DE3502902A1

DE3502902A1 - Ionenstrahl-aufdampfvorrichtung

Info

Publication number: DE3502902A1
Application number: DE19853502902
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Mobara Chiba Morimoto; Toshinori Nagaokakyo Kyoto Takagi
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 1984-01-31
Filing date: 1985-01-29
Publication date: 1985-08-08
Also published as: US4559901A; GB2156578B; GB8502400D0; GB2156578A; DE3502902C2

Description

Ionenstrahl·-Auf dampf vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung, und insbesondere auf eine Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung, die geeignet ist, einem in einem Ionisierungsbereich ionisierten verdampften Werkstoff kinetische Energie zuzuführen und den ionisierten verdampften Werkstoff gemeinsam mit einem nicht ionisierten verdampften Werkstoff zu einem Substrat zu transportieren, um die Werkstoffe gleichmäßig auf dem Substrat aufzudampfen.

Dünnschichten wurden bisher unter Verwendung von Ionenplatierungs-, Ionenstrahl-Aufdampf- oder Agglomerataufdampfverfahren hergestellt. Bei derartigen Aufdampfverfahren ist es vorgesehen, den Werkstoff, aus dem die Dünnschicht hergestellt werden soll, zu ionisieren und eine Beschleunigungsspannung an den ionisierten Werkstoff anzulegen oder den Aufladungseffekt des ionisierten Werkstoffs und auch das Anlegen einer Spannung dazu zu verwenden, um kinetische Energie zuzuführen und dabei die Kristallbildung und andere physikalische Eigenschaften der abgelagerten Schicht zu steuern.

Bei herkömmlichen Aufdampfverfahren ist es erforderlich, in der Nähe des Schmelztiegels eine Beschleunigungselektrode vorzusehen, die dazu dient, einen verdampften Werkstoff, der aus dem Schmelztiegel austritt und durch den Zusammenstoß mit einer Elektronenwolke ionisiert wird, zu beschleunigen.

Beispielsweise werden Ionenstrahl-Aufdampfverfahren unter Verwendung einer Vorrichtung durchgeführt, die in Fig. 1 gezeigt ist. Im einzelnen wird ein abzuscheidender Werkstoff 2 in einen Schmelztiegel 1 eingefüllt und dann wird der Schireiz tiegel erhitzt. Das Erhitzen des Schmelztiegels 1 kann durch ein Strahlungsheizungsverfahren unter Verwendung der Strahlungshitze, die in einem Schmelztiegelheizdraht 3 erzeugt wird, einem Elektronenaufschlagverfahren unter Verwendung von Elektronen, die von dem Draht 3 durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Draht 3 und dem Schmelztiegel 1 ausgestoßen werden oder durch ein Direktheizverfahren ausgeführt wird, bei dem elektrischer Strom unmittelbar durch die äußere Oberfläche des Schmelztiegels 1 fließt. Als Alternative hierzu kann die Heizung auch durch jede Kombination der oben erwähnten Heizverfahren ausgeführt werden. Das Erhitzen des Schmelztiegels 1 bewirkt, daß der Werkstoff sich in Dampf 4 verändert, der üblicherweise Mikroagglomerate enthält, die aus einigen Molekülen oder Atomen gebildet werden.

Dann kommt eine Elektronenwolke 5 mit dem Dampf 4 in Berührung oder prallt mit diesem zusammen, um einen Teil des Dampfes 4 zu ionisieren. Die Elcktronenwolke wird durch die Zusammenarbeit eines Drahts 6 zum Aussenden von Ionisierungselektronen und einem netzartigen Gitter 7 zum Ablösen der Elektronen von dem Draht 6 gebildet. Um zu erreichen, daß die Elektronenwolke 5 wirksam in Richtung zu dem Dampf 4 gerichtet ist, wird der Draht 6 üblicherweise von einer Abschirmelektrode 8 umgeben, die dasselbe Potential aufweist, wie

dor Draht 6_/und an dae Gitter- 7 wird eine in Bezug auf den Draht 6 und die Abschirmelektrode 8 positive Spannung von 200 Volt bis 1kV angelegt. Ein derartiger Aufbau wird für eine positive Ionisation von Atomen oder Molekülen verwendet. Der Draht 6, das Gitter 7 und die Abschirmelektrode 8 bilden eine Ionisationselektrodengruppe und das Zusammenprallen der Elektronenwolke 5 mit dem Dampf 4, der von dem Schmelztiegel 1 nach oben ausgestoßen wird, wird in einem lonisierungsbereich 9 durchgeführt.

Die Teilchen des ionisierten Dampfs sind positiv geladen. Demgemäß ist es, um die ionisierten Teilchen zu beschleunigen und so kinetische Energie zuzuführen, erforderlich, eine Beschleunigungselektrode 10 vorzusehen, an der eine negative Beschleunigungsspannung von O - 10 kV anliegt.

