真空蒸发设备的制作方法

专利名称：真空蒸发设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在较低的温度下进行真空蒸发的真空蒸发设备，和一用于真空蒸发设备的防沉积板。
在基片(如一镜头)的表面上形成一薄膜的真空蒸发设备通常包括一真空容器和一设在真空容器内的蒸发源。基片由一拱形夹持装置夹持，该夹持装置可拆卸地安装在真空容器内蒸发源上方，从而进行真空蒸发。为了防止这些来自蒸发源的未到达基片或夹持装置的蒸发颗粒(如蒸发原子或蒸发分子)直接沉积在真空容器的内壁上，沿真空容器的内壁设置了捕获这些蒸发颗粒的防沉积板。
然而，在上述现有技术的真空蒸发设备中，未到达基片或拱形夹持装置的蒸发颗粒作为一薄膜会在较宽面积上沿真空容器的内壁沉积。这样，当空气泄漏进入真空容器内时，气体(主要是H2O)被吸附在薄膜上。在下一次薄膜形成时来自蒸发源的辐射热使得吸附在薄膜上的气体发射进入真空容器。结果，真空容器中的真空就不稳定，或者真空容器内的剩余空气混合物有变化，从而形成的薄膜之性质改变。在不加热蒸发源或以较低温度加热蒸发源(以在塑料镜头表面上形成薄膜)而进行真空蒸发时，吸附气体的问题是很明显的。随着薄膜形成和泄漏的多次重复，沿真空容器的内壁沉积的薄膜不断增厚，并且吸附气体的数量也增加。相应地，在真空容器刚珩磨之后和薄膜反复形成之后之间，形成于基片上的薄膜的折射率是不同的。结果，薄膜在每批与每批之间有变化，并且质量不稳定。而且，当沿真空容器内壁沉积的薄膜脱落时，扬起尘埃并扩散进真空容器，且沉积在基片的表面上。这样就造成缺陷。
为了解决上述问题，业已提出要缩短真空容器的珩磨间隔或对真空容器内壁进行烘干。然而，这些方法要求在相当长时间内中断薄膜形成作业，并降低了生产率。
本发明的目的是提供一种真空蒸发设备，它能防止因吸附进真空容器的气体再发射造成的薄膜质量下降，防止真空容器内的污染，并防止因灰尘在基片上的沉积引起的缺陷，并提供一种用于真空蒸发设备的防沉积板。
本发明的真空蒸发设备包括一真空容器，一设在真空容器内的蒸发源，和一拱形夹持装置，用以夹持一基片并设置在真空容器内蒸发源上方。真空容器被划分为一个包括蒸发源的部分和一包括夹持装置的部分，并且在蒸发源上方的一位置形成有一个孔。该孔这样成形，即当从蒸发源看夹持装置时它与夹持装置重叠。设有一可拆卸的防沉积板并且来自蒸发源的穿过孔的这些蒸发颗粒到达夹持装置和基片。
本发明的防沉积板可拆卸地安装在真空蒸发设备中，该设备包括真空容器，设在真空容器内的蒸发源和拱形夹持装置，用以夹持基片并设在真空容器内蒸发源上方。在防沉积板安装于真空蒸发设备内的情况下，真空容器可被划分为一个包括蒸发源的部分和一个包括夹持装置的部分。在蒸发源上方形成有孔。该孔这样成形，即当从蒸发源看夹持装置时它与夹持装置重叠。来自蒸发源的穿过孔的这些蒸发颗粒到达夹持装置和基片。
由于真空容器被划分为蒸发源部分和夹持装置部分，孔形成于蒸发源的上方，孔这样成形即当从蒸发源看夹持装置时它与夹持装置重叠，设置有可拆卸的防沉积板，所以来自蒸发源穿过防沉积板之孔的这些蒸发颗粒就到达夹持装置或基片。另一方面，如果未设置防沉积板，由防沉积板阻截的这些蒸发颗粒不会沉积在夹持装置或基片上，也就是说沉积在真空容器的内壁上。通过设置防沉积板，防止了薄膜沉积在真空容器的至少防沉积板上方的内壁上，并且即使以较低的温度进行真空蒸发，也抑制了吸附气体从真空容器内壁上发射，所以真空蒸发在稳定的真空和气体混合物中进行。此外，由于沉积在真空容器内壁上的薄膜数量少，所以防止了薄膜从内壁上脱落和扩散，并防止了脱落的薄膜沉积在基片上。
来自蒸发源的蒸发颗粒在一定的向上之三维角度内发射，只有很少部分侧向或向下发射。这样，当防沉积板紧靠蒸发源设置时，大多数未到达夹持装置或基片的蒸发颗粒就沉积在防沉积板上。通过为每批真空蒸发更换防沉积板以总是保持防沉积板清洁，就可形成质量稳定的薄膜，而不会在每批之间有变化。当蒸发是在较低的温度下进行时(例如在塑料镜头上形成薄膜)，即使防沉积板设置的靠近蒸发源，防沉积板的温升也不构成问题。
防沉积板的形状可以是任何形状，这样蒸发颗粒除了穿过防沉积板的孔而到达包括夹持装置的真空容器部分外，蒸发颗粒不会穿过其它区域，并且它可以延伸到蒸发源的侧面并大致平行于在侧面位置来自蒸发源的蒸发颗粒流动方向。当防沉积板延伸到蒸发源侧面时，未到达夹持装置或基片的几乎所有蒸发颗粒可粘在防沉积板上。这样，通过在每批量中更换防沉积板，即可获得真空容器内的清洁环境。
当在真空容器内设置一组蒸发源时，可为每个蒸发源设置上述结构的防沉积板。通过为每个蒸发源设置防沉积板，当根据蒸发源加热方法，蒸发材料及其形状而使蒸发分布不同时，在蒸发源和防沉积板之间的间隔对每个蒸发源都可达到最佳化。与为一组蒸发源设置一共用防沉积板的情况相比，可防止来自蒸发源通过孔泄漏的蒸发颗粒沉积在真空容器的内壁上。
下面参照附图详细描述本发明的实施例，其中

图1是一纵向剖视图，示出了根据本发明一直空蒸发设备的第一实施例之结构，图2是一纵向剖视图，示出了一防沉积板和一蒸发源间的间隔和一孔之直径之间的关系，
图3是图1所示真空蒸发设备的侧剖视图，图4示出了防沉积板和闸板之间的关系，图5是一纵向剖视图，示出了根据本发明一真空蒸发设备之第二实施例的结构，图6是一纵向剖视图，示出了根据本发明一真空蒸发设备之第三实施例的结构。
现在参照附图，解释本发明的实施例。
图1是一纵向剖视图，示出了本发明真空蒸发设备之第一实施例的结构;图2是一纵向剖视图，示出了一防沉积板和一蒸发源间的间隔和一孔之直径之间的关系;图3是真空蒸发设备之结构的侧剖视图。
真空蒸发设备包括一通常为方管形的带有与其连接的蒸发装置(未示出)的真空容器1，一设置在真空容器1底部中心处的蒸发源3，和一拱形夹持装置2，它可拆卸地安装在真空容器1的中心以上以面对蒸发源3。夹持装置2用来夹持一基片，如一塑料镜头，使之面对蒸发源3。由于它是拱形的，所以它能防止蒸发的颗粒穿过夹持装置2并粘在真空容器1的顶板上，并且不论在夹持装置2上的位置如何，它离蒸发源3基本上保持一恒定的距离。基片8夹持在夹持装置2的内表面上并当从蒸发源3看上去时它的内侧是一个由夹持装置2限定的圆弧。另一方面，蒸发源3在其顶部带有一夹持蒸发材料9的凹部，它通过已知方法如电子束或电阻加热在一给定的三维角度内产生一蒸发材料9之蒸发颗粒流，如图1中箭头所示。
一用以控制来自蒸发源3的蒸发颗粒流的闸板6安装于一闸板轴10的顶部，该轴10可转动地并气密地穿过真空容器1的底部延伸。当闸板轴10转动时，闸板6接近蒸发源3并交替地移动至一个直接处于蒸发源3上方的位置和离开直接位于蒸发源3上方的一个位置。
一防沉积板4通过夹爪7可拆卸地安装在真空容器1内并在闸板6的上方，以将真空容器1划分为一个包括蒸发源3的部分和一个包括夹持装置2的部分。防沉积板4是一板状件，在其中心带有一圆孔5，并且防沉积板4的周边基本上紧密地与真空容器1的内壁接触。孔5这样成形，即当从蒸发源3看夹持装置2时它与夹持装置重叠，并且从蒸发源3所见之孔5的三维角度等于从蒸发源3所见之夹持装置2的三维角度。防沉积板4被设置成靠近蒸发源3，这样来自蒸发源3的除沉积在闸板6或闸板轴10的蒸发颗粒之外的蒸发颗粒就沉积在防沉积板4上或穿过孔5。
现在参照图2解释防沉积板4和蒸发源3间的间隔与孔5的直径之间的关系。
如果蒸发源3的蒸发面积(加热的蒸发材料9的蒸发表面)可基本上被看作一个点的话，从蒸发源3所见的孔5的三维角度等于从蒸发源3所见的夹持装置2的三维角度，并满足下述关系L/R＝h/φ
其中h是蒸发源3的蒸发面积与防沉积板4之间的间隔，φ是孔5的直径，R是夹持装置2的直径，L是由夹持装置2之最下端点限定的平面与蒸发面积之间的距离。
