专利名称：可防止浪费蒸发材料的离子镀膜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用等离子体的离子镀膜装置和适用于该装置的操作方法。
已知的典型的离子镀膜装置是采用电弧放电的有压力梯度的等离子源或一种HCD等离子源。一种离子镀膜装置包括一等离子发生器(等离子源)。在等离子发生器和位于真空室中的坩埚(阳极)之间产生一等离子束。该等离子束一直延伸到坩埚之中的蒸发材料上将该蒸发材料蒸发。已从蒸发材料中蒸发出来的金属质点被等离子束作用而离子化。该离子化的金属质点按预定量沉积在真空室中位于坩埚对面的基片的表面上。结果可在基片上形成一层薄膜。
通常的离子镀膜装置中，基片可在整个处理过程中被传动，即由一传递装置将该基片从一预定位置转到另一位置。然后另一基片则被传动装置传送到该预定位置。而在转换基片的过程中离子镀膜机继续产生着等离子束。这是为了使装置可以稳定运行，尤其是因为在装置停工后重新启动时要使等离子发生器获得一个稳定的等离子束需要花费相当长的一段时间。因此在基片转换过程中等离子束是始终作用在坩埚上蒸发着蒸发材料。当将已掺入氧化锡的氧化铟(ITO)这类升华材料进行工作时就会有更多的材料被蒸发掉。这就意味着浪费了蒸发材料。此外，离子化的金属质点还要沉积在真空室其他材料的内表面上。这样就必须经常地清除真空室其他部件内表面上的沉积物，以维护真空室。尤其是在使用高效或高功率的等离子发生器时，更成为一个突出的问题。
于是，本发明的一个目的是要提供一种离子镀膜装置，该装置在转换基片时，即使等离子束仍继续工作，但可阻止等离子束达到坩埚上。
本发明另一个目的是提供一种使用离子镀膜装置的操作方法，该方法可以防止蒸发材料的浪费性消耗。
根据本发明的一种离子镀膜装置包括一个具有等离子发生器的真空室，一个放在真空室中用作阳极的坩埚，和一个设置在坩埚周围的辅助阳极，由等离子发生器发生的等离子束延伸到坩埚中将坩埚中的蒸发材料蒸发并离子化。离子化后的蒸发质点沉积在位于坩埚对面的基片上，蒸发该基片的表面形成一蒸发材料的薄膜。
根据本发明的另一方面，该离子镀膜装置还包括一装置。
该装置在基片上形成薄膜的这段时间内可使等离子束指向坩埚、等离子束的电流是通过坩埚而流动的。而当该装置在基片上完全形成薄膜之后到在下一个基片上开始形成薄膜之前的这一段时间内，可使等离子束指向辅助阳极，等离子束的电流是通过辅助阳极而流动的。
附图的图面说明是
图1是应用本发明的常规离子镀膜装置的一个实施例的垂直剖面图；图2是图1中的坩埚、辅助阳极和其周边元件的垂直剖面图；图3是根据本发明一实施例的离子镀膜装置中坩埚、辅助阳极和其相关周边元件的垂直剖面图。
现将本发明的优选实施例描述如下参照图1和图2是为了更好地理解本发明的实质而展示的常规的离子镀膜装置。
在图1中，离子镀膜装置包括一个真空室11，在真空室11的侧壁上有通入和引出氩气等气体的入口11a和出口11b。入口11a与气源(未画出)相连，出口11b接排气泵(未画出)。真空室11的侧壁上还有一个孔11c。孔11c上装着一个有压力梯度的等离子束发生器12。在孔11c的外表面周围装着一个导引等离子束的控制线圈13。
等离子束发生器12具有第一中间电极14和第二中间电极15用于约束等离子束。第一和第二中间电极14和15是同轴设置的。第一中间电极14内部有一永久磁体14-1。永久磁体14-1的极轴是并行于等离子束发生器12的中心轴的。另一方面，第二中间电极15内部有一线圈15-1。等离子束发生器12有一个绝缘管(玻璃管)16。在绝缘管16中间设有一块圆板17，该圆板17是由六硼化镧制成。此外，在绝缘管16中还设有一圆筒18a和一圆管18b。圆筒18a是用钼(Mo)制成其中通以运载气体，而圆管18b则是由钽(Ta)制成。
