專利名稱：薄膜形成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜形成裝置，特別涉及通過結(jié)團(tuán)離子束(クラスタ-ィオンビ-ム)蒸鍍法(ICB法)蒸鍍形成高質(zhì)量薄膜的薄膜形成裝置。
圖3，為特公昭54-9592公報(bào)中揭示的已有薄膜形成裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。薄膜形成裝置，具有保持一定真空度的真空室1，用來排氣至真空狀態(tài)的真空排氣系統(tǒng)2與真空室1相連接。
而在真空室1內(nèi)，設(shè)置著噴出蒸鍍物質(zhì)的蒸氣而使之產(chǎn)生蒸鍍物質(zhì)結(jié)團(tuán)粒子(クラスタ-)的坩堝3，在坩堝3的上部設(shè)有噴口4。
進(jìn)一步，坩堝3內(nèi)充填著蒸鍍物質(zhì)5，并在坩堝3上敷設(shè)有用于加熱的線圈6。
而且，在線圈6的外側(cè)，配置著隔絕加熱用線圈6發(fā)出的熱量的絕熱板7，由坩堝3、加熱用線圈6以及絕熱板7構(gòu)成蒸氣發(fā)生源9。
另外，8所表示的，為蒸鍍物質(zhì)從設(shè)在坩堝3的上方的噴口4噴出后形成的結(jié)團(tuán)粒子(團(tuán)狀原子團(tuán))。
此外，在坩堝3的上方設(shè)置著放出電子束的電離線圈10，并在電離線圈10內(nèi)側(cè)配置著從電離線圈10引出并加速電子用的電子束引出電極11。
進(jìn)一步，在電離線圈10外側(cè)，配置著隔絕電離線圈10發(fā)出的熱量的絕熱板12，由電離線圈10、電子束引出電極11以及絕熱板12構(gòu)成電離裝置13。
又，在電離裝置13的上方，設(shè)置著加速電極15a與接地電極15b，構(gòu)成通過電場(chǎng)來加速由電離裝置13電離了的電離的結(jié)團(tuán)粒子14、提供其動(dòng)能的加速裝置，在加速電極15a與接地電極15b的上方，設(shè)置著其表面將形成薄膜的基板16。
然后，所述加熱用線圈6上連接著第一交流電源17，并且還連接著使坩堝3的電位相對(duì)于加熱用線圈6成正偏置的第一直流電源18。
進(jìn)一步，所述電離線圈10上連接著第二交流電源19，并且還連接著相對(duì)于電子束引出電極11成負(fù)偏置的第二直流電源20。
又，坩堝3、電子束引出電極11以及加速電極15a上連接著相對(duì)于接地電極15b成正偏置的第三直流電源21，第一交流電源17、第一直流電源18、第二交流電源19以及第二直流電源20收容于電源裝置22中。
下面就其運(yùn)行進(jìn)行說明。
真空室1由真空排氣系統(tǒng)2排氣至10-6Torr量級(jí)的真空度。
接著，通過第一直流電源18所加的電場(chǎng)將從加熱用線圈6放出的電子引出，并使所引出的電子在坩堝3處相互碰撞，將坩堝3內(nèi)的蒸氣壓加熱至數(shù)Torr。
通過該加熱，坩堝3內(nèi)的蒸鍍物質(zhì)5蒸發(fā)，從噴口4向真空室1中噴射。
該蒸鍍物質(zhì)5的蒸氣，經(jīng)過噴口4時(shí)，經(jīng)絕熱膨脹驟然冷卻而凝聚，形成被稱作結(jié)團(tuán)粒子8的團(tuán)狀原子團(tuán)。
接著，第二直流電源20，使由第二交流電源19加熱的電離線圈10相對(duì)于電子束引出電極11成負(fù)的偏置，由電離線圈10放出的熱電子被引至電子束引出電極11內(nèi)。
于是，由于電離線圈10所放出的電子束，結(jié)團(tuán)粒子8的一部分被電離，從而形成電離的結(jié)團(tuán)粒子14。
