專利名稱：薄膜形成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜形成裝置，特別是一種利用電離化集結(jié)束沉淀法形成高質(zhì)量薄膜的裝置。
圖3表示傳統(tǒng)薄膜形成裝置的剖視圖，例如在日本專利No.54-9592中所揭示的。薄膜形成裝置具有一真空室1，保持其真空度低于10-4乇預(yù)定值。一抽真空系統(tǒng)2與真空室1相連向真空室1提供真空。
一熔爐3設(shè)置在真空室1內(nèi)，該熔爐3通過噴出沉淀物5的蒸氣來產(chǎn)生沉淀物5的集結(jié)。熔爐3上方設(shè)有一噴嘴4。
又熔爐3內(nèi)裝沉淀物5，周圍繞有加熱絲6。
再者加熱絲6外設(shè)有一熱屏蔽板7，以隔絕加熱絲6的熱。熔爐3、加熱絲6和熱屏蔽板7構(gòu)成一蒸氣源9。
8表示通過熔爐3上方的噴嘴4噴射出沉淀物5而形成的集結(jié)物(大原子團(tuán))。
發(fā)射電子以形成離子化離子的電離絲10設(shè)在熔爐3的上方。一引出電子束的電極11設(shè)在電離絲10的內(nèi)側(cè)以便從電離絲10中引出電子并使之加速。
又電離絲10外設(shè)有一熱屏蔽板12，從隔絕電離絲10的熱。電離絲10、引出電子束的電極11和熱屏蔽板12構(gòu)成一電離裝置13。
另外，一加速電極15a和一接地電極15b設(shè)在電離裝置13的上方。加速電極15a和接地電極15b組成一加速裝置，在一電場內(nèi)加速被電離裝置13電離的集結(jié)物14，以便向電離集結(jié)物14提供動能。在其表面形成薄膜的基片16設(shè)在加速電極15a和接地電極15b的上方。
第一交流電源17與上述加熱絲6連接。第一直流電源18也與加熱絲6連接，該第一直流電源18使熔爐3的電勢對加熱絲6產(chǎn)生正偏。
再者第二交流電源19與上述電離絲10相接。第二直流電源20也與電離絲10相接，該第二直流電源20使電離絲10的電勢對引出電子束的電極11產(chǎn)生負(fù)偏。
另外，第三直流電源21與熔滬3，引出電子束的電極11和加速電極15a相連。第三直流電源21使熔爐3，電極11和15a對接地電極15b產(chǎn)生正偏。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，和第三直流電源21都是裝在一個電源裝置22內(nèi)。
下面將描述薄膜形成裝置的操作。
真空室1由抽真空系統(tǒng)2抽真空至約10-6乇。
從加熱絲6發(fā)射的電子束由第一直流電源18施加的電場引出。這些引出電子與熔爐3相撞而進(jìn)行加熱，直到熔爐3內(nèi)的蒸氣壓力達(dá)到幾乇。
該加熱使熔爐3內(nèi)的沉淀物5蒸發(fā)，因而使沉淀物5通過噴嘴4噴到真空室1內(nèi)。
沉淀物5的蒸氣在通過噴嘴4時，被絕熱膨脹所加速和冷卻，并凝結(jié)成集結(jié)物8。
第二直流電源20使得由第二交流電源19加熱的電離絲10對引出電子束的電極11產(chǎn)生負(fù)偏，因而從電離絲10發(fā)射的熱離子被引到引出電子束的電極11內(nèi)部。
集結(jié)物8由于其一部分被從電離絲10發(fā)射出來的電子束電離而轉(zhuǎn)變?yōu)殡婋x集結(jié)物14。
第三直流電源21使熔爐3，引出電子束的電極11和加速電極15a在接地電勢中對接地電極15b產(chǎn)生正偏。電離集結(jié)物14以及設(shè)有電離的中性集結(jié)物8的加速由加速電極15a和接地電極15b之間形成的電場透鏡所控制。電離集結(jié)物14在加速后與基片16的表面碰撞形成一薄膜。
如上所述，在傳統(tǒng)的薄膜形成裝置中，形成的薄膜的特性由提供電離集結(jié)物14及控制集結(jié)物14的動能來控制。由于這個原因，要形成均勻的薄膜，就必須減少與基片16表面碰撞的構(gòu)成電離集結(jié)物14的原子的動能變化。同時要求保持與基片16碰撞的電離集結(jié)物14的適當(dāng)數(shù)量。該保持方法是通過改變由第三直流電源21所施加的加速電壓來實現(xiàn)。
當(dāng)集結(jié)物的大小發(fā)生變化時，與基片16表面碰撞的原子的動能也發(fā)生變化。
例如，當(dāng)一600伏的電壓加在第三直流電源21上以加速電離集結(jié)物14時，則由兩個原子構(gòu)成的各電離集結(jié)物14與基片16碰撞其各原子分別具有300伏的能量。另一方面，在相同電壓下，由三個、四個和五個原子構(gòu)成的各電離集結(jié)物14與基片16碰撞，其每個原子分別具有200伏、150伏和120伏的能量。
沒有形成集結(jié)物的單個原子被電離，則以600伏的能量被加速。
如上所述，一個問題是，如果構(gòu)成與其余基片16碰撞的集結(jié)物的原子的動能不均勻，就不可能形成均勻的薄膜。
同時還存在一個問題，即小的電離集結(jié)物和電離化原子對基片16的碰撞會損壞基片16，因為碰撞的動能大。
電離集結(jié)物的引出隨加速電壓的變化而變化。根據(jù)Child-Lang-muir公式，離子的量與加速電壓的1.5次方成正比。
于是，特別是當(dāng)使加速電壓變小以控制薄膜的性質(zhì)時，到達(dá)基片16的電離集結(jié)物的量就大大減小。其結(jié)果便是不可能通過利用電離集結(jié)物的特性來形成高質(zhì)量的薄膜。
另外還存在一問題，即當(dāng)加速電壓趨近0時，從電離絲10上逸出的電子撞擊基片16，導(dǎo)至基片16損壞。
本發(fā)明就是要解決上述問題。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能形成高質(zhì)量和均勻薄膜的薄膜形成裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種薄膜形成裝置包括一真空室;從真空室抽去空氣以向真空室提供真空的抽真空裝置;在真空室內(nèi)產(chǎn)生沉淀集結(jié)物的集結(jié)物生成裝置;把集結(jié)物生成裝置產(chǎn)生的部分集結(jié)物予以電離的裝置;把電離裝置電離的集結(jié)物和未電離的集結(jié)物兩者予以加速使與置于真空室內(nèi)的基片碰撞的加速裝置;和濾去小于預(yù)定的大小的集結(jié)物的過濾裝置，該集結(jié)物系由電離裝置電離。


圖1表示本發(fā)明薄膜形成裝置一個實施例的剖視圖;
圖2表示薄膜形成裝置另一實施例的剖視圖;
圖3表示傳統(tǒng)薄膜形成裝置的剖視圖。
本發(fā)明的實施例將參照附圖進(jìn)行描述。
在圖1中，本發(fā)明的薄膜形成裝置具有一真空室31，保持其真空度至一預(yù)定值。一抽真空系統(tǒng)32與真空室31相接以向真空室31提供真空。
一熔爐33設(shè)置在真空室31內(nèi)，該熔爐33用以通過噴出沉淀物35的蒸氣來形成沉淀物35集結(jié)。噴嘴34設(shè)在熔爐33上方。
再者，熔爐33內(nèi)裝沉淀物35，其周圍一部分繞有加熱絲36。
又在加熱絲36外設(shè)有一熱屏蔽板37，以隔絕加熱絲36的熱。熔爐33、加熱絲36和熱屏蔽板37構(gòu)成了蒸氣源39。
38表示通過設(shè)在熔爐33上方的噴嘴34噴射出沉淀物35而形成的集結(jié)物(大原子團(tuán))。
發(fā)射電子束的電離絲40設(shè)在熔爐33的上方。引出電子束的電極41設(shè)在電離絲40內(nèi)以便從電離絲40中引出電子并使之加速。
另外，在電離絲40外設(shè)有一熱屏蔽板42，以隔絕電離絲40的熱。電離絲40，引出電子束的電極41和熱屏蔽板42構(gòu)成電離裝置43。
再有，由一對置的電極61構(gòu)成的過濾裝置60設(shè)在電離裝置43上方以濾去小的集結(jié)物。提供高頻電壓的高頻電源53與對置電極61相接。
另外，一加速電極45a和一接地電極45b設(shè)在過濾裝置60的上方。加速電極45a和接地電極45b組成一加速裝置，在一電場下加速被電離裝置43電離的集結(jié)物44以便向電離集結(jié)物44提供動能。在其表面形成薄膜的基片46設(shè)在加速電極45a和接地電極45b的上方。