主电源19A通过一电阻R，连接在等离子发生器12的外壳和第一间电极14之间。主电源19A用串联开关S1和辅助放电源19B并联。主电源19A和辅助放电电源19B的正极连在一起成一共接点。再通过电阻R2接到第二中间电极15上。该共接点又通过电阻R3后再与真空室11的外壳一起接地。第二中间电极15中的线圈15-1接到第一直流电源E1上用以对控制线圈13激磁。
坩埚20放在真空室11中作为阳极，待处理基片40放在它的对面悬在坩埚20的上面。基片40上接一个直流电源E2作为负偏压。基片40是用一个传动装置(未画出)在真空室中间歇性地传送到图中所示的预定位置上去。由此使离子镀膜装置得以连续运行。因为传动装置是已有技术中所公知的，所以不再描述及图示。
在坩埚20的周围有一个辅助阳极30，在图2中辅助阳极30是和水冷系统组合在一起的，坩埚20有一个永久磁体21，一个上体22和一个下体23。永久磁体21的极轴是垂直的方向的。在上体22的顶面上有一个腔穴22-1，其中可以放入蒸发材料。在上体22的下面有一个接收腔，该接收腔要比永久磁体21较大一些。下体23再和上体22的下端紧密接合，从而在坩埚20中形成一个水冷空间，下体23上还有进水管23-1和出水管23-2。
辅助阳极30是由环状磁盒31和放在环状磁盒中的环状永久磁体39所组成。磁盒31放在坩埚20的周围，离坩埚有一预定间隙，并将环状永久磁体32保持在永久磁体21稍高一些的位置上，永久磁体32是与坩埚20是同心的，且围绕在坩埚20的上部，其极轴的方向是垂直指向，磁盒31由上环盒33和下环盒34所合成。内有接收腔的上盒要比永久磁体32稍大些，下盒34盖住上盒33的底面，由此而在磁盒31中形成一水冷腔，下盒34上还有入水管34-1和出水管34-2。
本实例中，坩埚20和辅助阳极30都采用普通水冷系统。冷却水由管道35经入水管34-1进入辅助阳极30，之后再经出水管34-2后通过管道24和与之相连的入水管23-1流到坩埚20中。然后在坩埚中的冷却水再通过与其出水管23-2相连的管道25而排出。
形成坩埚20的上体22和下体23如同形成磁盒32的上盒33和下盒34一样都由具有很好导热性能的导电材料制成。就如用作坩埚20的铜，下体和下盒34之间用一块电绝缘板36隔绝。于是在本实施例中，辅助阳极30和坩埚20之间的绝缘是用辅助阳极30底部的绝缘板36实现的。另一方面，绝缘还要靠坩埚20和辅助阳极30的内壁之间所保持的预定间隙加以保证。坩埚20中的永久磁体21是用来引导等离子束的，但是却可以省去。当将开关S1合上把辅助放电电源19B加上的时候，放电就开始了。辅助放电电源19B是一个高压小电流的功率源，下一步，将辅助阳极30一侧的电流控制器件41合上，而又使坩埚20一侧的电流控制器件42保持开路。这些情况下，放电首先由第一中间电极14和圆筒18a之间开始，等离子束的电流又通过辅助阳极30而流动，从而对等离子体起到稳定的作用。通过(低压头电流)的主功率源19A提供的电流从等离子体的稳定点，亦即零电流点，开始逐渐地增加，并将开关S1切断。主动率源19A是一个低压大电流电源。之后，再将辅助阳极30一侧的电流控制器件41断开，和把坩埚20一侧的电流控制器件42合上，这样就可以进行离子镀膜的工艺了。
在常规的离子镀膜装置中，当完成工艺处理之后，即由一传动机构将基片40从图示的预定位置转换到另一位置上。而另一基片却由该传动机构转换到此预定位置上。为了离子镀膜装置稳定运行的需要，在变换基片的全过程中，等离子束是保持继续工作状态的。尤其重要的原因，还在于等离子发生器停机后再启动并重新获得一个稳定的等离子束，都要花费相当长一段时间。于是，在基片转换过程中，等离子束只好继续加在坩埚上，把蒸发材料蒸发掉。如果这是用氧化锡掺杂的氧化铟(ITO)这类升华材料作为蒸发材料，则会有更多的蒸发材料被蒸发掉，而这些蒸发材料都被浪费了。此外，被电离的金属质点还沉积在真空室的内壁或其他部件上，为了维护真室室就必须更为经常地消除真空室内壁和部件上的沉积物。要是采用了高功率或高效率的等离子束发生器则问题就更为突出了。
参考图3，根据本发明的优选实施例现描述一种离子镀膜装置为下。该实施例的一个特征是在于坩埚52，辅助阳极53和放电电源之间的电气连接方面。这里的描述就与图1中有关坩埚20，辅助阳极30和放电电源之间的电连接电路方法完全不同了。但是，本发明(的电路连接方法)的操作方法同样可以适用于图1所示的离子镀膜装置上。
坩埚S2和辅助阳极53是分别地各用一个水冷系统连接着。坩埚52由上体52-1和下体52-2组成。上体52的顶表面做成一个穴区52-1以便承放蒸发材料，而其下部有一个空腔，周围有一法兰。下体52-2是连接在上体52-1的法兰上。上体52-1和下体52-2之间造成一个水冷腔52b。下体52-2上有入口52-2a和出口52-2b，入出口52-2a和52-2b上分别连接水管54a和54b，以构成冷却水循环系统。
辅助阳极53具有一中空环状磁盒53-1。环状磁盒53-1是和坩埚52同心的，并放在坩埚52上部的周围。在环状磁盒53-1中有环形永磁体53-2和线圈53-3。环形永磁体53-2的极轴是垂直方向。线圈53-3是为了和环形永磁体53-2相配合而更容易将等离子束引入坩埚52之中。环状磁盒53-1由环状上盖53-11和环状下盒53-12组成。环形永久磁体53-2和线圈53-3以及冷却水腔都位于上盒53-11和下盖53-12之间的腔穴中。于是在环形磁盒53-1中即形成一水冷腔。上盒53-11上还有入口53-11a和出口53-11b。入出口53-11a，53-11b上分别联接着水管55a和55b以构成冷却水循环系统。
构成坩埚52的上下体52-1和52-2也同构成环状磁盒53-1的上下盒53-11和53-12一样都是用如同坩埚52所用的铜那样的具有优良导热性能的导电材料所制成。辅助阳极53是由一个支架56支撑着。用一块绝缘板57-1将支架56和下盒53-12之间隔开。在绝缘板57-1的部位则保持着一预定的间隙。在上体52-1的法兰和支架56之间又用另一块绝缘块57-2隔开。坩埚52和辅助阳极53之间的绝缘则由其间所形成的预定间隙来完成；但也可用圆柱形绝缘材料来实现。
引出真空室51外的水管54a，54b，55a，55b都用铜管制成，并与真空室51相绝缘。这是因为水管54a和54b还是坩埚52的电导体；水管55a和55b则是辅助阳极53的电导体。水管54a直接与图1中主电源19A的正极相联。另一方面，水管55a则通过一如闸流管的导电状态控制元件58和高电阻R形成的平行电路和主电源19A的正极相联。
按照本发明的离子镀膜装置是将等离子束引向坩埚52，使等离子束电流流过坩埚52。当在基片上完成离子镀膜工作之后而在后续的基片上开始蒸镀离子薄膜之前这一阶段，本发明的离子镀膜装置也还将等离子束引向辅助阳极53，使等离子束电流流过辅助阳极53。