進(jìn)一步，第三直流電源21，使坩堝3、電子束引出電極11以及加速電極15a以相對(duì)于處在接地電位的接地電極15b成正的偏置，通過加速電極15a與接地電極15b之間所形成的電場(chǎng)透鏡，電離的結(jié)團(tuán)粒子14和未電離的中性結(jié)團(tuán)粒子8一起受到加速控制，在基板16表面上碰撞而形成薄膜。
對(duì)于如上述構(gòu)成的已有薄膜形成裝置，為了通過控制包括電離的結(jié)團(tuán)粒子14在內(nèi)的結(jié)團(tuán)粒子動(dòng)能而對(duì)所形成的薄膜性質(zhì)進(jìn)行控制，形成均勻的薄膜，有必要減小構(gòu)成與基板16表面碰撞的電離的結(jié)團(tuán)粒子14的那些原子的動(dòng)能的離散性，同時(shí)還有必要通過調(diào)節(jié)由第三直流電源21所加的加速電壓，而使與基板16碰撞的電離的結(jié)團(tuán)粒子14的數(shù)定恒定。
然而，如果結(jié)團(tuán)粒子的大小存在離散性，則基板16表面碰撞的原子的動(dòng)能也離散。
例如，如果第三直流電源21上加600V的電壓來加速電離的結(jié)團(tuán)粒子14，則由2個(gè)原子組成的電離的結(jié)團(tuán)粒子14的(每個(gè))原子以300V的能量與基板16碰撞，由3個(gè)，4個(gè)以及5個(gè)原子組成的電離的結(jié)團(tuán)粒子14的(每個(gè))原子分別以200V，150V以及120V的能量與基板16碰撞。
另外，原子被電離后是以600V的動(dòng)能進(jìn)行加速。
這樣，就存在構(gòu)成入射到基板16的結(jié)團(tuán)粒子的原子的動(dòng)能不同，就不能形成均勻的薄膜這樣的問題。
而且，還存在，當(dāng)小的電離的結(jié)團(tuán)粒子以及原子被電離而與基板16碰撞時(shí)，因碰撞時(shí)的動(dòng)能大而使基板受到損傷這樣的問題。
一方面，如加速電壓變化，則所引出的電離的結(jié)團(tuán)粒子的數(shù)量也變化，根據(jù)Child-Langmuir的定律，其離子數(shù)量與加速電壓的1.5次方成正比。
因而，當(dāng)利用加速電壓來控制薄膜的性質(zhì)，特別減小加速電壓時(shí)，到達(dá)基板的電離的結(jié)團(tuán)粒子數(shù)量將變得非常少，而存在不能形成充分發(fā)揮電離的結(jié)團(tuán)粒子特性的高質(zhì)量薄膜這樣的問題。
而且，當(dāng)加速電壓接近OV時(shí)，從電離線圈10飛出的電子開始入射到基板16上，存在基板因此而損傷的問題。
本發(fā)明，就是為解決上述問題而進(jìn)行的，其目的在于提供，能去除與每個(gè)構(gòu)成原子相當(dāng)?shù)哪芰看蟮摹⑿〕叨鹊碾婋x的結(jié)團(tuán)粒子，同時(shí)減小構(gòu)成與基板碰撞的電離的結(jié)團(tuán)粒子的那些原子的動(dòng)能的離散性，控制其動(dòng)能從而對(duì)基板無損傷，并且即使改變加速電壓也能將規(guī)定數(shù)量的電離的結(jié)團(tuán)粒子照射到基板上，形成高質(zhì)量且均質(zhì)薄膜的薄膜形成裝置。
本發(fā)明的薄膜形成裝置，其特征在于具有，保持一定真空度的真空室;設(shè)置在該真空室內(nèi)的基板;蒸氣發(fā)生源，該蒸氣發(fā)生源由與該基板相對(duì)設(shè)置、并向該基板噴出蒸鍍物質(zhì)蒸氣而使之產(chǎn)生蒸鍍物質(zhì)結(jié)團(tuán)粒子的坩堝，加熱該坩堝的加熱用線圈，隔絕由加熱用線圈發(fā)出熱量的絕熱板構(gòu)成;使部分所述結(jié)團(tuán)粒子電離的電離裝置;賦予由該電離裝置電離的結(jié)團(tuán)粒子與未被電離的蒸鍍物質(zhì)結(jié)團(tuán)粒子或蒸氣以動(dòng)能使其向所述基板碰撞的加速裝置;和除去由所述電離裝置電離的結(jié)團(tuán)粒子中較小尺度的結(jié)團(tuán)粒子的過濾裝置。
此外，所述加述裝置也可以是由正偏置的加速電極、以及相對(duì)該加速電極成負(fù)偏置的引出電極，以及接地的接地電極構(gòu)成。
本發(fā)明的薄膜形成裝置，是將真空室保持一定的真空度，基板設(shè)置在該真空室內(nèi)，從與該基板相對(duì)設(shè)置、由加熱用線圈加熱的坩堝，向基板噴出蒸鍍物質(zhì)蒸氣而產(chǎn)生蒸鍍物質(zhì)的結(jié)團(tuán)粒子，通過絕熱板隔絕由加熱用線圈發(fā)出的熱量，通過電離裝置使結(jié)團(tuán)粒子部分電離，由加速裝置提供由該電離裝置電離的結(jié)團(tuán)粒子和未被電離的蒸鍍物質(zhì)結(jié)團(tuán)粒子或蒸氣動(dòng)能并使之向基板碰撞，此時(shí)由過濾裝置將由電離裝置電離的結(jié)團(tuán)粒子中較小尺度的結(jié)團(tuán)粒子除去。
圖1為示出本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的薄膜形成裝置的側(cè)面剖面圖。
圖2為示出本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的薄膜形成裝置的側(cè)面剖面圖。
圖3為示出已有的薄膜形成裝置的側(cè)面剖面圖。
圖中，1為真空室，3為坩堝，6為加熱用線圈，7為絕熱板，9為蒸氣發(fā)生源，13為電離裝置，15a為加速電極，15b為接地電極，16為基板，30為過濾裝置，30a為引出電極。
另外，圖中同一符號(hào)所示部分相同。
就
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例如下薄膜形成裝置，具有保持一定真空度的真空室1，將真空室1抽排至真空的真空排氣系統(tǒng)2與真空室1相連接。
而在真空室1內(nèi)，設(shè)置著噴出蒸鍍物質(zhì)蒸氣而使之發(fā)生蒸鍍物質(zhì)的結(jié)團(tuán)粒子的坩堝3，并在坩堝3的上部設(shè)有噴口4。
坩堝3內(nèi)充填著蒸鍍物質(zhì)5，并在坩堝3周圍敷設(shè)了加熱用的線圈6。
在線圈6的外側(cè)，配置著隔絕加熱用線圈6發(fā)出的熱量的絕熱板7，而由坩堝3、加熱用的線圈6以及絕熱板7構(gòu)成蒸氣發(fā)生源9。
8所表示的，為蒸鍍物質(zhì)從坩堝3上方的噴口4噴出后而形成的結(jié)團(tuán)粒子(團(tuán)狀原子團(tuán))。
在坩堝3的上方設(shè)置著放出電子束的電離線圈10，并在電離線圈10內(nèi)側(cè)設(shè)置著從電離線圈10引出和加速電子的電子束引出電極11。
在電離線圈10外側(cè)，配置著隔絕電離線圈10發(fā)出的熱量的絕熱板12，而由電離線圈10、電子束引出電極11以及絕熱板12構(gòu)成電離裝置。
在電離裝置13的上方，設(shè)置著由去除小尺度結(jié)團(tuán)粒子的抵抗電極31構(gòu)成的過濾裝置30，高頻電源23連接在抵抗電極31上，加一高頻電壓。
在過濾裝置的上方，設(shè)置著加速電極15a與接地電極15b，上述加速電極是用于構(gòu)成通過電場(chǎng)來加速由電離裝置13電離的電離的結(jié)團(tuán)粒子14、提供其動(dòng)能的加速裝置，并在加速電極15a與接地電極15b的上方，設(shè)置著其表面上欲形成薄膜的基板16。
在所述加熱用的線圈6上連接有第一交流電源17，并且還連接有使坩堝3的電位相對(duì)于加熱用的線圈6成正偏置的第一直流電源18。
在所述電離線圈10上連接有第二交流電源19，并且還連接有相對(duì)于電子束引出電極11成負(fù)偏置的第二直流電源20。
坩堝3、電子束引出電極11以及加速電極15a上連接有相對(duì)于接地電極15b成正偏置的第三直流電源21，并且第一交流電源17、第一直流電源18、第二交流電源19、第二直流電源20以及高頻電源23收容于電源裝置22中。
接著說明本實(shí)施例的作用。
真空室1由真空排氣系統(tǒng)2抽排到10-6Torr量級(jí)的真空度。
接著，通過第一直流電源18所加的電場(chǎng)將由加熱用線圈6放出的電子引出，使所引出的電子在坩堝3處碰撞，加熱直至坩堝3內(nèi)的蒸氣壓至數(shù)Torr為止。
通過該加熱，坩堝3內(nèi)的蒸鍍物質(zhì)5蒸發(fā)，從噴口4向真空室1中噴射。
該蒸鍍物質(zhì)5的蒸氣，經(jīng)過噴口4時(shí)，經(jīng)絕熱膨脹驟然冷卻而凝聚，形成被稱作結(jié)團(tuán)粒子8的團(tuán)狀原子團(tuán)。
第二直流電源20，使由第二交流電源19加熱的電離線圈10相對(duì)電子束引出電極11成負(fù)的偏置，并將由電離線圈10放出的熱電子引至電子束引出電極11內(nèi)。
于是，通過由電離線圈10放出的電子束，結(jié)團(tuán)粒子8部分被電離，從而形成電離的結(jié)團(tuán)粒子14。
如在電離裝置13的上方設(shè)置的抵抗電極31加高頻電壓，則使電離的結(jié)團(tuán)粒子14因抵抗電極31而受到偏轉(zhuǎn)。
此偏轉(zhuǎn)量，由于是組成結(jié)團(tuán)粒子的原子個(gè)數(shù)越小，偏轉(zhuǎn)就越大，因此如果不斷加大由高頻電源23施加的高頻電壓，則單原子離子以及小的電離的結(jié)團(tuán)粒子與抵抗電極31碰撞而被去除。
因此，通過調(diào)節(jié)高頻電壓的閥值，就有可能使一定尺度以下的電離的結(jié)團(tuán)粒子14與抵抗電極31碰撞而去除。
例如，如在由10個(gè)以下原子組成的電離的結(jié)團(tuán)粒子14被除去的狀態(tài)下加600V加速電壓，而進(jìn)行成膜，則組成入射到基板上的電離的結(jié)團(tuán)粒子的原子動(dòng)能變?yōu)?0V以下，另一方面如在調(diào)高所加電壓的閥值而將由60個(gè)以下原子組成的電離的結(jié)團(tuán)粒子14除去的狀態(tài)下進(jìn)行成膜，則原子的動(dòng)能變?yōu)?0V以下。
第三直流電源21，給坩堝3、電子束引出電極11以及加速電極15a以相對(duì)處于接地電位的接地電極15b成正的偏置，通過加速電極15a與接地電極15b之間所形成的電場(chǎng)透鏡，使電離的結(jié)狀粒子14和未電離的中性結(jié)團(tuán)粒子8一起受到加速控制，在基板16表面上碰撞而形成薄膜。
另外，抵抗電極31上所加的高頻電壓只要是能使電離的結(jié)團(tuán)粒子14偏轉(zhuǎn)，則任何狀態(tài)均可，例如也可以是脈沖狀的，也可以固定不變地施加電壓。
還有，對(duì)于上述實(shí)施例，是由加速電極15a與接地電極15b構(gòu)成加速裝置，但不限于此，如圖2所示，加速裝置也可以由正偏置的加速電極15a，和相對(duì)該加速電極15a負(fù)偏置的引出電極30a，和接地的接地電極15b構(gòu)成。另外，24是將引出電極30a相對(duì)于加速電極15a成負(fù)偏置的第四直流電源。
在這樣的情況下，如在電離裝置13上方設(shè)置的加速電極15a與引出電極30a之間由第四直流電源24施加電壓，則電離的結(jié)團(tuán)粒子14由該電壓加速，向基板16方向被引出。
