DE1295310B

DE1295310B - Aufdampfsteuerverfahren

Info

Publication number: DE1295310B
Application number: DEF41923A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kazuo; Nakamura; Dipl-Ing Tadashi; Yamagishi
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1963-02-05
Filing date: 1964-02-05
Publication date: 1969-05-14
Also published as: US3347701A

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (3) Änderung der Anodenspannung zur Regelung zum Aufdampfen von Schichten konstanter Dicke der Elektronenstrahlenergie. mittels Elektronenstrahlen, bei dem die Energie des Da sich jedoch im Fall (1) die Elektronenbahn in Elektronenstrahls in Abhängigkeit von den Ände- Abhängigkeit von der Stromdichte des Elektronenrungen der Verdampfungsmenge geregelt wird. 5 Strahls ändert, unterliegen Brennweite und Größe des

Es ist geeignet, bei der Fertigung von Bauelementen Auftreffpunktes entsprechenden Änderungen. Außerwie Widerständen, Kondensatoren usw. oder beim dem geht die Kathodentemperaturveränderung mit Bedampfen von Schaltungsplatten mit leitendem, einer gewissen Trägheit vor sich, so daß die AnWiderstands- und/oder dielektrischem Material eine Sprechzeit verzögert wird.

vorbestimmte Materialmenge mit hinreichender Ge- io Im Fall (2) ändert sich die Elektronenbahn in Ab-

nauigkeit aufzudampfen. hängigkeit von der Spannung der Wehnelt-EIektrode

Die Verwendung eines Elektronenstrahls als und damit auch die Größe des Strahlauftreffpunktes.

Wärmequelle für die Aufdampfungsapparatur ist be- Im Fall (3) ergibt sich bei Anwendung einer elek-

kannt. Um jedoch nicht nur eine gleichbleibende tromagnetischen Fokussierungslinse das durch die

Güte, sondern auch die gewünschte Dicke der auf- 15 folgende Gleichung ausgedrückte Verhältnis zwischen

gedampften Schicht sicherzustellen, ist es erforder- Amperewindungszahl (Nf), Anodenspannung (Va)

lieh, die Verdampfungsmenge konstant zu halten und der Linse und Brennweite (f) der Linse:

den Aufdampfvorgang nach einer bestimmten Zeit- „

dauer abzubrechen. (iV7)² = KVa ,

Beim Aufdampfen von Material mittels eines so /

Elektronenstrahls ist die Einhaltung einer bestimmten _{wobei r = Radius der Linsen}öffnung,

Schichtdicke schwierig, da sich die Verdampfungs- _K _{= PrO}p_Ortionalitätskonstante ist. menge in Abhängigkeit von Änderungen der Lage

und Größe des Elektronenstrahlauftreffpunktes, die Es geht daraus hervor, daß sich bei gleichbleiben-

wiederum durch den Temperaturanstieg in der Elek- 35 der Amperewindungszahl (NI) der Linse die Brenn-

tronenkanone und die Lageverschiebung der Elek- weite in Abhängigkeit von der Anodenspannung

troden hervorgerufen werden, ändert. ändert. Eine ähnliche Wirkung erzielt man bei Ver-

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wendung einer statischen elektrischen Linse. Da sich

ist es jedoch verhältnismäßig leicht möglich, eine bei den drei obigen Methoden aus den erläuterten

Schicht gleichbleibender Dicke aufzudampfen. Im 30 Gründen der Strahlauftreffpunkt verändert, sind diese

Inneren der Aufdampfkammer befindet sich ein Gerät Methoden deshalb sehr ungeeignet, weil sie zu Quali-

zur Messung des Aufdampfdrucks. Die von diesem tätsschwankungen infolge von unterschiedlichen

Gerät erzeugten Signale werden nach außen geleitet. Eigenschaften der aufgedampften Schicht führen

Für die Messung des Aufdampfdrucks sind verschie- können. Die Gründe dafür liegen in Schwankungen

dene Verfahrensweisen, die im folgenden aufgeführt 35 in der Zusammensetzung und Unterschieden in der

sind, bekannt: Verteilung des Verdampfungsdrucks, die auftreten,

1. Messung des Ionenstroms durch Ionisierung wenn sich die Größe des Strahlauftreffpunktes — des verdampfenden Materials in regelmäßigen besonders beim Aufdampfen von Legierungen oder Zeitabständen; chemischen Verbindungen — ändert.