尤其是，当在基片上进行离子镀膜时，导电状态控制单元58是打开的，而当在基片上完成离子镀膜工作之后，而在后续的基片上开始蒸镀离子薄膜之前这段时间内，导电状态控制元件58则是合上的。这样，等离子束就因导电状态控制元件58打开而指向坩埚52以加强蒸发材料的蒸发。但又因导电状态控制元件58的合上使等子束被吸引到辅助阳极53上，而几乎达不到坩埚52上去。于是使蒸发材料的蒸发受到抑制。
如上所述，只要利用导电状态控制元件58的启闭即可改变等离子束所到达的地点，其理由如下。因为辅助阳极53的顶表面要比坩埚52大，所以等离子束更易于被辅助阳极53所吸引。因此，只要利用合上导电状态控制元件58就可以是使等离子束指向辅助阳极53，而并不需要在坩埚52的电路上(再)装一个导电状态控制元件。
有一部分等离子束会指向坩埚52，但这很少或者根本不会对蒸发材料起蒸发作用，要是真的起作用的话，那就可在坩埚52的电路中再装一个导电状态控制元件。
根据本发明，因为蒸发材料的蒸发在基片转换期间受到了限制，所以蒸发材料的浪费性蒸发也就受到抑制了。其结果就减少了真空室内壁和其他部件上所沉积的大量蒸发材料，从而又因少了沉积物而使真空室的维修时间缩短。换言之，真空室就不必经常维修了。
权利要求
1.一种离子镀膜装置，包括一个具有等离子束发生器的真空室，一个放在所述真空室中用作阳极的坩埚，和一个放在所述坩埚周围的辅助阳极，由所述等离子束的发生器产生的一等离子束作用在所述坩埚中的蒸发材料上使之蒸发并电离，离子化后的蒸发质点沉积在置于所述坩埚对面的基片表面，以在基片上形成一薄层蒸发材料，该离子镀膜系统的特征在于，其中还包括一装置，该装置用于当基片上正在形成薄膜的这段时间内，使等离子束指向所述的坩埚，使等离子束的电流通过坩埚的流动；而当基片上完全形成薄膜之后到在后续的基片上开始形成薄膜之前的这一段时间内，使等离子束指向所述的辅助阳极，使等离子束的电流通过辅助阳极而流动。
2.一种如权利要求1所要求的离子镀膜装置，其特征在于，还包括用于在所述等离子束发生器中产生放电的放电电源；所述的辅助阳极具有一环形磁体和一环状磁盒，该环形磁体与所述的坩埚同心，并设置在所述坩埚的上体的周围；该环形磁体与所述的坩埚电气上相互绝缘；该环状磁盒与所述放电电源通过导电状态控制装置相连接；仅当基片上完全形成薄膜之后到在后续基片上开始形成薄膜之前一段时间内，该导电状态控制装置保持闭合。
3.一种适用于离子镀膜装置的操作运行方法，该装置包括，一个具有等离子束发生器的真空室，一个放在真空室中用作阳极的坩埚，和一个设置在所述坩埚周围的辅助阳极，由所述等离子束发生器产生的一等离子束作用在所述坩埚中的蒸发材料上使之蒸发及电离，离子化后的蒸发质点沉积在置于所述坩埚对面的基片表面，以在基片上形成一薄层蒸发材料，该方法的特征在于，包括当基片上正在形成薄膜的这段时间内，使等离子束指向所述的坩埚以使等离子束的电流通过坩埚而流动；和当在基片上完全形成薄膜之后到在后续的基片上开始形成薄膜之前的这段时间内，使等离子束指向辅助阳极，以使等离子束的电流通过辅助阳极而流动。
全文摘要
当在基片上形成薄膜期间,等离子束是指向坩埚,等离子束的电流流经坩埚的。而当在基片上完全形成薄膜之后,到在后续的基片上开始形成薄膜之前的一段时期内,使等离子束指向辅助阳极,以使等离子束电流通过辅助阳极而流动。
文档编号C23C14/32GK1186126SQ9712176
公开日1998年7月1日 申请日期1997年12月17日 优先权日1996年12月17日
发明者酒见俊之, 田中胜 申请人:住友重机械工业株式会社