极14b相向的端部与筒状部12b之间同轴地配设着第1、第2中间电极19b、20b。在第1中间电极(第1栅极)19b内设有用于聚敛等离子体束的环状永久磁铁21b。在第2中间电极(第2栅极)20b内也设有用于聚敛等离子体束的电磁线圈22b。这个电磁线圈22b由电源23b供电。

在装配了等离子体枪1B的筒状部12b的周围设有用于把等离子体束导入真空容器11中的导向线圈24b。导向线圈24b由电源25b励磁。在阴极14b与第1、第2中间电极19b、20b之间各自通过跟随电阻26b、27b连接着可变电压型的主电源28b。

在真空容器11的底部设有主炉床30b和在其周围配设的环状的辅炉床31b。主炉床30b带有用于入射来自等离子体枪1B的等离子体束的凹部，存放着ITO(铟--锡氧化物)压片那样的蒸发物。

主炉床30b和辅炉床31b都是热传导率高的电导体材料，比如由铜制成。借助于绝缘材料，辅炉床31b被安装成对于主炉床30b绝缘。而且，主炉床30b和辅炉床31b通过电阻48b连接着。因此，主炉床30b构成阳极，用于吸引从等离子体枪1B产生的等离子体束。

在辅炉床31b内放置着环状永久磁铁35b和电磁线圈36b。电磁线圈36b由炉床线圈电源38b供电。在此情况下，要构成使被励磁了的电磁线圈36b在中心区的磁场方向与由环状永久磁铁35b产生的中心区的磁场方向相同。炉床线圈电源38b为可变电压型的电源，通过使其电压变化可以改变供给电磁线圈36b的电流。

在真空容器11的内部还设有基板支架42，用于保持位于主炉床30b上方的蒸发粒子被蒸发附着的基板41。在基板支架42上设有加热器43，加热器43由加热器电源44供电。基版支架42被支撑在真空容器11中，相对于真空容器11是电绝缘的。在真空容器11和基板支架42之间连接着偏置电源45。由此，相对于与零电位连接的真空容器11，基板支架42被偏置成负电位。

辅炉床31b通过转换开关46b与主电源28b的正极连接。主电源28b还通过开关S1b与跟随电阻29b和辅放电电源47b并联连接。

在这个离子喷镀装置中，在等离子体枪1B的阴极和真空容器11内的主炉床30b之间发生放电，由此产生等离子体束(未图示)。这个等离子体束由根据导向线圈24b和辅炉床31b内的环状永久磁铁35b所决定的磁场导引到主炉床30b上。存放在主炉床30b上的蒸发物质通过等离子体束被加热并蒸发。蒸发了的粒子通过等离子体束被电离，附着在加了负电压的基板41的表面上，从而在基板41上形成被膜。

由于基板41为等离子体枪1A、1B所共同处理的材料，因此，对于等离子体枪1A、1B，基板支架42、加热器43、加热器电源44以及偏置电源45也是公同的，等离子体枪1A那一侧的构成与等离子体枪1B的情况是同样的。

如把图3所示的等离子体枪(第1、第2中间电极103、104及永久磁铁109的磁极按图3所说明的情形配置)作为S型，第1、第2中间电极103、104及永久磁铁109的磁极成为与S型相反的类型则为N型。本发明具有的特征点是相邻地并排设置S型的等离子体枪和N型的等离子体枪。

如图4、图5所示，因S型的等离子体枪和N型的等离子体枪不同，导向线圈24a和24b、辅炉床31a和31b的磁极互为反向。而且，辅炉床31a、31b也可以只备有永久磁铁。

比如，只有一个等离子体枪1A的情况下，如图2所说明，因等离子体束在射入炉床前会发生等离子体束的扭曲，等离子体束先向图中左侧超出后再由炉床108的正上方射入到炉床108内。因此，如果把2组相同磁极取向的等离子体枪和炉床并排，相互导致等离子体先挤向图中左侧再入射到炉床上。

与此相对应，如图5所示，在图中右侧配设着S型的等离子体枪1A，在图中左侧配设着N型的等离子体枪1B，使磁极的取向相反，等离子体的走向变得左右对称。特别是当等离子体枪1A、1B按图5所示并排的情况下，2个等离子体束先是象互相朝中间合并似散开，然后再入射到各自的炉床30a、30b。

这种情况下可以在2个等离子体束之间的区域产生高密度的等离子体，实现在大面积范围内使用高密度等离子体的离子喷镀成为可能。

相反，如果想尽量减少因等离子体引起的损伤，要构成与图5相反的磁极关系，也就是说，在图5的右侧配设N型的等离子体枪1B、在图5的左侧配设S型的等离子体枪1A。其结果是可以减少中间附近的等离子体。

如上所述，根据S型和N型的等离子体的配设位置可以改变等离子体束之间的等离子体密度，也可以通过在真空容器的内部或外部配设永久磁铁或铁芯来控制等离子体的密度。

比如，如图4、图5所示，通过在辅炉床31a、31b之间设置分离等离子体用的永久磁铁10就可以分离辅炉床31a、31b之间的离等离子体。这种情况下，永久磁铁10的磁极取向要配设成朝向辅炉床31a、31b的永久磁铁10的上部磁极并使相向的磁极互为相反。

还有，在上述实施例中，就等离子体枪1B那一侧而言，如图7(a)所示，在N极朝上的环状永久磁铁35b上面叠加配设着电磁线圈36b。可是，如图7(b)所示，也可以在S极朝上的环状永久磁铁35b上面叠加配设着电磁线圈36b。这种情况下，通过电磁线圈36b的电流与图7(a)的情形相反。

另一方面，如图7(c)所示，也可以在N极朝上的环状永久磁铁35b的下面叠加配设着电磁线圈36b。而且，如图7(d)所示，还可以在S极朝上的环状永久磁铁35b下面叠加配设着电磁线圈36b。这两种情况下，如上所述，通过电磁线圈36b的电流要使得被励磁了的电磁线圈36b在中心区的磁场方向与由环状永久磁铁35b所产生的在中心区的磁场方向相同。

根据本发明，通过使多个等离子体枪中相邻的2个等离子体枪的导向线圈、辅炉床的磁极取向互为反向，减少各自产生的磁力线的干扰，这样就减少了等离子体束的扭曲。因此，可以提供可在大面积范围内使用高密度等离子体进行离子喷镀的离子喷镀装置。

Claims

1.一种离子喷镀装置，其特征在于在这种离子喷镀装置中在真空容器上配设带有磁铁部件的多个等离子体枪、在多个等离子体枪中各自设有导向线圈、在真空容器中与多个等离子体枪相对应配设有多个炉床，在上述多个炉床的周围各自设有环状永久磁铁，相邻的2个等离子体枪上的2个上述磁铁部件的磁极取向、相邻的2个上述导向线圈的磁极取向以及相邻的2个上述环状永久磁铁的磁极取向分别互为反向。

2.根据权利要求1所述的一种离子喷镀装置，其特征在于在这种离子喷镀装置中通过在真空容器的内部或外部配设永久磁铁或铁芯来调节从上述多个等离子体枪产生的等离子体的分布。

3.根据权利要求1所述的一种离子喷镀装置，其特征在于在这种离子喷镀装置中通过在相邻2个上述炉床之间设置分离等离子体用的永久磁铁使得上述环状永久磁铁朝等离子体枪那一侧的磁极与上述分离等离子体用的永久磁铁朝环状永久磁铁那一侧的磁极相反。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的离子喷镀装置，其特征在于在这种离子喷镀装置中电磁线圈叠加在上述环状永久磁铁上。