2. Verwendung eines Massenspektrographen oder 40 Es wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß eines Massenfilters; die Energie des Elektronenstrahls in Abhängigkeit

3. Erkennung und Messung von Veränderungen von der Verdampfungsmenge durch Anlegen einer der spezifischen Resonanz eines Quarzkristalls pulsierenden Spannung an das Gitter oder die in Abhängigkeit von der auf die Oberfläche eines Wehnelt-EIektrode der Elektronenkanone zur Regu-Quarzgeneratorkristalls aufgedampften Masse; 45 lierung der Verdampfung in einem mit einem oder

4. Messung der Temperatur des durchscheinenden mehreren Elektronenstrahlen arbeitenden Verdamp-Lichtes, wobei der Niederschlag auf einem fungsgerät gesteuert wird.

durchscheinenden Kunststoff, z. B. einem Mylar- Aus der USA.-Patentschrift 3 071533 ist es beFilm, erfolgt; kannt, eine positive oder negative elektrische Span-

5. Verwendung eines mikroskopischen »micro- 50 nung an das Steuergitter anzulegen und den Elekbalancer«. Diese Methode betrifft die Umwand- tronenstrahlstrom durch die Änderung dieser Spanning der gemessenen Größe in eine elektrische nung zu steuern. Dieses bekannte Verfahren bewirkt Größe. Durch diese wird die Energie des Elek- durch die unvermeidbare Schwankung des an das tronenstrahls in Abhängigkeit von Verände- Steuergitter angelegten Potentials unerwünschte rungen des Dampfdrucks so geregelt, daß ein 55 Änderungen des Querschnitts des Elektronenstrahlenkonstanter Dampfdruck entsteht. bündeis.

Für die Regelung der Energie des Elektronen- Ein Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren

Strahls kommen die folgenden Methoden in Betracht: ist im folgenden dargestellt:

(1) Änderung der Temperatur der Elektronenquelle Beispiel 1 bezeichnet eine Methode zur Regu-(Kathode) zur Steuerung des Elektronenstrahl- 60 lierung der mittleren Energie des Elektronenstrahls Stroms, d. h. Verwendung der Elektronenkanone durch vorheriges Anlegen einer entsprechenden innerhalb des beschränkten Temperaturbereichs; negativen Spannung, d. h. einer Sperrspannung, an

(2) Anlegen einer positiven oder negativen Span- die Wehnelt-EIektrode und Änderung der Frequenz nung an die Wehnelt-EIektrode (strahlformende der positiven Spannungsimpulse, deren Amplitude Elektrode) oder das zwischen Kathode und 65 und Dauer konstant sind.

Anode liegende Gitter und Änderung der an- Beispiel 2 bezeichnet eine Methode zur Steue-

gelegten Spannung zur Steuerung des Elek- rung der Impulsdauer anstatt der Folgefrequenz tronenstrahlstroms; (s. Beispiel 1).

Beispiel 3 bezeichnet eine Methode zur Regulierung des Mittelwertes des Elektronenstrahls durch vorheriges Anlegen einer entsprechenden konstanten und positiven Vorspannung und Veränderung der Frequenz der negativen Impulse konstanter Amplitude und Dauer dergestalt, daß der Elektronenstrahlstrom gesperrt wird.

Beispiel 4 bezeichnet eine Methode zur Veränderung der Impulsdauer anstatt der Folgefrequenzen (s. Beispiel 3).

Bei den Methoden nach den Beispielen 1 und 2 steht der Elektonenstrahl nur so lange, wie die pulsierende Spannung an die Wehnelt-Elektrode angelegt bleibt, während bei den Methoden nach den Beispielen 3 und 4 der Elektronenstrahl während der Zeit, wo die pulsierende Spannung angelegt ist, unterbrochen bleibt. In jedem Fall bleibt, da beim Fließen des Elektronenstrahlstroms das Potential der Wehnelt-Elektrode konstant ist, die Größe des Strahlauftreffpunktes ebenfalls konstant, auch wenn sich die Energie des Elektronenstrahls ändert.

Im folgenden wird nun die Erfindung an Hand eines aus der Zeichnung ersichtlichen Anwendungsbeispiels erläutert.

Die Zeichnung stellt den Fall dar, daß als Quelle des Elektronenstrahls eine »pears«-Elektronenkanone dient. Ebenso könnte aber auch eine »tele-focus«, eine »gradient«, eine »troidal« oder irgendeine andere Elektronenkanone verwendet werden.

In der Zeichnung ist 1 ein Heizfaden zur Erzeugung des notwendigen Elektronenstromes zum Beschüß der Kathode 2. 3 ist eine elektronenstrahlformende Elektrode (Wehnelt-Elektrode), die im Prinzip eine ähnliche Funktion erfüllt wie das Gitter einer Triode. 4 stellt eine Anode dar, die normalerweise unmittelbar mit dem Verdampfer verbunden ist und an der das gleiche Potential liegt wie am Verdampfer, der geerdet ist. Im weiteren Verlauf erhält die Kathode ein gegenüber der Anode 4 oder dem Verdampfer negatives Potential. 5 ist die fokussierende elektromagnetische Linse. 6 ist die Ablenkspule für den Elektronenstrahl. 7 ist der Halter für die Trägerplatte. 7' ist eine Trägerplatte. 8 ist der Halter für die Aufdampfungsmaske. 8' ist die Aufdampfungsmaske. 9 ist das aufzudampfende Material. 18 ist der Aufdampfungsverschlußschieber.