Die J^yuipotentiallinien 11 der angelegten Spannung sind, wie in Fig. 1 gezeigt, von oben betrachtet in einer konkaven Form innerhalb des Ionisationsbereichs 9 verteilt, und die ionisierten Teilchen werden allmählich beschleunigt, während auf sie eine Kraft einwirkt, die senkrecht zu den £quipotentiallinien 11 gerichtet ist, sodaß die ionisierten Teilchen um die Mittelachse konvergieren. Die Fig. 1 zeigt auch, daß die &juipotentiallinien 11, die in dem oberen Gebiet des Ionisationsbereichs vorhanden sind, in konvexer Form verteilt sind und divergieren. Jedoch werden die Teilchen mit hoher Geschwindigkeit durch das Gebiet transportiert, da sie bereits beschleunigt wurden. Somit konvergieren die JLquipotentiallinien. Weiterhin bewirkt eine hohe negative Spannung oder eine zum Erzeugen einer Dünnschicht optimale Spannung, die

entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall festgelegt wird, daß ein bestimmter Wert der Konvergenz bedeutend verändert wird.

Ein Teil der verdampften Teilchen, der in dem Ionisationsbereich 9 nicht ionisiert wurde, erreicht ein Substrat für das Aufdampfen ohne beschleunigt und konvergiert zu werden.

Dies bewirkt, daß die ionisierten und beschleunigten Teilchen vorwiegend im zentralen Bereich des Substrats verteilt sind und in den äußeren Bereichen weniger verteilt sind, was zur Folge hat, daß die auf dem Substrat abgelagerte Schicht ungleichmäßig ist.

Eine derartige Erscheinung tritt nicht nur bei dem Ionenauf dampf verfahren auf, bei dem eine Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, und ionisierte Moleküle oder atomähnliche Teilchen verwendet werden, sondern auch bei Agglomerataufdampfverfahren auf, bei denen Agglomerate verwendet werden, die jeweils aus etwa 500 - 2000 lose miteinander verbundenen Atomen bestehen.

Die Agglomerataufdampfverfahren werden im folgenden in Verbindung mit einer Vorrichtung beschrieben, die in Fig. 2 gezeigt ist.

Die Agglomerataufdampfverfahren verwenden eine adiabatische Expansion bei dem Ausstoßen. Zu diesem Zweck wird ein aufzudampfender Werkstoff in einen Schmelztiegel 15 eingefüllt, der mit einer Einspritzdüse 14 versehen ist. Der Schmelztiegel 15 wird durch ein Heiz-

verfahren vom Elektroncnaufschlagtyp aufgeheizt, wobei von einem Draht 17 ausgesandte Elektronen verwendet werden, um den Werkstoff 16 zu verdampfen. Als Alternative hierzu kann das Erhitzen des Schmelztiegels 15 durch ein Direktheizverfahren unter Verwendung eines hohen Stroms, der durch die Wand des Schmelztiegels 15 fließt, durch ein Heizverfahren mittels einer um den Schmelztiegel 15 angeordneten Heizung oder einer Kombination davon durchgeführt v/erden.

Wenn der Werkstoff 16, der in dem Schmelztiegel 15 verdampft wurde, um einen Dampf mit hohem Druck in der Größenordnung von 10 oder einigen Torr zu bilden, von dem Schmelztiegel 15 mittels der Düse 16 in einen Bereich mit hohem Vakuum ausgestoßen wird, bildet er Agglomerate von Atomen, die jeweils aus 5oO - 2000 Atomen bestehen oder Klumpen durch eine starke Abkühlung in Folge der adiabatischen Expansion und er wird in Form eines Agglomeratstrahls 18 in Richtung zum Substrat transportiert, wobei ihm die kinetische Energie im Augenblick des Ausstoßens von der Düse 14 zugeführt wird. Während des Ausstoßens wird durch die Zusammenarbeit eines Drahts 19 zum Aussenden von für die Ionisation der Agglomerate erforderlichen Elektronen und einer positiven Spannung von ungefähr 200 Volt - 1kV, die an einem netzartigen Gitter 20 zum Ablösen der Elektronen von dem Draht 19 anliegt, eine Elektronenwolke erzeugt, wie es auch in Fig. 1 der Fall ist. Die auf diese Weise erzeugte Elektronenwolke wird unter Verwendung einer Abschirmelektrode mit dem selben Potential wie der Draht 19 wirkungsvoll auf den Agglomeratstrom 18 gerichtet, um

einen Teil der Agglomerate zu ionisieren. Diese Ionisation wird in einem Ionisationsbereich 22 ausgeführt. In Fig. 2 bezeichnen die Bezugszeichen 23, 24 und 25 eine Beschleunigungselektrode, einen Substratsträger, bzw. ein Substrat. Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung kann je nach Anwendungsfall mit einem Thermoelement 26, einer Heizung 27 zum Erhitzen des Substrats 25 und einer Blende 28 versehen werden.

