CN1385554A - 真空成膜装置 - Google Patents
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Abstract
一种真空成膜装置,包括用于保持内部空间的真空氛围气的成膜用真空腔和为辅助成膜而在所述真空腔内使用的辅助器具,所述辅助器具通过设于所述真空腔的开口部跨所述真空腔的内外而设置,固定于所述真空腔外设置的静止结构件上,同时,通过由可维持所述真空腔内的真空氛围气的材质形成并具有弹性的连接部件安装在所述真空腔上。
Description
技术领域
本发明涉及真空成膜装置。
背景技术
通常真空成膜装置是将蒸发源配置在真空腔内，将蒸发源蒸发的膜的原料作为膜析出在支承于真空腔内的基板表面进行成膜。配置所述蒸发源、支承基板的真空腔内部的空间为了使膜的原料蒸发并在基板上形成膜，利用真空泵等排气装置形成规定压力的真空氛围气。
形成膜的基板由安装在真空腔的基板架支承。该基板架通过设在真空腔的被称作孔的开口安装在所述真空腔中，其结果，所述基板在真空腔内的空间中由基板架支承。
这样，在真空腔设有蒸发源和基板架，另外，还设有用于光学检测形成于基板上的膜厚的光监测器(膜厚传感器)、用于调节膜厚的膜厚调节板(以下称补正板)及用于检测成膜时基板的温度的温度传感器等真空腔内进行成膜时所用的各种辅助器具。
另外，所述光监测器自光监测器投光部向基板照射光，由光监测器受光部检测通过基板的光或由基板反射的光，从而测定形成于基板的膜厚，检测是否形成了作为目标的膜。
这里，当利用排气装置排出所述真空腔内部的空间的空气，使压力下降时，在内部和外部之间会产生压力差，该压力差有时会使真空腔产生变形。
在真空腔产生变形的情况下，安装在真空腔的基板架、光监测器投光部和光监测器受光部的相对位置关系会产生偏移，使光监测器的光轴产生偏移，不能高精度地利用光监测器进行膜的测定。
同样，在真空腔产生变形的情况下，蒸发源、补正板、温度传感器等相对于基板的相对位置关系也会产生偏移。在蒸发源和基板之间的相对位置关系产生了偏移时，蒸发源蒸发的膜的原料的膜厚分布就会发生变化。同样，在补正板和基板之间的相对位置关系产生偏移时，就会对膜厚的均一化带来障碍。在温度传感器和基板之间的相对位置关系产生偏移时，就不能正确测定作为重要的成膜条件之一的基板温度。
这样，真空腔的变形引起的在各种辅助器具间产生的相对位置偏移，会在成膜时带来各种障碍，有碍高精度的成膜。
因此，在现有真空成膜装置中，在真空腔中设置有基板架、光监测器投光部及光监测器受光部的部位及安装有其他辅助器具的部位，通过特别加厚腔壁的壁厚或配置特殊的加强部件等形成不产生变形的结构。
但是，对真空腔采用上述特殊结构会导致真空腔结构的复杂化及真空腔的大型化，甚至导致成膜装置制造成本的增加。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种真空成膜装置，不会降低光监测器对膜的测定精度等，不会因真空腔产生的变形对成膜产生影响，不会导致真空腔结构的复杂化等。
本发明是鉴于上述问题而开发的，本发明的真空成膜装置包括用于保持内部空间的真空氛围气的成膜用真空腔和为辅助成膜而在所述真空腔内使用的辅助器具，所述辅助器具通过设于所述真空腔的开口部跨所述真空腔的内外而设置，固定于所述真空腔外设置的静止结构件上，同时，通过由可维持所述真空腔内的真空氛围气的材质形成并具有弹性的连接部件安装在所述真空腔上。