此時(shí)，由于引出電極30a相對(duì)于接地電極15b成負(fù)偏置，所以被引出的電離的結(jié)團(tuán)粒子14在此期間被減速，其結(jié)果等于是以相等于由第三直流電源21施加的加速電極15a與接地電極15b之間的電位差(加速電壓)的動(dòng)能入射到基板。
因而，如使加速電極15a與接地電極15b之間的電壓為一定，則即使改變加速電壓也能把能引出的電離的結(jié)團(tuán)粒子的數(shù)量確保在規(guī)定所需水平以上，因而即使在小的加速電壓情況下，也能形成充分發(fā)揮了電離的結(jié)團(tuán)粒子特性的薄膜。
例如，擬取加速電壓為500V時(shí)，引出電極可為-2500V，而擬取加速電壓為50V時(shí)，引出電極可為-2950V，另外，接地電極為0V。
由于引出電極30a相對(duì)于接地的基板16通常成負(fù)偏置，因而具有抑制從電離線圈10飛出的電子入射到基板16的效果。
如上所述，由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是通過過濾裝置將小尺度的電離的結(jié)團(tuán)粒子除去，故能減小組成與基板碰撞的結(jié)團(tuán)粒子的原子動(dòng)能的離散差別，以形成高質(zhì)量的薄膜，而且有可能通過改變組成結(jié)團(tuán)粒子的原子的動(dòng)能來控制薄膜的特性。
進(jìn)一步，由正偏置的加速電極，和相對(duì)于該加速電極成負(fù)偏置的引出電極，和接地的接地電極構(gòu)成加速裝置，即使小的加速電壓也能照射需要水平的電離的結(jié)團(tuán)粒子而形成薄膜，抑制電子入射到基板上，能防止造成基板上損傷。
權(quán)利要求
1.一種薄膜形成裝置具有保持一定真空度的真空室；設(shè)置在該真空室內(nèi)的基板；蒸氣發(fā)生源，該蒸氣發(fā)生源由與該基板相對(duì)設(shè)置、并向該基板噴出蒸鍍物質(zhì)蒸氣而使之產(chǎn)生蒸鍍物質(zhì)結(jié)團(tuán)粒子的坩堝，加熱該坩堝的加熱用線圈，隔絕由加熱用線圈發(fā)出熱量的絕熱板構(gòu)成；使部分所述結(jié)團(tuán)粒子電離的電離裝置；和賦予由該電離裝置電離的結(jié)團(tuán)粒子與未被電離的蒸鍍物質(zhì)結(jié)團(tuán)粒子或蒸氣以動(dòng)能使其向所述基板碰撞的加速裝置，其特征在于還具有，除去由所述電離裝置電離的結(jié)團(tuán)粒子中較小尺度的結(jié)團(tuán)粒子的過濾裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜形成裝置，其特征在于所述加速裝置是由正偏置的加速電極和相對(duì)該加速電極成負(fù)偏置的引出電極，以及接地的接地電極構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種薄膜形成裝置，包括真空室，真空室中有基板和相對(duì)設(shè)置的、噴出蒸鍍物質(zhì)蒸氣產(chǎn)生蒸鍍物質(zhì)結(jié)團(tuán)粒子的蒸氣發(fā)生源，使所述結(jié)團(tuán)粒子部分電離的電離的裝置以及提供電離的結(jié)團(tuán)粒子動(dòng)能向所述基板碰撞的加速裝置；還具有將較小尺度電離的結(jié)團(tuán)粒子去除的過濾裝置。其加速裝置還可以由正偏置的加速電極和相對(duì)于該加速電極成負(fù)偏置的引出電極以及接地電極構(gòu)成。
文檔編號(hào)C23C14/32GK1057492SQ91104119
公開日1992年1月1日 申請(qǐng)日期1991年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月18日
發(fā)明者伊藤弘基 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社