In diesem Fall wird die Ionisation dieses Agglomerate im Hinblick auf wenigstens eines der 5oO - 20Oo Atome durchgeführt, die das Agglomerat bilden. Um die ionisierten Agglomerate zu beschleunigen, wird durch eine Beschleunigungselektrode 23, die in den Ionisierungsbereich 22 hineinragt oder diesen durchdringt, ein elektrisches Feld erzeugt, um ein Sammellinsensystem zu erzeugen. Dies wird im wesentlichen in der gleichen Weise wie bei Fig. 1 erreicht. Die Folge davon ist, daß die ionisierten Agglomerate durch die Beschleunigungsspannung zur Mittelachse konvergiert oder fokussiertwerden. Somit wird eine auf dem vom Substrathalter 24 getragenen Substrat 25 abgelagerte Schicht aus Agglomeraten, die in dem Ionisationsbereich 22 ionisiert werden und die der Konvergierungs- oder Fokussierungswirkung unterliegen und neutralen Agglomeraten gebildet, die nicht ionisiert sind und geradlinig zu dem Substrat 25 transportiert v/erden und die ungleichmäßig verteilt sind. Die Verteilung der ionisierten Agglomerate und der nicht-ionisierten Agglomerate ist unterschiedlich und die Beschleunigungsspannung wird in Abhängigkeit von dem jeweiligen Anwcndungsfall verändert.

Fig. 3 zeigt Beispiele einer Komputersimulation einer derartigen Erscheinung in der Vorrichtung nach Fig. 2. Die Komputersimulation der Fig. 3 wurde unter Verwendung von Agglomeraten aus Silber erreicht, wobei der Teil zwischen dem Ionisationsbereich 22 und dem Substrat 25 in Fig. 2 vergrößert dargestellt ist.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung ist es erforderlich, zum Ablösen der Elektronen eine Spannung von 200 Volt - 1 kV zwischen dem die Ionisationselektronen ablösenden Gitter 20 und dem die Ionisationselektronen aussendenden Draht 19 anzulegen. Im Hinblick darauf wurde in Fig. 3 die die Elektronen ablösende Spannung auf Volt eingestellt, die an das die Ionisationselektronen ablösende Gitter 2o, das dem Gitter 20 in Fig. 2 entspricht, anzulegende Spannung auf 0 Volt eingestellt und die an den die lonisationselektronen aussendenden Draht 19, der dom Draht 19 in Fig. 2 entspricht, anzulegende Spannung auf - 500 Volt eingestellt.

Fig. 3a zeigt die Spuren der ionisierten Agglomerate, die beim Anlegen einer Spannung von - 3kV an eine Beschleunigungselektrode 23 in Fig. 3, die der Elektrode 23 in Fig. entspricht, erreicht werden^und Fig. 3b zeigt ü»se Spuren, wie sie beim Anlegen einer Spannung von -6 kV erreicht werden.

Wie aus den Figuren 3a und 3b ersichtlich ist, wird die Verteilung der ionisierten Agglomerate auf dem Substrat in Abhängigkeit von der an die Eeschleunigungselektrode in Fig. 3 angelegten Spannung deutlich verändert.

Wie oben im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurde, bewirkt die Durchdringung des elektrischen Felds der Beschleunigungsspannung durch den Ionisationsbereich 23 die Konvergenz der Agglomerate. Jedoch werden bei der in Fig. 3, insbesondere Fig. 3a, gezeigten Simulation die ionisierten Agglomerate nicht genügend konvergiert. Der Grund scheint folgender zu sein:

Ein Programm, das für die in Fig. 3 gezeigte Simulation verwendet wird, wurde unter Verwendung der neuesten und

und der höchstentwickelten Verfahren ausgearbeitet und ist äußerst verschieden von einem Simulationsprogramm, das nur im Hinblick auf die Divergenz und Konvergenz von Agglomeraten infolge des elektrischen Felds einer Beschleunigungsspannung ausgearbeitet wurde. Unter der Annahme, daß ein herkömmliches Programm verwendet wird, welches nur im Hinblick auf das elektrische Feld ausgearbeitet wurde, weisen die in den Fig. 3a und 3b gezeigten Simulationen Spuren von ionisierten Agglomeraten auf, wie sie in den Figuren 3c, 3d gezeigt sind und die konvergieren und dann divergieren.

Bei der Ausarbeitung des für die in den Figuren 3a und 3b gezeigten Simulationsprogramms wurde auch der Raumladungseffekt der ionisierten Agglomerate ebenfalls sorgfältig beachtet. Daher sind die Spuren der ionisierten Agglomerate bei den in den Figuren 3a und 3b gezeigten Simulationen konvergierend im Hinblick auf die rücktreibende Kraft zwischen den ionisierten Agglomeraten und auf die äußerst kleine Veränderung des Raumladungspotentials infolge der Ladung der ionisierten Agglomerate. Demgemäß kommen die in den Figuren 3a und 3b gezeigten Simulationen den wirklichen Verhältnissen sehr nahe. Dies deutet darauf hin, daß die Spuren der ionisierten Agglomerate selbst dann verfolgt werden können, wenn die Veränderung in dem Ionisationsstroin eine Veränderung in der Anzahl der ionisierten Teilchen bewirkt.

Jedoch werden neutrale Agglomerate, die nicht der ionisation unterworfen wurden, von der Beschleunigungsspannung nicht erfaßt. Somit ist das Verhältnis zwischen den auf dem Substrat verteilten neutralen Agglomeraten und den ionisierten Agglo-

meraten nicht einheitlich. Dies beeinflußt die Kristallbildung und die physikalischen Eigenschaften der auf dem Substrat aufgedampften Schicht in ungünstiger Weise.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung anzugeben, die für eine gleichmäßige Verteilung von ionisiertem verdampftem Werkstoff auf einem gewünschten Gebiet eines Substrats geeignet ist und insbesondere eine Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung anzugeben, die zum gleichmäßigen Verteilen eines ionisierten verdampften Werkstoffs auf ein gewünschtes Gebiet auf einem Substrat geeignet ist, und insbcsonders liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung anzugeben, die zum Erzeugen eines gleichmäßigen Films auf einem Substrat und/oder zum Erzeugen eines gewünschten Films auf einer gewünschten Fläche auf einem Substrat geeignet ist.

Die Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen lonisationsbereich auf, in dem wenigstens ein Teil eines verdampften Werkstoffs ionisiert wird und dem ionisierten verdampften Werkstoff kinetische Energie zugeführt wird, um den ionisierten verdampften Werkstoff zusammen mit nicht ionisiertem verdampftem Werkstoff zu einem Substrat zu transportieren und dabei die Werkstoffe auf dem Substrat aufzudampfen; eine Beschleunigungselektrode, die zwischen dem Ionisationsbereich und dem Substrat angeordnet ist, um dem ionisierten verdampften Werkstoff die erforderliche kinetische Energie zuzuführen, wenn der ionisierte verdampfte Werkstoff das Substrat erreicht; und eine Anordnung auf, die zwischen dem lonisationsbereich und dem Substrat angeordnet ist, um den ionisierten verdampften Werkstoff mit gleichmäßiger Konzentration auf eine gewünschte Fläche auf dem Substrat aufzubringen oder den ionisierten verdampften Werkstoff über der Fläche gleichmäßig zu verteilen.

Im folgenden wird die Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung gemäß der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine Vorderansicht einer herkömmlichen Ionenstrahl-Auf Onmpfvorrichtung;

Fig. 2

eine Vorderansicht einer weiteren herkömmlichen Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung;

Figuren 3a, 3b, 3c und 3d

zeichnerische Darstellungen von Beispielen einer Komputer-Simulation, bei der in Fig. gezeigten Aufdampfvorrichtung;

Fig. 4

eine Vorderansicht einer Ausführungsform einer lonenstrahl-Aufdampfvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5

eine schematische Ansicht eines Modells eines Teils der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung;

Fig. 6

eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dor Spannung an einer Beschleunigungselektrode und derjenigen an einer Zwischenelektrode;

Fig. 7

eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform einer Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Figuren 8a, 8b, 8c und 8d

zeichnerische Darstellungen von Beispielen einer Komputersimulation, bei der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung.

Fig. 9

eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform einer Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Figuren
10a, 10b
und 10c

zeigen Diagramme von Ablenkspannungen;

Figuren eine Ansicht von Mikro-Strukturen; 11a und 11b

Fig. 12 eine Vorderansicht des wesentlichen Teils einer anderen Ausführungsform einer Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 eine Draufsicht auf ein wesentliches Teil

einer weiteren Ausführungsform einer Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Figuren zeigen Diagramme von Ablenkspannungen; 14a und 14b

Fig. 15 eine Draufsicht auf ein wesentliches Teil

einer weiteren Ausführungsform einer Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und

Figuren
16a und
16b

zeigen Diagramme von Ablenkspannungen .

Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Ionenstrahl-Auf dampf vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die selben Bezucrazeichen wie in Fig. 2 gleiche oder ähnliche Teile bezeichnen. Die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung unterscheidet sich von der in Fig. 2 gezeigten dadurch, daß eine Zwischenelektrode 29 zum Beschleunigen und Verzögern zwischen einer Abschirmelektrode 21 und einer Beschleunigungselektrode 23 angeordnet ist.

Es wurde eine Untersuchung hinsichtlich der Konvergenz von ionisierten Aggloinoraten durchgeführt, bei der die in Fig. 4 gezeigte Aufdampfvorrichtung verwendet wurde und bei der Beschleunirungsspannungen an die Beschleunigungselektrode 23 angelegt wurden, die durch den jeweiligen Anwendungsfall bestimmt wurden und bei der die Spannung an der Zwischenelektrode 29 verändert wurde.

Bei der Untersuchung wurde auch das oben beschriebene Simulationssystem für die Ionenspur verwendet, wobei der Raumladungseffekt der ionisierten Agglomerate und auch die Veränderung des Raumladungspotentials infolge der Aufladung der ionisierten Agglomerate berücksichtigt wurden. In der Untersuchung wurde diejenige Fläche, die durch gestrichelte Linien in Fig. 4 dargestellt ist, herausgegriffen und nachgebildet, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.