通过采用这种结构，所述辅助器具即使在真空腔产生变形的情况下，该变形对所述辅助器具的绝对位置(例如以静止结构件为基准的位置)带来影响的变位也由所述连接部件吸收，可在所述辅助器具的绝对位置不变位的情况下，高精度地使用膜厚传感器、膜厚调节板、蒸发源及温度传感器等辅助器具进行成膜。
本发明中所述连接部件是波纹管，以使所述辅助器具和所述开口部之间密封的方式设置。
这样，通过用波纹管作为所述连接部件，可使用于连接辅助器具和真空腔的结构采用简单的结构，可可靠地维持真空腔内的真空氛围气。
本发明中所述辅助器具是基板架、用于检测膜厚的膜厚传感器、用于调节膜厚的膜厚调节板、用于蒸发膜的原料的蒸发源及用于检测要成膜的基板的温度的温度传感器中的任何一个或多个。
这样，所述辅助器具以基板架、膜厚传感器、膜厚调节板(补正板)、蒸发源及温度传感器中的任何一个或多个为对象，例如在用光监测器作为膜厚传感器的情况下，就不会产生基板架和光监测器投光部及光监测器受光部的相对位置关系的偏移，可高精度地测定膜厚。另外，基板架和蒸发源的相对位置关系不会产生偏移，形成的膜的膜厚分布均匀。同样，不会产生基板架和补正板的相对位置关系的偏移，可高精度地使膜厚均匀。并且，基板架和温度传感器的相对位置关系不会产生偏移，可正确地测定作为成膜条件之一的基板温度。总之，通过使各种辅助器具的绝对位置不产生变位，与现有技术相比，可极高精度地进行成膜。
本发明的真空成膜装置包括：真空腔，其内部空间形成真空氛围气；蒸发源，配置在真空腔内，用于蒸发膜的原料；基板架，通过真空腔的开口将表面上形成膜的基板以使所述表面面朝真空腔中心的方式支承在真空腔内的空间中；光监测器投光部，固定在真空腔外部的静止结构件上，自真空腔的外部向所述基板照射光；光监测器受光部，固定在真空腔外部的静止结构件上，接收来自所述基板的光，所述基板架固定在所述真空腔外部的静止结构件上，同时，通过由具有弹性且可保持内侧的真空氛围气的材质形成的缓冲装置安装在真空腔上。
通过采用这种结构，基板架被固定并支承在真空腔外部的静止结构件上，同时，通过缓冲装置安装在真空腔上。因此，即使真空腔产生变形，该变形带来的变位也会被所述缓冲装置吸收，故不会因所述变形带来的变位使基板架的位置变位。
由于所述基板架、光监测器投光部及光监测器受光部固定支承在真空腔外部的静止结构件上，故它们之间不会产生相对的位置偏移，不会产生用于检测基板上的膜厚的光轴的偏移。由此，可利用光监测器高精度地检测基板上形成的膜的膜厚。
本发明的所述真空成膜装置，将所述光监测器受光部一体组装在覆盖所述基板架的罩的内侧，且配设于基板架支承的所述基板的表面的背面侧，使所述光监测器投光部和光监测器受光部夹着真空腔中心相对设置。
通过采用这种结构，光监测器受光部被一体组装在基板架上，在基板的背面侧检测与该光监测器受光部相对设置的光监测器投光部射出的光，检测基板上形成的膜的膜厚，故可高精度地检测膜厚，同时可使将光监测器设置于真空腔的结构简化。
在本发明的上述真空成膜装置中，使用波纹管作为所述缓冲装置，所述基板架与所述波纹管的一端侧一起固定在所述真空腔外部的静止结构件上，且所述波纹管的另一端侧安装在所述真空腔的开口的周边。
这样，通过用波纹管作为缓冲装置，可使用于将基板架安装在真空腔的结构简化。
附图说明
图1是本发明真空成膜装置的正面剖面图；
图2是表示图1所示的真空成膜装置的上部的局部放大图；
图3是用于防止因真空腔产生的变形而在蒸发源产生位置偏移的情况的其他结构的局部剖面图。
