[其他]化合物薄膜形成装置

说明书

本发明是关于化合物薄膜形成装置，特别是关于采用离子束蒸镀法蒸镀形成薄膜的化合薄膜形成装置。

一直以来，TiN、Al₂O₃、SiC等的化合物薄膜都是以喷溅法、化学汽相淀积法等方法而复盖于各种物品的表面。可是，以这样的方法复盖于物品表面的化合物薄膜，其缺点是硬度不足，附着力弱。

于是，在反应性气体气氛中，通过离子束蒸镀法喷出蒸镀物质的蒸气以形成化合物薄膜，这种称做反应性气体离子束蒸镀法也被使用着。

图2是载于《国际离子工程会议论文集》（ISIAT′83    &    IPAT′83）的反应性气体离子装置的构成示意图。图中，（1）是被保持着所定真空度的真空槽，（2）是将真空槽（1）内的气体排出的真空排气系统，（3）是设置在真空槽（1）内的下方的密闭式坩埚，（4）是设置在这坩埚（4）的上部的至少一个的喷嘴，（5）是填充在坩埚（3）内部的蒸镀物质，（6）是将坩埚（3）加热的加热用灯丝，（7）是遮挡这个加热用灯丝（6）的热的热屏蔽板，（8）是将发自坩埚（3）的喷嘴（4）的蒸镀物质（5）的蒸气喷出而形成的原子团，（9）是由坩埚（3）、加热用灯丝（6）以及热屏蔽板（7）构成的蒸气发生源。

（10）是放出电子束的电离灯丝，（11）是将来自这个电离灯丝（10）的电离用电子引出并加速的电子束引出电极，（12）是遮挡电离灯丝（10）的热的热屏蔽板，（13）是由电离灯丝（10）、电子束引出电极（11）以及热屏蔽板（12）构成的原子团（8）的电离机构。

（14）是通过电离机构（13）而被电离成正离子的离子团，（15）是以电场加速离子团（14），使离子团（14）获得功能的加速电极，（16）是衬底（17）是在这衬底的表面上形成的蒸镀薄膜。

（18）是填充了含有组成化合物的元素，例如氧、氮、碳氢化合物等反应性气体的储气瓶，（19）是从储气瓶（18）将反应性气体导入真空槽（1）时调节流量的流量调节阀，（20）是将通过流量调节阀而被导入的反应性气体导向坩埚（3）的喷嘴（4）上方的导管，（21）是由储气瓶（18）、流量调节阀（19）及导管（20）构成的反应性气体导入系统。

（22）是将加热用灯丝（6）加热的第一交流电源，（23）是将坩埚（3）的电位偏置为正电位的第一直流电源，（24）是加热电离灯丝（10）的第二交流电源，（25）是将电离灯丝（10）偏置为负电位的第二直流电源，（26）是将电子束引出电极（11）及坩埚（3）偏置使之对于处在接地电位的加速电极（15）保持正电位的第三直流电源，（27）是由第一交流电源（22）、第一直流电源（23）、第二交流电源（24）、第二直流电源（25）及第三直流电源（27）构成的电源装置。

原来的化合物薄膜形成装置的构成有如上述，真空槽（1）的真空度通过排气系统（2）而被排气至1×10^-6mmHg的程度。从加热用灯丝（6）放出的电子通过由第一直流电源（23）所附加的电场而被加速，被加速了的电子与坩埚（3）相冲突，使坩埚（3）内的蒸气压达到数mmHg进行加热。通过这个加热，坩埚（3）内的蒸镀物质（5）蒸发，从喷嘴（4）向真空槽（1）中喷射。当蒸镀物质（5）的蒸气通过喷嘴（4）时，通过由于坩埚（3）与真空槽（1）之间的压力差而引起的绝热膨胀而成为过冷状态，大约100至1000个原子结合成块状原子团（8）。这个块状原子团（8）的一部分通过从电离灯丝（10）放出的电子束而被电离，成为块状离子团（14）。这块状离子团（14）与没有被电离的中性的块状原子团（8）一起，通过由加速电极（15）而形成的电场而被加速及控制，使之与衬底（16）相冲突。另一方面，在衬底（16）附近存在着由反应性气体导入系统（21）导入的反应性气体。于是，在衬底（16）附近，蒸镀物质（5）的块状原子团（8）及块状离子团（14）与反应性气体进行反应，从而在衬底（16）上蒸镀出化合物的薄膜，形成蒸镀薄膜（17）。

再者，各直流电源的作用如下：第一直流电源（23）使坩埚（3）的电位对于加热用灯丝（6）为正偏压，从而使由加热用灯丝（6）放出的热电子与坩埚（3）相冲突。第二直流电源（25），使由二交流电源（24）加热的电离灯丝（10）的电位对于电子束引出电极（11）为负偏压，以便将从电离灯丝（10）放出的热电子引到引出电极（11）的内部。第三直流电源（26）将电子束引出电极（11）及坩埚（3）偏置，使之对于处在接地电位的加速电极（15）为正电位。