第一交流電源47與上述的加熱絲36連接。第一直流電源48也與加熱絲36連接，該第一直流電源48使熔爐33的電勢對加熱絲36產(chǎn)生正偏。
再有，第二交流電源49與上述電離絲40相接。第二直流電源50也與電離絲40相接，該第二直流電源50使電離絲40的電勢對引出電子束的電極41產(chǎn)生負(fù)偏。
另外，第三直流電源51與熔爐33、引出電子束的電極41和加速電極45a相接。第三直流電源51使上述熔爐33、引出電子束的電極41和加速電極45a對接地電極45b產(chǎn)生正偏。第一交流電源47、第一直流電源48、第二交流電源49、第二直流電源50、第三直流電源51和高頻電源53都裝在一電源裝置52內(nèi)。
下面將描述本發(fā)明實施例的操作。
真空室31由抽真空系統(tǒng)32抽真空至約10-6乇。
從加熱絲36發(fā)射的電子束通過由第一直流電源48施加的電場引出。這些引出電子與熔爐33相撞進(jìn)行加熱，直到熔爐33內(nèi)的蒸氣壓力達(dá)到幾乇。
該熱使熔爐33內(nèi)的沉淀物35蒸發(fā)，因而使沉淀物35通過噴嘴34噴到真空室31內(nèi)。
沉淀物35的蒸氣在通過噴嘴34時，由絕熱膨脹加速和冷卻，并且被凝結(jié)成集結(jié)物38。
第二直流電源50使得由第二交流電源49加熱的電離絲40對引出電子束的電極41產(chǎn)生負(fù)偏，因此從電離絲40發(fā)射的熱離子被引到引出電子束的電極41內(nèi)部。
集結(jié)物38由于其一部分被從電離絲40發(fā)射出來的電子束電離而轉(zhuǎn)變?yōu)殡婋x集結(jié)物44。
對設(shè)在電離裝置43上方的對置電極61如施以高頻電壓，則電離集結(jié)物44由于對置電極61而偏轉(zhuǎn)。
偏轉(zhuǎn)量根據(jù)構(gòu)成集結(jié)物的原子數(shù)量而定原子數(shù)量越少，電離集結(jié)物44偏轉(zhuǎn)就得越多。由于這個原因，如由高頻電源53施加的高頻電壓增大，則單個原子的離子和小的電離集結(jié)物44與對置電極61相撞而被去除。
通過調(diào)節(jié)高頻電壓的定值，就可使比預(yù)定的大小還小的電離集結(jié)物44通過與對置電極61碰撞而被去除。
例如，一方面如施加600伏的加速電壓而要在去除由10個以下的原子組成的電離集結(jié)物44的條件下形成薄膜，則構(gòu)成電離集結(jié)物44的原子與基片46碰撞的動能為60伏或以下。另一方面，如擬施加的定值電壓增大而要在去除60個以下的原子構(gòu)成的電離集結(jié)物44的情況下形成薄膜，則原子的動能為10伏或以下。
第三直流電源51使熔爐33、引出電子束的電極41和加速電極45a的接地電熱對接地電極45b產(chǎn)生正偏。電離集結(jié)物44以及沒有電離的中性集結(jié)物38的加速由加速電極45a和接地電極45b之間形成的電場透鏡控制，然后與基片46的表面碰撞形成薄膜。
施加到對置電極61的高頻電壓可以任何方式，只要能偏移電離集結(jié)物44即可。例如，可以脈沖方式或以持續(xù)方式施加。
在上述的實施例中，雖然加速裝置包括加速電極45a和接地電極45b，但并不局限于這一結(jié)構(gòu)。如圖2所示，加速裝置可包括一負(fù)偏加速電極75a、對加速電極75a正偏的引出電極76，和一接地電極75b。號碼54表示使引出電極76對加速電極75a產(chǎn)生負(fù)偏的第四直流電源。
由于第四直流電源54的端電壓高于第三直流電源51的端電壓，故引出電極76總是對接地電極75b有負(fù)偏。
在這種情況下，當(dāng)?shù)谒闹绷麟娫?4對電離裝置43a上方的加速裝置75a和引出電極76兩者之間的空間施加電壓時，則電離集結(jié)物44由該電壓加速并引向基片46。
當(dāng)電離集結(jié)物44被引向基片46，由于引出電極76對接地電極75b為負(fù)偏，被引出的電離集結(jié)物44被減速并最后以能量等于第三直流電源51施加于加速電極75a的和接地電極75b的電勢之間的電勢差(加速電壓)撞擊基片46。