具体实施方式
下面参照图1及图2说明本发明的实施例。
图1是表示本发明实施例的真空成膜装置30的结构的图，是成膜装置30的正面图。图2是放大显示图1所示的成膜装置30的上部的局部放大图。
图1、图2所示的成膜装置30的结构使得作为成膜方式可以利用所谓真空蒸镀在配置于真空腔1内的基板10上成膜。真空腔1可利用未特意图示的真空泵排出内部空间的气体，形成所需的真空氛围气。
在腔1内的下部配置有用于使膜的原料物质在腔1内的空间蒸发的两个蒸发源14、14。蒸发源14具有保持膜的原料的坩埚14a和用于向膜的原料照射电子束进行加热的电子枪。
该成膜装置30上设有覆盖蒸发源14、14各自上方的遮蔽板15、15。该遮蔽板15被驱动时，以支柱13为旋转中心进行公转。在照射电子束加热膜的原料时，至所述原料稳定蒸发需要一定的时间。因此，在利用蒸发源14加热膜的原料而不在基板10附着膜的情况下，驱动遮蔽板15，使其覆盖在蒸发源14的上方。而在利用蒸发源14蒸发膜的原料，并在基板10附着膜的情况下，驱动遮蔽板15，使其自蒸发源14的上方避开。
基板10在真空腔1内的上部由下部具有基板架的基板旋转装置2支承，该基板旋转装置2设置在真空腔1的基板旋转装置用开口(孔)1a。该基板旋转装置2具有罩3、基板支承件4和传感器支承件7。罩3覆盖基板旋转装置2的外侧，形成围绕中心轴C旋转对称。
基板支承件4具有基板安装部5和由下端支承该基板安装部5的圆筒鞘6。基板安装部5形成围绕中心轴C旋转对称，在同样围绕中心轴C形成旋转对称的中空圆筒鞘6的下端被支承为相互的中心轴C一致。该圆筒鞘6通过真空腔1的开口1a跨所述真空腔1的内外之间而设置，故支承基板安装部5的下端侧位于真空腔1的内部。另外，虽然基板10安装在基板安装部5的下部，但是，基板10是使形成膜的表面朝向腔1的中心(即下方)而安装的。
圆筒鞘6的外周与直接驱动电机22的驱动部滑接，利用直接驱动电机22的驱动与基板安装部5一起绕中心轴C旋转。由此，可使基板10旋转并成膜。
基板旋转装置2利用上述说明的基板安装部5和圆筒鞘6支承基板10，故可安装在真空腔1外部，同时，可将基板10通过开口1a支承在真空腔1内的空间中。
圆筒鞘6和罩3之间沿圆筒鞘6的长度方向配设有多个磁性流体密封件23，可保持内侧的真空状态。
传感器支承件7具有传感器安装部8和下端安装有该传感器安装部8的圆筒部9。该圆筒部9配设于圆筒鞘6的内侧，传感器安装部8配设于基板安装部5的内侧。所述圆筒部9形成绕中心轴C旋转对称，而且形成中空。利用自圆筒部9上端与所述圆筒部9一体向横向延长设置的部分构成罩3的上部的一部分。
传感器安装部8的下端使其受光头11a朝下而安装有光监测器受光部11。其结果，光监测器受光部11设置为自真空腔1的中心看位于基板10的上侧，以受光头11a面朝基板10背面侧的方式安装。
该光监测器受光部11接收后述的光监测器投光部12投光并透过基板10而来的光，从而形成光信号。由该光监测器受光部11检测的光信号包括有关基板10上成膜的膜厚的数据，可根据该光信号检测基板10上形成的膜厚。
另外，用光监测器受光部11检测出的光信号被作为电信号通过圆筒部9的内侧的信号线24导向外部，输入未特意图示的成膜装置30的控制装置。然后，利用该控制装置可检测成膜装置30形成的膜厚。
所述传感器支承件7固定在基板旋转装置2的罩3上，与在传感器支承件7的外侧旋转的基板支承件4结构上形成分体组装。