Weitere Bedingungen für die Untersuchung bestanden darin, daß die Energie zu dem Zeitpunkt des Austritts des verdampften Materials aus der Düse als eine Ausgangsbedingung betrachtet wurde, daß der Strom für die Ionisation der Agglomerate auf 2o iuA festgelegt wurde und daß die Spannungen, die an den Substratträger 24 und an die Beschleunigungselektrode 2 3 und an die Zwischenelektrode 2 9 angelegt wurden, die in der Tabelle I angegebenen Werte aufwiesen,

BAD ORIGINAL TABELLE I

An die Beschleunigungs- An die Zwischen-

Elektrode 23 und den Elektrode 29 ange-

Subs tratträger 24 ange- legte Spannung legte Spannung

Figur 6 (a) -2kV -3kV

Figur 6 (b) -4kV -1.4kV

Figur 6 (c) -6kV -1.2kV

Figur 6 (d) -8kV -O.8kV

Die Untersuchung wurde hinsichtlich der Spuren der ionisierten Agglomerate unter den oben beschriebenen Bedingungen durchgeführt und Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der an die Beschleunigungseloktrode 23 angelegten Spannung, (welche dieselbe ist, wie die an den Substratträger 24 angelegte Spannung), und der an die Zwischenelektrode 29 angelegten Spannung, die sich aus den Ergebnissen der Untersuchung ergaben.

Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform ist, wie oben beschrieben, in der Weise aufgebaut, daß die Beschleunigungselektrode 23 und die Zwischenelektrode 29 es erlauben, eine gewünschte kinetische Energie dem ionisierten verdampften Werkstoff zuzuführen und dafür zu sorgen, daß der Werkstoff auf einer gewünschten Fläche auf dem Substrat gleichmäßig verteilt wird.

Die Vorrichtung kann auch mit zwei oder mehr Zwischenelektroden 29 versehen sein.

Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben.

In Fig. 7 bezeichnen ö.Le selben Bezugszeichen wie in Fig. gleiche oder entsprechende Teile. Bei der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung ist ein Schmelztiegel 15 geerdet und an einen Substratträger 24 und eine hinterste Beschleunigungselektrode wird von einer Spannungsquolle 30 eine optimale Spannung zum Bilden einer gewünschten Dünnschicht, gemäß den in Fig. 6 gezeigten Ergebnissen, angelegt. Das Erhitzen des Schmelztiegels 15 wird unter Verwendung von Elektronen durchgeführt, die von einem Draht 17 unter Verwendung einer Spannungsquelle 31 ausgestoßen werden und das Erhitzen des Drahts 17 wird mittels einer Spannungsquelle 32 durchgeführt.

Ein durch die Düse 14 des Schmelztiegels 15 ausgestoßener verdampfter Werkstoff wird zu einem Substrat 25 in Form von Agglomeraten transportiert, währenddessen ein Gitter 2o zum Gewinnen der Ionisationsclektronen bewirkt, daß ein die Ionisationselektronen aussendender Draht 19 die Elektronen abgibt, so daß ein Teil dor Agglomerate ionisiert werden kann. Der Draht 19 wird durch eine nicht gezeigte geeignete Spannungsquelle erhitzt und die Freisetzung der Elektronen wird durch die Spannungsquclle 3 3 '.-rreicht.

Da die ionisierten Agglomerate und die neutralen Agglomerate zu dem Substrat 25 miteinander vermischt transportiert werden, wird die Spannung der Spannungsquelle 34 selbsttätig oder manuell entsprechend der vorher bestimmten Beziehungen, wie sie in Fig. 6 gezeigt sind, eingestellt, um damit die gewünschte Verteilung der ionisierten Agglomerate zu erreichen-

Weiterhin ist die in Fig. 7 gezeigte Vorrichtung mit einem Strahlformer 35 versehen, der derart ausgebildet ist, daß er selbsttätig oder manuell betätigt werden kann, um die Form eines Strahls aus den ionisierten Agglomeraten oder eines Agglomerationenstrahls zu überwachen. Die Spannung einer Zwischenelektrode 29 v/ird selbsttätig oder manuell durch die Spannungsquelle 34 verändert, um zu ermöglichen, daß die ionisierten Agglomerate gemäß der in Fig. 6 gezeigten Beziehungen gleichmäßig auf dem Substrat 25 verteilt werden, wobei dor Strahlformer beobachtet wird.

Der Strahlformer 35 kann in bekannter Weise ausgebildet sein, um eine Strahlformzu überwachen, beispielsweise als ein balkenartiger Strahlformer, ein Strahlformer für rechtwinklige Koordinaten, ein Strahlformer vom Typ eines pharadäischen Gefäßes oder ähnlich.

Weiterhin ist die Vorrichtung nach Fig. 7 mit einem logischen Schaltkreis 36 versehen, der dazu geeignet ist, eine erforderliche Ionenverteilung, die durch den Strahlformer erreicht wird, dadurch im voraus zu speichern und selbsttätig Daten für die Strahlverteilung auszuwählen. Der logische Schaltkreis 36 dient dazu, selbsttätig die Spannungsquelle 34 im Hinblick auf die Daten für die Strahlverteilung und ein Signal für die Beschleunigungsspannung der Spannungsquelle 3o einzustellen, um eine gewünschte Verteilung des Agglomerationenstrahls zu erreichen.

Die Figuren 8a, 8b, 8c und 8d zeigen Beispiele einer Computersimulation bei der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung. Die in Fig. 8 gezeigten Spuren der ionisierten Agglomerate wurden unter den Bedingungen erreicht, daß die Spannungen des die Ionisationselektronen ablösenden Gitters 20 auf 0 Volt einge-

BAD ORIGINAL

stellt war, daß die Spannung des die Ionisationselektronen aussendenden Drahts 19 auf - 500 Volt eingestellt war und daß die an dia Beschleuniqungselektrode 23 und den Substratträger 24 angelegte Spannung und die an die Zwischenelektrode 29 angelegte Spannung die Werte aufwiesen, die in der Tabelle II gezeigt sind.