为了借助于防沉积板4防止薄膜沉积在真空容器1的内壁上，防沉积板4和蒸发源3之间的间隔h应尽可能小，只要它不会妨碍闸板6的运动即可。例如，防沉积板4可直接位于闸板上方约10-50mm。由于来自蒸发源3的蒸发颗粒流是均匀的，并且在蒸发源3的正上方有较大的密度，所以夹持装置2设置在蒸发源3的正上方，并且孔5的中心最好位于连接蒸发源3之中心和夹持装置2之中心的连接线上。例如，假定L＝600mm，R＝500mm，并且闸板6位于蒸发源上方80mm，h＝100mm，那末由上述公式得出孔5的直径约为83.3mm。
现在解释真空蒸发设备的操作。
将基片8安装在夹持装置2上，然后将夹持装置2安装在真空容器1上。将蒸发材料9装在蒸发源3内。驱动闸板轴10使闸板6直接位于蒸发源3的上方(关闭位置)，并且将真空容器抽成真空。然后，加热蒸发源3以从蒸发材料9产生蒸发颗粒流。当蒸发颗粒流的产生稳定时，驱动闸板轴10使闸板6离开直接位于蒸发源3上方的位置(打开位置)，并且薄膜开始形成在基片8上。此状态下的真空蒸发设备之侧剖视图示于图3中，其中装在蒸发源3上的蒸发材料9出现于孔5的中心处。
由于带有孔5的防沉积板4设在蒸发源3的上方，所以来自蒸发源3的蒸发颗粒或是沉积在防沉积板4上或是穿过孔5。由于孔5这样形成，即从蒸发源3看夹持装置2时它与夹持装置2重叠并且从蒸发源3所见的孔5的三维角度等于从蒸发源3所见的夹持装置2的三维角度，所以穿过孔5的蒸发颗粒或是到达夹持装置2或是到达夹持在夹持装置2上的基片，这样在基片8的表面上就形成一薄膜。蒸发颗粒不会到达防沉积板4上方的真空容器内壁。
当在基片8上形成预定厚度的薄膜时，将闸板6驱动至关闭位置，并停止加热蒸发源3，空气被释放进入真空容器1，并从真空容器1取出带基片8的夹持装置2。用一块干净的防沉积板替换原防沉积板4。当进行下一批的薄膜形成作业时，重复以上步骤。
在真空蒸发中，由于采用了防沉积板4，至少防止了薄膜沉积在防沉积板以上真空容器1的内壁上，并且即使真空蒸发是在低温下进行，也可抑制吸附气体从真空容器1之内壁上的发射，这样真空蒸发就在稳定的真空和气体混合物中进行。相应地，在不同批量中形成之薄膜的性能特性上的变化也得以抑制。由于沉积在真空容器1之内壁上的薄膜几乎是零，就避免了薄膜从内壁上脱落和扩散，并防止了脱落的薄膜沉积在基片8上。由于来自蒸发源3的蒸发颗粒流是向上的，所以沉积在防沉积板4以下的真空容器内壁上的薄膜基本上是零。即使存在薄膜的沉积，由于有了防沉积板4，脱落的薄膜也很难到达基片8。
在本真空蒸发设备中，防沉积板不仅在蒸发源上方延伸，也延伸至蒸发源的侧面，并且在侧面位置，防沉积板通常平行于来自蒸发源的蒸发颗粒流。在上方位置，防沉积板通常垂直于来自蒸发源的蒸发颗粒流。
在蒸发源和防沉积板之间的间隔最好是这样，即未穿过孔的来自蒸发源的几乎所有的蒸发颗粒流都沉积在防沉积板上。防沉积板和闸板之间的间隔最好是这样，即在闸板的关闭位置来自蒸发源的蒸发颗粒不会到达防沉积板上方的真空容器。
这样，闸板6最好被设计成满足关系A＜B，如图所示，其中A是防沉积板4和闸板6之间的间隔，B是孔5的开口边缘(防沉积板4的端面)至处于关闭位置的闸板6的端部之间的距离。即，闸板6最好设置在防沉积板4的附近。
现在解释本发明的第二实施例。图5是一纵剖视图，示出了本实施例中真空蒸发设备的结构。
在本实施例中，一组蒸发源13设置在真空容器11的底部，并为这些蒸发源13设置了一共用防沉积板14。防沉积板14带有一向下延伸的侧壁14a。其它部分与上述实施例1相同。如图所示蒸发源13可具有不同的类型。防沉积板14上带有一组用于一组蒸发源13的孔15。孔15这样成形，即从相应的蒸发源13看夹持装置2它们与夹持装置2重叠，并且从相应蒸发源13所具之孔15的三维角度等于从相应蒸发源13所见之夹持装置2的三维角度。防沉积板14的侧壁14a在防沉积板14的水平部分以下沿真空容器之侧内壁的整个周边延伸至真空容器11的底部。这样，防沉积板14通过其侧壁14a自立，并且不需要实施例1中所用的夹爪7。
在本真空蒸发设备中，由于采用了侧壁14a，从蒸发源13侧向指向的蒸发颗粒沉积在侧壁14a上，完全防止了薄膜沉积在防沉积板14水平部分以下的真空容器11之内壁上，并进一步减少了吸附气体。
现在解释本发明的第三实施例。图6示出了本发明真空蒸发设备的横剖视图。在上述第二实施例中，为蒸发源组采用了一共用防沉积板，但在本实施例中，为每个蒸发源提供了一防沉积板，并且真空容器被分成一个包括蒸发源的部分和一个包括夹持装置的部分。
四个蒸发源231-234设置在真空容器21的底部。加热方法(如电子束加热或电阻加热)，装载的蒸发材料9和蒸发源231-234的形状各不相同。防沉积板241-244为蒸发源231-234分别设置。防沉积板241-244为无底盒的类型，带有延伸至真空容器21之底部的侧壁，并在顶部分别带有孔251-254。孔251-254这样成形，即从相应蒸发源231-234看夹持装置，它们与夹持装置(图5未示出)重叠，并且从相应蒸发源231-234所见之孔251-254的三维角度等于从相应蒸发源231-234所见之夹持装置的三维角度，正如它们在上述实施例中的那样。此外，蒸发源231-234和相应防沉积板241-244的水平部分(顶板)之间的间隔根据加热方法，蒸发材料9和蒸发源231-234的形状最佳地设计。
在本真空蒸发设备中，由于带侧壁的防沉积板241-244为每个蒸发源231-234分别设置，所以它防止了从另一孔(不是相应的)泄漏的蒸发颗粒粘在真空容器的内壁上。此外，由于蒸发源231-234和相应防沉积板241-244之间的间隔达到最佳化，形成于基片上的薄膜厚度及性质也是均匀的。
根据本发明，真空容器被划分成包括蒸发源的部分和包括夹持装置部分，孔被形成于防沉积板上蒸发源上方的位置，并且这样成形孔，即从蒸发源看夹持装置它与夹持装置重叠，和防沉积板是可拆卸的。相应地，不降低生产率，①就防止了薄膜沉积在真空容器的内壁上，并且，即使真空蒸发是在一低温下进行，也抑制了吸附气体从真空容器内壁上的发射，并且获得了在稳定的真空和气体混合物下的真空蒸发，并稳定了所形成之薄膜的性质，②通过在每批中更换防沉积板，真空容器内的污染被维持于较低程度，并且减小了形成之薄膜的性质变化，并改善了质量，和③减少了由于从真空容器内壁上脱落和扩散形成的灰尘并减小了因灰尘的沉积造成的缺陷。
权利要求
1.一种真空蒸发设备，包括一真空容器；一设在所述真空容器内的蒸发源；一设在所述真空容器内所述蒸发源上方的用以夹持一基片的夹持装置；和一块将所述真空容器划分成一包括所述蒸发源的部分和一包括所述夹持装置的部分的防沉积板，所述沉积板在所述蒸发源上方的一位置带有一个孔。
2.根据权利要求1所述的真空蒸发设备，其中所述孔这样成形，即当从所述蒸发源看所述夹持装置时，所述孔与所述夹持装置重叠。
3.根据权利要求1所述的真空蒸发设备，其中所述防沉积板是可从所述真空容器上拆卸的。
4.根据权利要求1所述的真空蒸发设备，其中这些来自所述蒸发源穿过所述孔的蒸发颗粒到达所述夹持装置和所述基片。
5.根据权利要求1所述的真空蒸发设备，其中所述蒸发源和一所述防沉积板之间的间隔这样选择，即来自所述蒸发源的未穿过所述孔的基本上所有这些蒸发颗粒都沉积在所述防沉积板上。
全文摘要
一种真空蒸发设备，包括一真空容器，一蒸发源和一夹持装置。蒸发源位于真空容器内。一基片由位于蒸发源上方的夹持装置夹持。一防沉积板设置于设备内。真空容器由防沉积板划分成一包括蒸发源的部分和一包括夹持装置的部分。防沉积板带有位于蒸发源上方的孔。孔这样成型，即当从蒸发源看夹持装置时孔与夹持装置重叠。
文档编号C23C14/24GK1070434SQ9211036
公开日1993年3月31日 申请日期1992年9月8日 优先权日1991年9月11日
发明者早川菜, 龟山诚, 寺田顺司, 铃木博幸 申请人:佳能株式会社