光监测器投光部12利用投光头12a射出光监测器受光部11可检测的波长的光。在该成膜装置30的例子中，光监测器投光部12设置在真空腔1的外部，其投光头12a夹着真空腔的中心与光监测器受光部11的受光头11a相对设置。
也就是说，在该成膜装置30中，光监测器投光部12设置为相对于真空腔1的中心，自与设置有基板旋转装置2的孔1a相反侧的孔1b使光射入腔1内。另外，设置有光监测器投光部12的孔附设有相对于光监测器投光部12射出的光光学透明的窗户，可将光监测器投光部12射出的光导入真空腔1内。
蒸发源14蒸发的膜的原料根据距电子束对该原料的照射位置的距离分布形态散乱。因此，为了得到更均匀的膜厚，如上所述，在成膜时驱动直接驱动电机22，使基板10绕中心轴C旋转。但是，在这种情况下，旋转的基板10的中心位置的膜厚变得最厚，而径向越靠外膜厚越薄。于是，在本实施例中，设置了用于纠正这种膜厚偏差的补正板25。该补正板25形成长板形状，在基板10和蒸发源14之间基板10的附近，平行于该基板10而设置。该补正板25的长度方向的一端位于旋转的基板10的旋转中心，另一端通过棒状的补正板支承轴26支承在真空腔1及基板旋转装置用架台18上。
本实施例的成膜装置30在基板旋转装置2上设有用于调节作为成膜条件之一的基板10的温度的加热器(未图示)，用于将电力向该加热器供给的电力线配设于构成传感器支承件7的圆筒部9内部，与外部设置的电源连接。另外，为了检测用所述加热器加热的基板10的温度，使用热电偶(未图示)作为温度传感器。该热电偶安装成其热接点接近基板10的表面，与所述加热器的动力线同样配设于圆筒部9内部，冷接点设于基板旋转装置2的外部。
形成圆筒形的冷却部27以包围基板安装部5的状态，将一侧的开口部安装在真空腔1的顶部。该冷却部27吸收自所述加热器放射的热量，降低磁性流体密封件23被加热的情况，从而防止该磁性流体密封件23引起的腔1内的气密性损失。
如上所述，在本实施例的成膜装置30中，采用将光监测器受光部11一体组装在基板旋转装置2内的结构，采用通过配置于基板10背面侧的光监测器受光部11检测膜厚的结构。这样，可高精度地进行膜厚的检测，同时，可使将光监测器受光部11安装在真空腔1的结构简单。
该成膜装置30由真空腔1外部的静止结构件即设置用架台20支承。设置用架台20具有腔设置用架台16、光监测器投光部用架台17、基板旋转装置用架台18及纵架19，采用将它们组装的结构。而且，该设置用架台20被固定支承在设置成膜装置30的实验室的地板等处。
腔设置用架台16沿真空腔1的下端水平配设，自下侧支承真空腔1。光监测器投光部用架台17水平配设在腔设置用架台16的下侧，自下侧支承光监测器投光部12。基板旋转装置用架台18水平配设于真空腔1的上侧，自下侧支承基板旋转装置2。纵架19在所述基板旋转装置用架台18、腔设置用架台16及光监测器投光部用架台17之间，沿垂直方向连结所述架台16、17、18。
另外，具有所述腔设置用架台16、光监测器投光部用架台17、基板旋转装置用架台1 和纵架19的设置用架台20采用坚固的结构，可支承具有相当重量的上述真空腔1及基板旋转装置2等。
基板旋转装置2通过作为缓冲装置(连接部件)的波纹管21安装在基板旋转装置用架台18及真空腔1。更详细地说，基板旋转装置2如下安装。
也就是说，基板旋转装置2的安装凸缘3a与波纹管21的长度方向一端侧一起安装在基板旋转装置用架台18上。由此，基板旋转装置2被固定支承在基板旋转装置用架台18上。
波纹管21的长度方向的另一端侧安装在真空腔1的开口1a的周边。这样，基板旋转装置2就通过波纹管21被安装在真空腔1。
上述波纹管21由金属材料制造，形成侧面呈蛇腹形的筒状，是具有弹性的结构部件。而且，波纹管21一侧的开口端与另一侧的开口端可在轴向伸缩，同时另一侧的开口端相对于一侧的开口端也可向与轴正交的方向偏移变形。
波纹管21由具有可承受真空腔1内部和外部之间的压力差的强度的材质形成，可保持真空腔1内部的真空状态。
根据这种成膜装置30，一体组装有光监测器受光部11的基板旋转装置2及光监测器投光部12安装在作为静止结构件的设置用架台20上，故在光监测器投光部12、光监测器受光部11及基板10之间不会产生相对的位置偏移。
而且，通过利用真空泵等对真空腔1内进行排气使其形成低压，即使真空腔1产生了机械性变形，其引起的变位也会被波纹管21吸收，不会受到基板旋转装置2因所述真空腔1的变形而变位等影响。
在本实施例的成膜装置30中，如上所述，在基板旋转装置2的内部配设有加热器、电力线及作为温度传感器的热电偶，故与光监测器受光部11同样，这些辅助器具和基板10之间也不会产生相对的位置偏移。
在上述说明中，以具有基板架的基板旋转装置2及光监测器投光部12为对象，就防止因真空腔1产生的变形引起位置偏移的情况进行了说明，也可以其他辅助器具为对象。
例如，图3是表示本发明其他实施例的局部剖面图，表示用于防止因真空腔1产生的变形引起蒸发源14产生位置偏移的结构。如图所示，蒸发源14通过波纹管14c安装在真空腔1及腔设置用架台16上。
更详细地说，蒸发源14包括用于承载膜的原料的坩埚14a和在上部支承该坩埚14a同时将电机M产生的旋转驱动力传递给所述坩埚14a的旋转轴14b。下端接合有圆盘状凸缘14e的圆筒状轴承部件14d使其轴垂直设在腔设置用架台16上，该轴承部件14d的上端通过真空腔1具有的开口1c而位于真空腔1内。
所述凸缘14e具有与所述轴承部件14d内径相同直径的孔。所述旋转轴14b插通所述轴承部件14d及凸缘14e，以贯通腔设置用架台16的状态设置，其下端连接有电机M。
波纹管14c一侧的开口侧与所述凸缘14e一起安装在腔设置用架台16上，另一侧的开口侧安装在真空腔1的所述开口1c的周边。
通过采用这种结构，蒸发源14与波纹管14c一侧的开口侧一起被固定安装在腔设置用架台16上，即使在真空腔1产生变形的情况下，也可由波纹管14c吸收影响蒸发源14的变位。另外，真空腔1和腔设置用架台16之间利用波纹管14c而被密封，故可维持真空腔1内部的真空氛围气。
另外，即使是补正板25，通过使用波纹管形成同样的结构，也可以得到：即使在真空腔1产生变形的情况下，也可吸收在基板10及补正板25之间产生相对位置偏移的变位的效果。另外，即使加热器、电力线及热电偶不与基板旋转装置2形成一体而是另外自真空腔1具有的开口设置在内部，也可使用波纹管形成同样的结构，从而得到同样的效果。
也就是说，在用于真空成膜装置30的辅助器具中所有通过真空腔1具有的开口设置在内部的辅助器具，均可通过使用波纹管形成与基板旋转装置2或蒸发源14同样的结构，而防止受到真空腔1产生的变形的影响，实现高精度的成膜。
另外，在以上的说明中，作为缓冲装置举出了由波纹管构成的例子，但波纹管之外只要是由具有可承受通到真空腔1内的内部空间与处于大气压的外部空间的压力差的强度同时具有弹性的结构部件构成即可。从通过缓冲装置将基板旋转装置设置在真空腔而言，只要采用可将一侧的开口侧与基板旋转装置一起固定在设置用架台并将另一侧的开口侧安装在真空腔的开口的结构即可。