TABELLE II

An die Beschleunigungs- An die Zwischenelektrode 2 3 und den Elektrode 29 ange-Substratträger 2 4 ange- legte Spannung legte Spannung

Fig. 8 (a) -2kV -3kV

Fig. 8 (b) -4kV -1.4kV

Fig. 8 (c) -6kV -1.2kV

Fig. 8 (d) -8kV -0.8kV

Im einzelnen wurden die in Fig. 8 gezeigten Beispiele durch das Anlegen einer Spannung an die hinterste Beschleunigungselektrode 23 erreicht, die der kinetischen Energie entspricht, die für die ionisierten Agglomerate erforderlich war und dadurch daß gleichzeitig die an die Zwischenelektrode 29 angelegte Spannung gesteuert wurde, die gemäß einem vorgegebenen Programm auf einem Signal von dem Strahlformer 35 beruht, so daß die ionisierten Agglomerate, denen eine kinetische Energie zugeführt wurde, gleichmäßig über eine gewünschte Fläche auf dem Substrat 25 verteilt werden können, wenn die ionisierten Agglomerate das Substrat erreichen.

In Fig. 7 ist der Schmelztiegel 15 geerdet. Als Alternative hierzu kann das Substrat 25 geerdet sein.

Die obige Beschreibung der Fig. 7 wurde in Verbindung mit der positiven Ionisation der Agglomerate ausgeführt. Entsprechendes gilt für eine negative Ionisation der Agglomerate, mit der Ausnahme, daß die Polarität der Spannungen verändert wird.

Die oben beschriebene Ausführungsform ist mit wenigstens zwei Elektroden versehen, die es ermöglichen, die erforderliche kinetische Energie dem verdampften Werkstoff zuzuführen, der in dem Ionisationsbereich ionisiert wird und einen Werkstoff mit gleichmäßiger Konzentration auf eine gewünschte Fläche auf dem Substrat zu verteilen oder den Werkstoff gleichmäßig über eine Fläche zu verteilen, wenn der Werkstoff das Substrat erreicht, sodaß eine gleichmäßige Schicht auf dem Substrat erzeugt werden kann.

Als Alternative hierzu kann die vorliegende Erfindung dahingehend abgeändert werden, daß eine Anordnung zum Ablenken des verdampften ionisierten Werkstoffs vorgesehen wird oder zwischen dem Ionisationsbereich und dem Substrat zusätzlich zu der Beschleunigungselektrode angeordnet wird, um zu ermöglichen, daß die Ablenkspannung nur auf den ionisierten verdampften Werkstoff einwirken kann, sodaß eine gleichmäßige Schicht auf dem Substrat selbst unter den Bedingungen abgeschieden werden kann, die die Bildung einer ungleichmäßigen Schicht verursachen.

Nun wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die derart ausgebildet ist, daß sie den ionisierten verdampften Werkstoff ablenkt, nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben.

In Fig. 9 bezeichnen die selben Bezugszeichen wie in Fig. 7 ähnliche oder entsprechende Teile. Die in Fig. 9 gezeigte Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung unterscheidet sich von der in Fig. 7 dargestellten dadurch, daß eine Ablenkelektrode zwischen der Beschleunigungselektrode und dem Substrat 25 vorgesehen ist.

Bei der in Fig. 9 gezeigten Vorrichtung ist der Schmelztiegel 15 geerdet und an den Substratträger 24 und an der Beschleunigungselektrode liegt von einer Spannungsquelle 30 eine optimale Spannung zum Bilden einer Schicht mit vorgegebenen Merkmalen an. Das Erhitzen des Schmelztiegels 15 wird unter Verwendung von Elektronen durchgeführt, die von einem Draht mittels einer Spannungsquelle 31 ausgesandt werden und das Erhitzen des Drahts 17 wird unter Verwendung einer Spannungsquelle 32 durchgeführt.

Ein von einer Düse 14 des Schmelztiegels 15 ausgestoßener verdampfter Werkstoff wird in Form von Agglomeraten zu dem Substrat transportiert, während gleichzeitig ein Ionisationselektronen auslösendes Gitter 20 bewirkt, daß Elektronen von einem Ionisationselektronen aussendenden Draht 19 ausgesandt werden, um dadurch die Agglomerate zu ionisieren. Das Erhitzen des die Ionisationselektronen aussendenden Drahts 19 wird durch eine nicht dargestellte Spannungsquelle durchgeführt, und die Erzeugung der Elektronen wird unter Verwendung der Spannungsquelle 3 3 erreicht.

Die ionisierten Agglomerate und neutrale Agglomerate werden zu dem Substrat 25 miteinander vermischt transportiert, während gleichzeitig die Spannung der Spannungsquelle 3o selbsttätig oder manuell eingestellt wird.

BAD ORIGINAL

An der Ablenkungselektrode 37 liegt eine Wechselspannung von der Sekundärwicklung 39 eines Transformators 38 an. Ein Mittelabgriff 40 der Wicklung 39 ist mit einem verschiebbaren Abgriff 41 der Spannungsquelle 30 verbunden, um ein Bezugspotential für den Mittelabgriff oder die Ablenkelektrode zwischen dem Erdpotential und dem Potential der Beschleunigungselektrode 2 3 auszuwählen, die von der Stellung des verschiebbaren Abgriffs 41 abhängt, um die Verteilung der ionisierten Agglomerate zu steuern, und den Agglomerationenstrahl durch die Wechselspannung des Transformators 38 abzulenken, die überlagert wird, um die Eigenschaften der auf dem Substrat 25 abgeschiedenen Schicht zu steuern.

Die Ablenkfreguenz der Ablenkelektrode 37 kann auf die Netzfrequenz oder 60 Hz eingestellt werden. Sie kann auch auf eine Frequenz eingestellt werden, die größer oder kleiner als die Netzfrequenz ist.

Die Wellenform der Ablenkspannung der Ablenkelektrode 37 kann den Verlauf einer Sägezahnspannung, wie sie in Fig. 10a gezeigt ist, einer bewußten halben Sägezahnspannung, wie sie in Fig. 10b gezeigt ist, um die Bewegung der ionisierten Agglomerate zu einer Hälfte einer gewünschten Abschaltungsfläche auf dem Substrat 25 zu verhindern, oder ausgebildet sein, wie es in Fig. 10c gezeigt ist.

Es wird somit festgestellt, daß bei der gezeigten Ausführungsform die teilweise Zunahme oder Abnahme in der Anzahl der ionisierten Agglomerate in der Mischung mit den neutralen Agglomeraten und das Aufdampfen einer Schicht, die gemäß einem Programm eine veränderbare Dichteaufweist, durch die Veränderung der Ablenkfrequenz und der Wellenform der Ablenkspannung an der Ablenkelektrode 2 3 erreicht wird. Die beschriebene Ausführungsform kann auch die Bildung einer gleichmäßigen Schicht

über eine große Fläche des Substrats und/oder das Aufdampfen eines Films bewirken, der gewünschte physikalische Eigenschaften hinsichtlich der Kristallbildung und der Zusammensetzung aufweist. Weiterhin kann die Ausführungsform in entsprechender Weise die Verteilung der ionisierten Agglomerate in dem Agglomerationenstrahl selbst unter den Bedingungen vereinheitlichen, die bewirken, daß die Agglomerate nicht gleichmäßig in dem Strahl verteilt sind.

Nun wird ein Beispiel eines Versuchs mit der oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben.

Die Durchführung des Versuchs war folgendermaßen:

Der Schmelztiegel 15 wurde MgF2 gefüllt. Das Aufdampfen eines Films auf einem aus Glas bestehenden Substrat 25 wurde 15 Minuten lang unter den Bedingungen durchgeführt, daß ein Strom von 10OmA zwischen dem die Ionisationselektronen aussenden Draht 19 und dem die Elektronen abgebenden Gitter 20 vorhanden war. An die Beschleunigungselektrode 23 wurde eine Spannung von 1okV angelegt und für die Ablenkelektrode 37 wurde die Netzfrequenz verwendet. An den Transformator 38 wurde eine einphasige Spannung von 150 Volt angelegt. Das Potential des Mittelabgriffs wurde auf das Erdpotential eingestellt. Die Temperatur des Substratträgers 24 wurde auf 320° C eingestellt. Die sich ergebende Dünnschicht war eine einheitliche Magnesiumfluoridschicht mit einer Mikro-Struktur, wie sie in Fig. 11a gezeigt ist. Ein ähnlicher Versuch wurde auch ohne die Verwendung der Ablenkelektrode 37 durchgeführt. Es wurde dabei eine in hohem Maße ungleichmäßige Schicht erreicht, wie es in Fig. 11b gezeigt ist.

Die Fig. 12 zeigt don wesentlichen Teil einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die in Fig. 12 gezeigte Ausführungsform ist derart ausgebildet, daß sie einen Spannungsfunktionengenerator 41 aufweist, der anstelle des Transformators 3 8 in Fig. 9 angeordnet ist, und der geeignet ist, eine Sinusspannung, eine Dreiecksspannung und eine Sägezahnspannung zu erzeugen. Das Bezugspotenzial ist zwischen Erdpotential und dem Potential an der Beschleunigungselektrode 23 durch eine Spannungssteuerung 50 wählbar.

Noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 13 gezeigt.

