專利名稱：可防止浪費(fèi)蒸發(fā)材料的離子鍍膜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用等離子體的離子鍍膜裝置和適用于該裝置的操作方法。
已知的典型的離子鍍膜裝置是采用電弧放電的有壓力梯度的等離子源或一種HCD等離子源。一種離子鍍膜裝置包括一等離子發(fā)生器(等離子源)。在等離子發(fā)生器和位于真空室中的坩堝(陽極)之間產(chǎn)生一等離子束。該等離子束一直延伸到坩堝之中的蒸發(fā)材料上將該蒸發(fā)材料蒸發(fā)。已從蒸發(fā)材料中蒸發(fā)出來的金屬質(zhì)點(diǎn)被等離子束作用而離子化。該離子化的金屬質(zhì)點(diǎn)按預(yù)定量沉積在真空室中位于坩堝對(duì)面的基片的表面上。結(jié)果可在基片上形成一層薄膜。
通常的離子鍍膜裝置中，基片可在整個(gè)處理過程中被傳動(dòng)，即由一傳遞裝置將該基片從一預(yù)定位置轉(zhuǎn)到另一位置。然后另一基片則被傳動(dòng)裝置傳送到該預(yù)定位置。而在轉(zhuǎn)換基片的過程中離子鍍膜機(jī)繼續(xù)產(chǎn)生著等離子束。這是為了使裝置可以穩(wěn)定運(yùn)行，尤其是因?yàn)樵谘b置停工后重新啟動(dòng)時(shí)要使等離子發(fā)生器獲得一個(gè)穩(wěn)定的等離子束需要花費(fèi)相當(dāng)長的一段時(shí)間。因此在基片轉(zhuǎn)換過程中等離子束是始終作用在坩堝上蒸發(fā)著蒸發(fā)材料。當(dāng)將已摻入氧化錫的氧化銦(ITO)這類升華材料進(jìn)行工作時(shí)就會(huì)有更多的材料被蒸發(fā)掉。這就意味著浪費(fèi)了蒸發(fā)材料。此外，離子化的金屬質(zhì)點(diǎn)還要沉積在真空室其他材料的內(nèi)表面上。這樣就必須經(jīng)常地清除真空室其他部件內(nèi)表面上的沉積物，以維護(hù)真空室。尤其是在使用高效或高功率的等離子發(fā)生器時(shí)，更成為一個(gè)突出的問題。
于是，本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種離子鍍膜裝置，該裝置在轉(zhuǎn)換基片時(shí)，即使等離子束仍繼續(xù)工作，但可阻止等離子束達(dá)到坩堝上。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種使用離子鍍膜裝置的操作方法，該方法可以防止蒸發(fā)材料的浪費(fèi)性消耗。
根據(jù)本發(fā)明的一種離子鍍膜裝置包括一個(gè)具有等離子發(fā)生器的真空室，一個(gè)放在真空室中用作陽極的坩堝，和一個(gè)設(shè)置在坩堝周圍的輔助陽極，由等離子發(fā)生器發(fā)生的等離子束延伸到坩堝中將坩堝中的蒸發(fā)材料蒸發(fā)并離子化。離子化后的蒸發(fā)質(zhì)點(diǎn)沉積在位于坩堝對(duì)面的基片上，蒸發(fā)該基片的表面形成一蒸發(fā)材料的薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該離子鍍膜裝置還包括一裝置。
該裝置在基片上形成薄膜的這段時(shí)間內(nèi)可使等離子束指向坩堝、等離子束的電流是通過坩堝而流動(dòng)的。而當(dāng)該裝置在基片上完全形成薄膜之后到在下一個(gè)基片上開始形成薄膜之前的這一段時(shí)間內(nèi)，可使等離子束指向輔助陽極，等離子束的電流是通過輔助陽極而流動(dòng)的。
附圖的圖面說明是

圖1是應(yīng)用本發(fā)明的常規(guī)離子鍍膜裝置的一個(gè)實(shí)施例的垂直剖面圖；圖2是圖1中的坩堝、輔助陽極和其周邊元件的垂直剖面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的離子鍍膜裝置中坩堝、輔助陽極和其相關(guān)周邊元件的垂直剖面圖。
現(xiàn)將本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例描述如下參照?qǐng)D1和圖2是為了更好地理解本發(fā)明的實(shí)質(zhì)而展示的常規(guī)的離子鍍膜裝置。
在圖1中，離子鍍膜裝置包括一個(gè)真空室11，在真空室11的側(cè)壁上有通入和引出氬氣等氣體的入口11a和出口11b。入口11a與氣源(未畫出)相連，出口11b接排氣泵(未畫出)。真空室11的側(cè)壁上還有一個(gè)孔11c?？?1c上裝著一個(gè)有壓力梯度的等離子束發(fā)生器12。在孔11c的外表面周圍裝著一個(gè)導(dǎo)引等離子束的控制線圈13。
等離子束發(fā)生器12具有第一中間電極14和第二中間電極15用于約束等離子束。第一和第二中間電極14和15是同軸設(shè)置的。第一中間電極14內(nèi)部有一永久磁體14-1。永久磁體14-1的極軸是并行于等離子束發(fā)生器12的中心軸的。另一方面，第二中間電極15內(nèi)部有一線圈15-1。等離子束發(fā)生器12有一個(gè)絕緣管(玻璃管)16。在絕緣管16中間設(shè)有一塊圓板17，該圓板17是由六硼化鑭制成。此外，在絕緣管16中還設(shè)有一圓筒18a和一圓管18b。圓筒18a是用鉬(Mo)制成其中通以運(yùn)載氣體，而圓管18b則是由鉭(Ta)制成。
主電源19A通過一電阻R，連接在等離子發(fā)生器12的外殼和第一間電極14之間。主電源19A用串聯(lián)開關(guān)S1和輔助放電源19B并聯(lián)。主電源19A和輔助放電電源19B的正極連在一起成一共接點(diǎn)。再通過電阻R2接到第二中間電極15上。該共接點(diǎn)又通過電阻R3后再與真空室11的外殼一起接地。第二中間電極15中的線圈15-1接到第一直流電源E1上用以對(duì)控制線圈13激磁。
坩堝20放在真空室11中作為陽極，待處理基片40放在它的對(duì)面懸在坩堝20的上面?；?0上接一個(gè)直流電源E2作為負(fù)偏壓?；?0是用一個(gè)傳動(dòng)裝置(未畫出)在真空室中間歇性地傳送到圖中所示的預(yù)定位置上去。由此使離子鍍膜裝置得以連續(xù)運(yùn)行。因?yàn)閭鲃?dòng)裝置是已有技術(shù)中所公知的，所以不再描述及圖示。
在坩堝20的周圍有一個(gè)輔助陽極30，在圖2中輔助陽極30是和水冷系統(tǒng)組合在一起的，坩堝20有一個(gè)永久磁體21，一個(gè)上體22和一個(gè)下體23。永久磁體21的極軸是垂直的方向的。在上體22的頂面上有一個(gè)腔穴22-1，其中可以放入蒸發(fā)材料。在上體22的下面有一個(gè)接收腔，該接收腔要比永久磁體21較大一些。下體23再和上體22的下端緊密接合，從而在坩堝20中形成一個(gè)水冷空間，下體23上還有進(jìn)水管23-1和出水管23-2。
輔助陽極30是由環(huán)狀磁盒31和放在環(huán)狀磁盒中的環(huán)狀永久磁體39所組成。磁盒31放在坩堝20的周圍，離坩堝有一預(yù)定間隙，并將環(huán)狀永久磁體32保持在永久磁體21稍高一些的位置上，永久磁體32是與坩堝20是同心的，且圍繞在坩堝20的上部，其極軸的方向是垂直指向，磁盒31由上環(huán)盒33和下環(huán)盒34所合成。內(nèi)有接收腔的上盒要比永久磁體32稍大些，下盒34蓋住上盒33的底面，由此而在磁盒31中形成一水冷腔，下盒34上還有入水管34-1和出水管34-2。
本實(shí)例中，坩堝20和輔助陽極30都采用普通水冷系統(tǒng)。冷卻水由管道35經(jīng)入水管34-1進(jìn)入輔助陽極30，之后再經(jīng)出水管34-2后通過管道24和與之相連的入水管23-1流到坩堝20中。然后在坩堝中的冷卻水再通過與其出水管23-2相連的管道25而排出。
形成坩堝20的上體22和下體23如同形成磁盒32的上盒33和下盒34一樣都由具有很好導(dǎo)熱性能的導(dǎo)電材料制成。就如用作坩堝20的銅，下體和下盒34之間用一塊電絕緣板36隔絕。于是在本實(shí)施例中，輔助陽極30和坩堝20之間的絕緣是用輔助陽極30底部的絕緣板36實(shí)現(xiàn)的。另一方面，絕緣還要靠坩堝20和輔助陽極30的內(nèi)壁之間所保持的預(yù)定間隙加以保證。坩堝20中的永久磁體21是用來引導(dǎo)等離子束的，但是卻可以省去。當(dāng)將開關(guān)S1合上把輔助放電電源19B加上的時(shí)候，放電就開始了。輔助放電電源19B是一個(gè)高壓小電流的功率源，下一步，將輔助陽極30一側(cè)的電流控制器件41合上，而又使坩堝20一側(cè)的電流控制器件42保持開路。這些情況下，放電首先由第一中間電極14和圓筒18a之間開始，等離子束的電流又通過輔助陽極30而流動(dòng)，從而對(duì)等離子體起到穩(wěn)定的作用。通過(低壓頭電流)的主功率源19A提供的電流從等離子體的穩(wěn)定點(diǎn)，亦即零電流點(diǎn)，開始逐漸地增加，并將開關(guān)S1切斷。主動(dòng)率源19A是一個(gè)低壓大電流電源。之后，再將輔助陽極30一側(cè)的電流控制器件41斷開，和把坩堝20一側(cè)的電流控制器件42合上，這樣就可以進(jìn)行離子鍍膜的工藝了。
在常規(guī)的離子鍍膜裝置中，當(dāng)完成工藝處理之后，即由一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將基片40從圖示的預(yù)定位置轉(zhuǎn)換到另一位置上。而另一基片卻由該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換到此預(yù)定位置上。為了離子鍍膜裝置穩(wěn)定運(yùn)行的需要，在變換基片的全過程中，等離子束是保持繼續(xù)工作狀態(tài)的。尤其重要的原因，還在于等離子發(fā)生器停機(jī)后再啟動(dòng)并重新獲得一個(gè)穩(wěn)定的等離子束，都要花費(fèi)相當(dāng)長一段時(shí)間。于是，在基片轉(zhuǎn)換過程中，等離子束只好繼續(xù)加在坩堝上，把蒸發(fā)材料蒸發(fā)掉。如果這是用氧化錫摻雜的氧化銦(ITO)這類升華材料作為蒸發(fā)材料，則會(huì)有更多的蒸發(fā)材料被蒸發(fā)掉，而這些蒸發(fā)材料都被浪費(fèi)了。此外，被電離的金屬質(zhì)點(diǎn)還沉積在真空室的內(nèi)壁或其他部件上，為了維護(hù)真室室就必須更為經(jīng)常地消除真空室內(nèi)壁和部件上的沉積物。要是采用了高功率或高效率的等離子束發(fā)生器則問題就更為突出了。
參考圖3，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例現(xiàn)描述一種離子鍍膜裝置為下。該實(shí)施例的一個(gè)特征是在于坩堝52，輔助陽極53和放電電源之間的電氣連接方面。這里的描述就與圖1中有關(guān)坩堝20，輔助陽極30和放電電源之間的電連接電路方法完全不同了。但是，本發(fā)明(的電路連接方法)的操作方法同樣可以適用于圖1所示的離子鍍膜裝置上。
坩堝S2和輔助陽極53是分別地各用一個(gè)水冷系統(tǒng)連接著。坩堝52由上體52-1和下體52-2組成。上體52的頂表面做成一個(gè)穴區(qū)52-1以便承放蒸發(fā)材料，而其下部有一個(gè)空腔，周圍有一法蘭。下體52-2是連接在上體52-1的法蘭上。上體52-1和下體52-2之間造成一個(gè)水冷腔52b。下體52-2上有入口52-2a和出口52-2b，入出口52-2a和52-2b上分別連接水管54a和54b，以構(gòu)成冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。
輔助陽極53具有一中空環(huán)狀磁盒53-1。環(huán)狀磁盒53-1是和坩堝52同心的，并放在坩堝52上部的周圍。在環(huán)狀磁盒53-1中有環(huán)形永磁體53-2和線圈53-3。環(huán)形永磁體53-2的極軸是垂直方向。線圈53-3是為了和環(huán)形永磁體53-2相配合而更容易將等離子束引入坩堝52之中。環(huán)狀磁盒53-1由環(huán)狀上蓋53-11和環(huán)狀下盒53-12組成。環(huán)形永久磁體53-2和線圈53-3以及冷卻水腔都位于上盒53-11和下蓋53-12之間的腔穴中。于是在環(huán)形磁盒53-1中即形成一水冷腔。上盒53-11上還有入口53-11a和出口53-11b。入出口53-11a，53-11b上分別聯(lián)接著水管55a和55b以構(gòu)成冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。
構(gòu)成坩堝52的上下體52-1和52-2也同構(gòu)成環(huán)狀磁盒53-1的上下盒53-11和53-12一樣都是用如同坩堝52所用的銅那樣的具有優(yōu)良導(dǎo)熱性能的導(dǎo)電材料所制成。輔助陽極53是由一個(gè)支架56支撐著。用一塊絕緣板57-1將支架56和下盒53-12之間隔開。在絕緣板57-1的部位則保持著一預(yù)定的間隙。在上體52-1的法蘭和支架56之間又用另一塊絕緣塊57-2隔開。坩堝52和輔助陽極53之間的絕緣則由其間所形成的預(yù)定間隙來完成；但也可用圓柱形絕緣材料來實(shí)現(xiàn)。
引出真空室51外的水管54a，54b，55a，55b都用銅管制成，并與真空室51相絕緣。這是因?yàn)樗?4a和54b還是坩堝52的電導(dǎo)體；水管55a和55b則是輔助陽極53的電導(dǎo)體。水管54a直接與圖1中主電源19A的正極相聯(lián)。另一方面，水管55a則通過一如閘流管的導(dǎo)電狀態(tài)控制元件58和高電阻R形成的平行電路和主電源19A的正極相聯(lián)。
按照本發(fā)明的離子鍍膜裝置是將等離子束引向坩堝52，使等離子束電流流過坩堝52。當(dāng)在基片上完成離子鍍膜工作之后而在后續(xù)的基片上開始蒸鍍離子薄膜之前這一階段，本發(fā)明的離子鍍膜裝置也還將等離子束引向輔助陽極53，使等離子束電流流過輔助陽極53。
尤其是，當(dāng)在基片上進(jìn)行離子鍍膜時(shí)，導(dǎo)電狀態(tài)控制單元58是打開的，而當(dāng)在基片上完成離子鍍膜工作之后，而在后續(xù)的基片上開始蒸鍍離子薄膜之前這段時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)電狀態(tài)控制元件58則是合上的。這樣，等離子束就因?qū)щ姞顟B(tài)控制元件58打開而指向坩堝52以加強(qiáng)蒸發(fā)材料的蒸發(fā)。但又因?qū)щ姞顟B(tài)控制元件58的合上使等子束被吸引到輔助陽極53上，而幾乎達(dá)不到坩堝52上去。于是使蒸發(fā)材料的蒸發(fā)受到抑制。
如上所述，只要利用導(dǎo)電狀態(tài)控制元件58的啟閉即可改變等離子束所到達(dá)的地點(diǎn)，其理由如下。因?yàn)檩o助陽極53的頂表面要比坩堝52大，所以等離子束更易于被輔助陽極53所吸引。因此，只要利用合上導(dǎo)電狀態(tài)控制元件58就可以是使等離子束指向輔助陽極53，而并不需要在坩堝52的電路上(再)裝一個(gè)導(dǎo)電狀態(tài)控制元件。
有一部分等離子束會(huì)指向坩堝52，但這很少或者根本不會(huì)對(duì)蒸發(fā)材料起蒸發(fā)作用，要是真的起作用的話，那就可在坩堝52的電路中再裝一個(gè)導(dǎo)電狀態(tài)控制元件。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)檎舭l(fā)材料的蒸發(fā)在基片轉(zhuǎn)換期間受到了限制，所以蒸發(fā)材料的浪費(fèi)性蒸發(fā)也就受到抑制了。其結(jié)果就減少了真空室內(nèi)壁和其他部件上所沉積的大量蒸發(fā)材料，從而又因少了沉積物而使真空室的維修時(shí)間縮短。換言之，真空室就不必經(jīng)常維修了。
權(quán)利要求
1.一種離子鍍膜裝置，包括一個(gè)具有等離子束發(fā)生器的真空室，一個(gè)放在所述真空室中用作陽極的坩堝，和一個(gè)放在所述坩堝周圍的輔助陽極，由所述等離子束的發(fā)生器產(chǎn)生的一等離子束作用在所述坩堝中的蒸發(fā)材料上使之蒸發(fā)并電離，離子化后的蒸發(fā)質(zhì)點(diǎn)沉積在置于所述坩堝對(duì)面的基片表面，以在基片上形成一薄層蒸發(fā)材料，該離子鍍膜系統(tǒng)的特征在于，其中還包括一裝置，該裝置用于當(dāng)基片上正在形成薄膜的這段時(shí)間內(nèi)，使等離子束指向所述的坩堝，使等離子束的電流通過坩堝的流動(dòng)；而當(dāng)基片上完全形成薄膜之后到在后續(xù)的基片上開始形成薄膜之前的這一段時(shí)間內(nèi)，使等離子束指向所述的輔助陽極，使等離子束的電流通過輔助陽極而流動(dòng)。
2.一種如權(quán)利要求1所要求的離子鍍膜裝置，其特征在于，還包括用于在所述等離子束發(fā)生器中產(chǎn)生放電的放電電源；所述的輔助陽極具有一環(huán)形磁體和一環(huán)狀磁盒，該環(huán)形磁體與所述的坩堝同心，并設(shè)置在所述坩堝的上體的周圍；該環(huán)形磁體與所述的坩堝電氣上相互絕緣；該環(huán)狀磁盒與所述放電電源通過導(dǎo)電狀態(tài)控制裝置相連接；僅當(dāng)基片上完全形成薄膜之后到在后續(xù)基片上開始形成薄膜之前一段時(shí)間內(nèi)，該導(dǎo)電狀態(tài)控制裝置保持閉合。
3.一種適用于離子鍍膜裝置的操作運(yùn)行方法，該裝置包括，一個(gè)具有等離子束發(fā)生器的真空室，一個(gè)放在真空室中用作陽極的坩堝，和一個(gè)設(shè)置在所述坩堝周圍的輔助陽極，由所述等離子束發(fā)生器產(chǎn)生的一等離子束作用在所述坩堝中的蒸發(fā)材料上使之蒸發(fā)及電離，離子化后的蒸發(fā)質(zhì)點(diǎn)沉積在置于所述坩堝對(duì)面的基片表面，以在基片上形成一薄層蒸發(fā)材料，該方法的特征在于，包括當(dāng)基片上正在形成薄膜的這段時(shí)間內(nèi)，使等離子束指向所述的坩堝以使等離子束的電流通過坩堝而流動(dòng)；和當(dāng)在基片上完全形成薄膜之后到在后續(xù)的基片上開始形成薄膜之前的這段時(shí)間內(nèi)，使等離子束指向輔助陽極，以使等離子束的電流通過輔助陽極而流動(dòng)。
全文摘要
當(dāng)在基片上形成薄膜期間,等離子束是指向坩堝,等離子束的電流流經(jīng)坩堝的。而當(dāng)在基片上完全形成薄膜之后,到在后續(xù)的基片上開始形成薄膜之前的一段時(shí)期內(nèi),使等離子束指向輔助陽極,以使等離子束電流通過輔助陽極而流動(dòng)。
文檔編號(hào)C23C14/32GK1186126SQ9712176
公開日1998年7月1日 申請(qǐng)日期1997年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月17日
發(fā)明者酒見俊之, 田中勝 申請(qǐng)人:住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社