上述说明的成膜装置30是将光监测器投光部12和光监测器受光部11以夹着真空腔1的中心位于相互相对侧的方式设置的，但并不必要使光监测器投光部和光监测器受光部相对于真空腔1的中心位于相互相对侧。
也就是说，光监测器投光部和光监测器受光部只要被固定支承在真空腔1外部的静止结构件上即可，不必要相对于真空腔1的中心位于相互相对侧。例如，也可以将光监测器投光部和光监测器受光部均设置在与基板相对的背面侧，在与基板相对的背面侧接收来自基板的反射光，检测基板表面上形成的膜的膜厚。
无论将固定于真空腔1外部的静止结构件上的光监测器投光部和光监测器受光部位于任何位置，用于支承基板的基板旋转装置都固定支承在真空腔1外部的静止结构件上并通过缓冲装置安装在真空腔上。这样，可将基板架安装在真空腔，同时，可防止真空腔产生的变形使基板架和基板旋转装置变位等。
在上述说明中，成膜装置30是以利用真空蒸镀成膜的真空蒸镀装置为例说明的，但采用其他成膜方式的装置也可实施本发明。
例如，即使是利用离子镀等成膜的装置，只要是将用于支承基板的基板架固定支承在真空腔外部的静止结构件上并通过缓冲装置安装在真空腔，将用于检测基板上形成的膜的膜厚的光监测器投光部和光监测器受光部固定支承在静止结构件上即可。
如上所述，根据本发明，可提供一种真空成膜装置，该真空成膜装置可消除真空腔产生的变形对成膜的影响，可避免导致真空腔的大型化及其结构的复杂化等。
Claims (6)
1、一种真空成膜装置，包括用于保持内部空间的真空氛围气的成膜用真空腔和为辅助成膜而在所述真空腔内使用的辅助器具，其特征在于，
所述辅助器具通过设于所述真空腔的开口部跨所述真空腔的内外而设置，固定于所述真空腔外设置的静止结构件上，同时，通过由可维持所述真空腔内的真空氛围气的材质形成并具有弹性的连接部件安装在所述真空腔上。
2、如权利要求1所述的真空成膜装置，其特征在于，所述连接部件是波纹管，以使所述辅助器具和所述开口部之间密封的方式设置。
3、如权利要求1或2所述的真空成膜装置，其特征在于，所述辅助器具是基板架、用于检测膜厚的膜厚传感器、用于调节膜厚的膜厚调节板、用于蒸发膜的原料的蒸发源及用于检测要成膜的基板的温度的温度传感器中的任何一个或多个。
4、一种真空成膜装置，其特征在于，包括：真空腔，其内部空间形成真空氛围气；蒸发源，用于蒸发配置在真空腔内的膜的原料；基板架，通过真空腔的开口将表面上形成膜的基板以使所述表面面朝真空腔中心的方式支承在真空腔内的空间中；光监测器投光部，固定在真空腔外部的静止结构件上，自真空腔的外部向所述基板照射光；光监测器受光部，固定在真空腔外部的静止结构件上，接收来自所述基板的光，所述基板架固定在所述真空腔外部的静止结构件上，同时，通过由具有弹性且可保持内侧的真空氛围气的材质形成的缓冲装置安装在真空腔上。
5、如权利要求4所述的真空成膜装置，其特征在于，所述光监测器受光部一体组装在覆盖所述基板架的罩的内侧，且配设于基板架支承的所述基板的表面的背面侧，所述光监测器投光部和光监测器受光部夹着真空腔中心相对设置。
6、如权利要求4或5所述的真空成膜装置，其特征在于，所述缓冲装置是波纹管，所述基板架与所述波纹管的一端侧一起固定在所述真空腔外部的静止结构件上，且所述波纹管的另一端侧安装在所述真空腔的开口的周边。
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