如果使加速電極75a和接地電極75b之間的電壓恒定，則即使變化加速電壓，仍可以確?？梢龅碾婋x集結(jié)物44的量高于所需水準(zhǔn)。其結(jié)果，即使施加小量的加速電壓，也可利用電離集結(jié)物44的特性來形成薄膜。
例如，當(dāng)?shù)谒闹绷麟娫?4的終端電壓為3000伏，而且需加速電壓為500伏，則把引出電極76的電勢設(shè)定為-2500伏已足夠。當(dāng)需加速電壓為50伏，則把引出電極76的電勢設(shè)定為-2950伏即足夠。接地電極75b仍為0伏。
由于引出電極76對接地基片46總是負(fù)偏，防止了從電離絲40飛出的電子碰撞基片46。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于在結(jié)構(gòu)上使小的電離集結(jié)物被過濾器濾去，因而可通過減少構(gòu)成撞擊基片的塊狀物的原子的動能的變化而形成高質(zhì)量的薄膜，也可通過改變構(gòu)成集結(jié)物的原子的動能來控制薄膜的性質(zhì)。
另外，當(dāng)加速裝置是由正偏加速電極、對正偏加速電極為負(fù)偏的引出電極和接地電極所組成，則加速電壓即使小量也可按要求水平放射電離集結(jié)物以形成薄膜。也可以控制電子在基片上的碰撞，并防止基片遭損壞。
權(quán)利要求
1.薄膜形成裝置包括一真空室；從所述真空室抽去空氣以向所述真空室提供真空的抽真空裝置；在所述真空室內(nèi)使沉淀物產(chǎn)生集結(jié)的集結(jié)物生成裝置；把所述集結(jié)生成裝置產(chǎn)生的部分集結(jié)物予以電離的電離裝置；加速把所述電離裝置電離的集結(jié)物和未電離的集結(jié)物兩者均予以加速使與所述真空室內(nèi)的基片碰撞的加速裝置；和把小于預(yù)定大小的集結(jié)物予以濾去的過濾裝置，該集結(jié)物系由所述電離裝置電離的。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜形成裝置，其特征在于所述過濾裝置包括偏轉(zhuǎn)電離集結(jié)物的一對對置電極，和一向所述對置電極施以電壓的電源。
3.如權(quán)利要求2所述的薄膜形成裝置，其特征在于所述電源包括一高頻電源。
4.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包括一接地電極和對所述接地電極為正偏的加速電極。
5.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包括接地電極、對所述接地電極為正偏的加速電極，和介于所述接地電極和所述加速電極之間的且對所述接地電極為負(fù)偏的第一引出電極。
6.如權(quán)利要求1所述的薄膜形成裝置，其特征在于所述集結(jié)物生成裝置包括內(nèi)裝沉淀物且其上構(gòu)成噴出所述沉淀物的蒸汽的噴嘴的熔爐，和一加熱所述熔爐以使沉淀物蒸發(fā)的加熱裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的薄膜形成裝置，其特征在于所述電離裝置包括發(fā)射電子的電離絲，和一加速從所述電離絲發(fā)射出來的電子，以使這些電子同集結(jié)物碰撞的第二引出電極。
全文摘要
一種薄膜形成裝置，包括一真空室；從真空室抽去空氣以向真空室提供真空的抽真空裝置；和在真空室內(nèi)生成沉淀物集結(jié)的熔爐。該薄膜形成裝置進(jìn)一步包括把熔爐生成的部分集結(jié)物予以電離的電離裝置；加速由電離裝置電離的集結(jié)物和未電離的集結(jié)物以使兩者與真空室內(nèi)的基片碰撞的加速裝置；和濾去小于預(yù)定大小的集結(jié)物的過濾裝置，該集結(jié)物系由電離裝置電離。
文檔編號C23C16/48GK1061444SQ9111072
公開日1992年5月27日 申請日期1991年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月15日
發(fā)明者伊藤弘基, 梶田直幸 申請人:三菱電機(jī)株式會社