Die Ausführungsform hat ein Paar einander gegenüberliegender X-Achsen-Ablenkelektroden 43 und ein Paar einander gegenüberliegender Y-Achsen-Ablenkelektroden 45. An den X-Achsen-Ablenkelektroden 43 liegt die Ausgangsspannung eines Generators 46 zum Erzeugen einer X-Achsen-Ablenkspannung an, wie sie in Fig. 14a gezeigt ist und die Ausgangsspannung eines Generators 47 zum Erzeugen einer Y-Achsen-Ablenkspannung, wie sie in Fig. 14b gezeigt ist, wird an die Y-Achsen-Ablenkelektroden 45 angelegt, sodaß der Agglomerationenstrahl zickzackförmig abgelenkt werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform, deren wesentlicher Teil in Fig. 15 gezeigt ist, werden einem Paar X-Achsen-. Ablenkelektroden 48 und einem Paar Y-Achsen-Elektroden 49 Spannungen zugeführt, die sinusförmig ausge. bildet sind und die einen Phasenunterschied von 90° gegeneinander aufweisen und deren Amplitudenwerte allmählich erhöht werden, wie es in den Figuren 16a bzw. 16 b gezeigt ist.

Die Ablenkung eines Agglomerationenstrahls kann mittels eines elektrischen Felds durchgeführt werden.

In den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die
Ablenkelektroden zwischen der Beschleunigungselektrode 23 und dem Substrat 25 angeordnet. Jedoch können diese auch zwischen dem Ionisationsbereich und der Beschleunigungselektrode vorgesehen sein.

Die Magnesiumfluoridschicht, die bei dem oben beschriebenen Versuch erzeugt wird, kann beispielsweise als eine optische Beschichtung für einen Spiegel zum Reflektieren von Laserstrahlen verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung kann auch wirkungsvoll für
ZnO, Si, Au, Ag, GaAs, BeO, GaP und ähnliche Materialien verwendet werden wie für

Weiterhin kann die Kristallbildung einer aufgedampften
Schicht verändert werden, wenn das Verhältnis der ionisierten Agglomerate zu den neutralen Agglomeraten bei deren Vermischung in dem Fall verändert wird, indem ZnO als ein
aufzudampfender Werkstoff verwendet wird. Insbesondere
hat die Erhöhung des Verhältnisses der ionisierten Agglomerate zu den neutralen Agglomeraten eine auf einem Glassubstrat gebildete Schicht zur Folge, die vorzugsweise in der C-Achse orientiert ist. Eine derartige Schicht ermöglicht es, den Dämpfungsfaktor von Licht teilweise zu
steuern und auf diese Weise neue Techniken bereitzustellen, um optische Wellenfilter herzustellen.

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Claims

Patentansprüche

1. Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Ionisationsbereich (22) zum Ionisieren wenigstens eines Teile: eines verdampften Werkstoffs und zum Zuführen von kinetischer Energie zu dem ionisierten verdampften Werkstoff, um diesen ionisierten verdampften Werkstoff gemeinsam mit nicht ionisiertem verdampftem Werkstoff zu einem Substrat (25) zu transportieren, um dabei den verdampften Werkstoff auf das Substrat (25) aufzudampfen; durch eine Beschleunigungselektrode (23) , die

zwischen dem Ionisationsbereich (22) und dem Substrat (25) angeordnet ist, um eine erforderliche kinetische Energie dem ionisierten verdampften Werkstoff zuzuführen, wenn dieser ionisierte verdampfte Werkstoff das Substrat (25) erreicht; und durch eine Anordnung zum Aufbringen des ionisierten verdampften Materials in einer gleichmäßigen Konzentration auf eine gewünschte Fläche des Substrats (25) oder zum gleichförmigen Verteilen des ionisierten verdampften Werkstoffs über diese Fläche, wobei die Anordnung zwischen dem Ionisationsbereich (22) und dem Substrat (25) angeordnet ist.

2. Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Aufbringen des ionisierten verdampften Werkstoffs mit gleichmäßiger Konzentration auf eine gewünschte Fläche auf dem Substrat (25) oder zum gleichmäßigen Verteilen des ionisierten verdampften Werkstoffs über diese Fläche eine Elektrode zum Beschleunigen und/oder Verzögern des ionisierten verdampften Werkstoffs enthält.

3. Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode zum Beschleunigen und/oder Verzögern des ionisierten verdampften Werkstoffs zwischen dem Ionisationsbereich (22) und der Beschleunigungselektrode (23) angeordnet ist.

4. Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Aufbringen des ionisierten verdampften Werkstoffs mit einer gleichmäßigen Kon-

zentration auf eine gewünschte Fläche auf dem Substrat (25) oder zum gleichmäßigen Verteilen des ionisierten verdampften Werkstoffs über diese Fläche eine Ablenkelektrode zum Ablenken des ionisierten verdampften Werkstoffs enthält.

5. Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektrode zwischen der Beschleunigungselektrode (23) und dem Substrat (25) angeordnet ist.

6. Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektrode zwischen dem Ionisationsbereich (22) und der Beschleunigungselektrode (23) angeordnet ist.

7. Ionenstrahl-Auf dampf vorrichtung nach Anspruch 4, ** dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektrode ein Paar einander gegenüberliegender X-Achsen-Ablenkelektroden (43, 48) und ein Paar Y-Achsen-Ablenkelektroden (45, 49) enthält.

8. Ionenstrahl-Aufdampfvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den X-Achsen-Ablenkelektroden ( 43, 48) den Y-Achsen-Ablenkelektroden (45, 49) sinusförmige Spannungen anliegen, die gegeneinander einen Phasenunterschied von 90° aufweisen und deren Amplitudenwerte allmählich erhöht werden.