10 ist der Aufdampfkontrollkopf zur Messung der Verdampfungsdichte, wie weiter oben erläutert. Das vom Kontrollkopf kommende elektrische Signal wird vom Verstärker 11 verstärkt und mit dem Signal des Bezugssignalgebers 12, durch das die Verdampfungsdichte auf dem gewünschten Wert gehalten wird, verglichen. Es gelangt dann zum Zweck der Steuerung des Impulsgebers, der die zur Steuerung der Elektronenstrahlenergie benötigten Amplituden-(Spannungs-)Impulse erzeugt, zum Impulsfrequenzwandler oder zum Impulsdauerwandler 13.

Die gesteuerten Impulse vom Impulsgeber 14 erreichen über einen Kopplungskondensator oder einen Kopplungsimpulsumformer die Wehnelt-Elektrode 3.

Dieses Anwendungsbeispiel, bei dem ein Köpplungskondensator Verwendung findet, betrifft einen Fall des erwähnten Beispiels 1, d. h., die Elektronenkanone wird durch das vorherige Anlegen der Vorspannungsquelle »BG« an die Wehnelt-Elektrode 3 im Sperrzustand gehalten. 15 ist ein sogenannter Programmierer, der den Bezugssignalgeber 14 auf einen gewünschten Wert einstellt und die Aufdampfungszeit festlegt. Er sperrt die Elektronenkanone sofort nach Erreichen der gewünschten Aufdampfschichtdicke und schließt den Aufdampfverschlußschieber 18 nach Bedarf. Bei diesem Anwendungsbeispiel wird die Elektronenkanone sofort gesperrt, wenn 14 keine Impulse mehr aussendet.

16 ist ein Heiztransformator. Die Beschußstromversorgung »ßC« wird zwischen dem Heizfaden 1 und der Kathode 2 (Elektronenquelle) angelegt. ίο Grundsätzlich wäre hier gar keine Kathode, sondern nur der Heizfaden erforderlich; in diesem Anwendungsbeispiel wurde jedoch eine Kathode verwendet, um einen guten Elektronenstrahl zu gewährleisten.

y>BA<n ist die Anodenstromversorgung, deren positive Seite (+) gewöhnlich geerdet und deren negative Seite (—) an die Kathode angeschlossen ist.

Der durch eine gestrichelte Linie eingerahmte Teil stellt die Verdampfungskammer 17 dar. Sie wird durch ein Unterdrucksystem hinreichend auf Unterao druck gehalten.

Die Kennwerte der in diesem Anwendungsbeispiel verwendeten Impulse lauten wie folgt:

Impulsdauer	Folgefrequenzbereich
10 μβ 50 μβ 100 μβ 3ο 500 μβ 1 ms	100 Hz bis 75 kHz 100 Hz bis 15 kHz 100 Hz bis 75 kHz 1 Hz bis 15 kHz 1 Hz bis 750 Hz

Zur Steuerung des Elektronenstrahls sind Rechteckimpulse mit steilen Flanken zu verwenden. Impulsdauer und Folgefrequenz richten sich nach der Art des aufzudampfenden Materials und des verwendeten Steuersystems.

Wie weiter oben erläutert, ist es mit Hilfe dieser Erfindung möglich, durch eine verhältnismäßig einfache Steuerschaltung die Verdampfungsmenge sehr genau zu regulieren, d. h., die Ansprechzeit der Steuerschaltung ist kurz und kann genau eingehalten werden. Die aufzudampfende Schicht kann daher z. B. mit einer Genauigkeit von 1 % aufgebracht werden. Da die Energie des Elektronenstrahls ohne Größenänderung des Strahlauftreffpunktes reguliert werden kann, ist es möglich, Unregelmäßigkeiten während des Aufdampfvorgangs auf ein Mindestmaß zu beschränken.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufdampfen von Schichten konstanter Dicke mittels Elektronenstrahlen, bei dem die Energie des Elektronenstrahles in Abhängigkeit von den Änderungen der Verdampfungsmenge geregelt wird, dadurchgekennzeichnet, daß die Energie des Elektronenstrahls in Abhängigkeit von der Verdampfungsmenge durch Anlegen einer pulsierenden Span- nung an das Gitter oder die Wehnelt-Elektrode der Elektronenkanone zur Regulierung der Verdampfung in einem mit einem oder mehreren Elektronenstrahlen arbeitenden Verdampfungsgerät gesteuert wird.

2. Aufdampfungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgefrequenz der pulsierenden Spannung zum Zwecke der Verdampfungsregelung verändert wird.

3. Aufdampfungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer bzw. das Tastverhältnis der pulsierenden Spannung zum Zwecke der Verdampfungsregelung verändert wird.

4. Aufdampfungsverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wehnelt-EIektrode bzw. das Gitter der Elektronenkanone eine solche Vorspannung erhält, daß kein Elektronenstrom fließt und durch Anlegen der pulsförmigen Regelspannung ein getasteter Elektronenstrom erzeugt wird.

5. Aufdampfungsverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wehnelt-EIektrode oder das Gitter der Elektronenkanone eine solche Vorspannung erhält, daß ein Elektronenstrom fließt, der durch Anlegen der pulsförmigen Spannung getastet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen