DE1298381B - Bedampfungseinrichtung zur Herstellung duenner Schichten - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Bedampfungseinrich- anderen Mängeln gehören beispielsweise die Nichttung zur Herstellung dünner Schichten durch Auf- gleichförmigkeit der Schichtdicken und die herabdampfen eines sublimierbaren Materials im Vakuum, gesetzte Haftung der Schicht am Träger. Die Verbestehend aus einer Verdampfungskammer, in der schlechterung auf Grund von Nadellöchern, Nichtdas sublimierbare Material verdampft wird, sowie S gleichförmigkeit u. dgl. führt zur Produktion von einer mit dieser über eine Öffnung verbundenen Be- Ausschuß. Wichtiger ist noch, daß eine solche Verdampfungskammer, schlechterung, wenn sie nicht bei Einzelprüfungen,

In Verbindung mit allgemeinen Bemühungen, die die an dem beschichteten Erzeugnis selbst vorgenom-Technik auf dem Gebiet der elektronischen mikro- men werden, entdeckt wird, zum Einbau des fehlerminiaturisierten Anlagen zu verbessern, wurde ein io haften Erzeugnisses in eine elektronische Anordnung großer Aufwand getrieben, um die Herstellung dün- führt, wodurch die gesamte Anordnung unbrauchbar ner Schichten auf Trägern oder Unterlagen zu ver- wird.

bessern. So werden beispielsweise dünne Magnet- Die meisten der bisherigen Versuche, das Spritzen

materialschichten als Speicherelemente verwendet. zu vermeiden, hatten nur begrenzten Erfolg. Bei-

Häufig werden elektrische Leiter in Form von Lei- 15 spiele für solche Versuche sind die Anbringung von

tungen, Anschlüssen, Kondensatorplatten und Elek- Heizschlangen, porösen Elementen, Filtern oder

troden nach der Dünnschichttechnik hergestellt. Es Blenden oder Kombinationen dieser Teile über einem

werden auch isolierende Oberflächen aus dünnen das Verdampfungsmaterial enthaltenden Tiegel. Es

Schichten eines Dielektrikums gebildet. Weiterhin wurde angenommen, daß durch diese Maßnahmen

werden dünne Schichten bei der Herstellung von 20 die festen, nicht verdampften Teilchen durch das

Transistoren und Halbleiterdioden verwendet. Hindernis, das in ihrer Bahn angebracht ist, ab-

Es sind zahlreiche Verfahren zur Herstellung dün- gefangen würden und nicht zur Unterlage gelangen

ner Schichten in der Elektronik bekannt. Einige die- könnten, bevor sie nicht die Verdampfungswärme

ser Verfahren sind die folgenden: thermische Oxy- aufgenommen haben. Solche Versuche lassen jedoch

dation, Diffusion, Legieren, Sprühen, Drucken, 25 die verhältnismäßig geringe Größe der austretenden

Dampfzersetzung, chemische Beschichtung, Elektro- Teilchen im Vergleich zu den ungehinderten Durch-

beschichtung, Kathodensprühen, reaktive Vakuum- trittsbahnen, die im Filtermedium vorhanden sind,

bedampfung und Vakuumverdampfung. Die Erfah- unberücksichtigt. So hat beispielsweise das feinste

rung der letzten Jahre hat gezeigt, daß von diesen Filter Durchlaßquerschnitte in der Größenordnung

verschiedenen Verfahren das Vakuumbedampfungs- 30 von 7 μ Kantenlänge. Wenn man berücksichtigt, daß

verfahren ein geeignetes Verfahren zur Abscheidung die Molekülgröße von Siliciummonoxid, einem Ma-

dünner Schichten ist. Die Möglichkeit, in wirksamer terial, das häufig als Verdampfungsmaterial verwen-

Weise mit hohen Geschwindigkeiten Abscheidungen det wird, in der Größenordnung von etwa 0,001 μ

zu erzielen, während gleichzeitig die Gleichförmig- liegt, wird ersichtlich, daß eine Anhäufung solcher

keit, hohe Qualität, chemische Stabilität und Rein- 35 Moleküle, z. B. ein Teilchen, zwar eine Größe hat,

heit aufrechterhalten bleiben, spricht für Vakuum- die 0,001 μ übersteigt, jedoch niemals an die Größe

bedampfung zur Herstellung dünner Schichten. Unter eines Loches von 7 μ herankommt und noch viel

dem Ausdruck »dünne Schichten«, wie er für Über- weniger diese übersteigt. Daher können die Filter, die

züge angewendet wird, sind Überzüge bis zu einigen zur Vermeidung des Spritzens entwickelt wurden,

Mikron Dicke zu verstehen. 40 nicht das Spritzen wesentlich herabsetzen.

Die Vakuumbedampfung ist zwar allgemein erfolg- Eine weitere Methode zur Verminderung des Spritreich und bietet eine Lösung für viele Probleme, zens umfaßt das Anbringen von erhitzten Pralldenen man bisher bei der Herstellung von dünnen blechen über dem Tiegel. Derartige Vorrichtungen Schichten gegenüberstand, doch müssen noch ge- haben zwar größeren Erfolg als die Filter, haben jewisse Probleme gelöst werden. Ein derartiges Pro- 45 doch eine Anzahl anderer Nachteile. Insbesondere blem, das beim Versuch einer Vakuumbedampfung neigen diese Anordnungen dazu, den Dampfstrom zu zur Herstellung dünner Schichten auftritt, umfaßt die drosseln. Sie erfordern auch einen großen Verdamp-Erscheinung, die als »Spritzen« bezeichnet werden fungsabstand, um gleichmäßige Beschichtungen zu soll. Das Spritzen tritt in Form eines unkontrollier- erzielen, d. h. um gewünschte Verteilungen zu erbaren und nicht vorhersagbaren Herausschleuderns 50 halten. Unter dem Ausdruck » Verdampfungsvon festen, nicht verdampften Teilchen aus der zu abstand« ist der Abstand von der Dampfquelle zu verdampfenden Masse auf. Dieses plötzliche und ex- der zu beschichtenden Oberfläche zu verstehen. Die plosionsartige Herausschleudern von festen Teilchen Herabsetzung des Spritzens mit Einrichtungen dieser aus der verdampfenden Masse bewirkt dann, daß die Art ist also nur auf Kosten der Dampfströmung und Dünnschichtüberzüge nicht gleichförmig werden und 55 der Strömungsverteilung zu erhalten.
Flecken zeigen und daß die Oberfläche des zu be- Ferner wurde versucht, das Spritzen mittels einer schichtenden Gegenstandes feine Löcher- und Pickel- Anordnung zu unterdrücken, bei der ein perforiertes bildung zeigt. Wenn beispielsweise die dünne Schicht rohrförmiges Heizelement vertikal in die körnige Beeine dielektrische Schicht ist, die zwei Kondensator- dampfungsbeschickung eingesetzt wird, wobei das elektroden trennt, ergibt die mit feinen Löchern be- 60 obere Ende aus der oberen Oberfläche der Beschikhaftete dielektrische Schicht einen Kurzschluß zwi- kung herausragt. Die Dämpfe, die sich an der sehen den Elektroden, wodurch das elektronische äußeren Oberfläche des Heizelements bilden, strö-Element, das hergestellt werden soll, wertlos wird. men durch die Perforationen und gehen durch das In diesem Beispiel hat die Lochbildung in der Be- Rohr nach oben zum Träger. Solche Einrichtungen Schichtung zu sogenannten »Nadellöchern« geführt, 65 setzen zwar das Spritzen herab, erfordern jedoch die den Kurzschluß der zwei Kondensatorelektroden große Verdampfungsabstände, wenn irgendeine bewirken. Nadellöcher sind jedoch nicht die einzigen brauchbare Verteilung erhalten werden soll. Die Erunerwünschten Ergebnisse von Lochbildung. Zu fahrungen haben gezeigt, daß solche große Ver-

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dampfungsabstände notwendigerweise zu einer ver- den materialfreien Raum eintretenden Spritzer kön-

lustreichen Abscheidung des Dampfes führen, und nen aber nicht auf den Auffänger gelangen und auf

zwar deshalb, weil ein großer Teil des Dampfes diesem Inhomogenitäten erzeugen, da in dem ma-

irgendwo anders als auf dem Träger abgeschieden terialfreien Raum eine Elektronenwolke vorhanden

wird. Diese Verlustabscheidung, die notwendiger- 5 ist, durch die je nach der Geschwindigkeit der Elek-

weise bei großen Verdampfungsabständen auftritt, tronen die Spritzer positiv oder negativ aufgeladen

wird zu einer neuen Quelle für eine sogenannte »teil- werden. Diese aufgeladenen Spritzer werden nun

chenförmige Verschmutzung«, wenn diese Abschei- durch das in dem materialfreien Raum zwischen Ka-

dung von den verhältnismäßig kalten Teilen des thode und Anode vorhandene elektrische Feld je

Vakuumsystems, an welchem sie schlecht haftet, ab- io nach dem Vorzeichen ihrer Aufladung zur Kathode

fällt. bzw. Anode hin beschleunigt. Wenn diese Spritzer

Ein weiterer Nachteil solcher rohrförmiger Heiz- nun zur Kathode bzw. Anode gelangen, werden sie

vorrichtungen besteht darin, daß das Spritzen nicht dort verdampft, da sowohl Kathode als auch Anode

vollständig vermieden wird, da einige feste Teilchen heiß sind. Somit gelangt lediglich Dampf aus dem

durch die Perforationen gelangen und von der Mün- 15 materialfreien Raum zwischen Kathode und Anode

dung des Rohres austreten können, ohne die Ver- durch die Dampfaustrittsstellen aus diesem Raum

dampfungswärme aufgenommen zu haben. Dies er- heraus.

folgt, weil direkte gerade Wege zwischen den Per- Es kann vorteilhaft sein, daß als Kathode ein ge-

forationen und der Mündung des Rohres existieren, bogener Wolframdraht vorgesehen ist. Als perfo-

welche es einem Teilchen ermöglichen, ungehindert ao rierte Anode kann mit Vorteil ein engmaschiges Netz

zu der Unterlage zu gelangen. Teilchen können auch vorgesehen sein. Dieses Netz kann mit besonderem

durch Zusammenstöße mit anderem sich bewegen- Vorteil aus Tantel bestehen.

den verdampfenden Material eine vertikale Ge- Ein besonders günstiger Aufbau ergibt sich da-

schwindigkeit annehmen, ohne genügend Energie zur durch, daß die Dampfaustrittsstelle mit Vorteil kreis-

Dissoziierung aufzunehmen. Es ist daher ersichtlich, 25 ringförmig ausgebildet ist.

daß selbst diese Methode keine völlig zufriedenstel- Mit Vorteil können ferner Wärmeabschirmbleche

lende Lösung des Spritzproblems ergibt. jeweils benachbart zu dem Boden, den Wänden oder

Eine Bedampfungseinrichtung zur Herstellung Deckeln, die mit der perforierten Anode zusammen

dünner Schichten durch Aufdampfen eines sublimier- den das zu verdampfende Material enthaltenden

baren Materials im Vakuum, bestehend aus einer 30 Ringraum und den die Kathode enthaltenden Ver-

Verdampfungskammer, in der das sublimierbare Ma- dampfungsraum mit den Dampfaustrittsöffnungen

terial verdampft wird, sowie einer mit dieser über bilden, vorgesehen sein.

eine öffnung verbundenen Bedampfungskammer ist Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung zur Verhinderung des Spritzens erfindungsgemäß einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugderart ausgebildet, daß um eine innere Verdamp- 35 nähme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werfungskammer ein äußerer, von zwei zylindrischen den. Es zeigt

Wandungen begrenzter und zur Aufnahme des subli- F i g. 1 eine Vertikalschnittansicht einer Bedamp-

mierbaren Materials bestimmter Ringraum angeord- fungseinrichtung,

net ist, wobei die Wandung von einer perforierten F i g. 2 eine Draufsicht der in F i g. 1 gezeigten

Anode gebildet ist, welcher eine Kathode zentral in 40 Einrichtung,

der Verdampfungskammer gegenüberliegt, und daß F i g. 3 eine vergrößerte Vertikalschnittansicht des die Verdampfungskammer eine Dampfaustrittsstelle Ringraums für das sublimierbare Material vor Bein die Bedampfungskammer aufweist. triebsbeginn und

In vorteilhafter Weise wird hierdurch ein Versprit- F i g. 4 eine der F i g. 3 entsprechende Ansicht in

zen, das zu Inhomogenitäten der Schicht führen 45 einer anderen Betriebsphase.

kann, vermieden. Die Dampfquelle besteht im Die Bedampfungseinrichtung weist eine innere zywesentlichen aus einem Raum, in dem sich das zu lindrische Wand 6 auf, die von einer äußeren zylinverdampfende sublimierbare Material befindet und drischen Wand 8 umgeben ist, die einen größeren in dem es erhitzt wird, der von einer perforierten Durchmesser hat. Die beiden Wände 6 und 8 unterAnode begrenzt ist, der gegenüber in einem material- 5° teilen die Einrichtung in zwei getrennte Kammern, freien Raum eine Kathode angeordnet ist, wobei sich Es ist eine Verdampfungskammer 2 vorhanden, die in der Begrenzung dieses Raums die Dampfaustritts- von der zylindrischen Wandung 6 begrenzt wird. Von stelle befindet. Im Betrieb wird die Kathode durch dieser Verdampfungskammer 2 aus werden die Erhitzen zur Elektronenemission angeregt. Die emit- Dämpfe emittiert. Die zweite Kammer ist der Ringtierten Elektronen werden auf Grund des gegenüber 55 raum 4 für das sublimierbare Material, der durch die der Anode negativen Potentials der Kathode von der innere zylindrische Wand 6 und die äußere zylindri-Kathode zur Anode hin beschleunigt. Beim Auftref- sehe Wand 8 begrenzt wird. Die innere zylindrische fen der Elektronen auf die Anode wandelt sich prak- Wand 6 ist aus einem feinmaschigen Siebmaterial, tisch deren gesamte kinetische Energie in Wärme um, vorzugsweise aus Tantal, hergestellt. Das Siebmaterial wodurch die perforierte Anode sehr stark erhitzt 60 kann beispielsweise ein Sieb mit etwa 0,1 mm lichter wird. Die erhitzte perforierte Anode gibt ihre Wärme Maschenweite sein. Die Maschenweite ist jedoch an das sublimierbare Material ab, wodurch das subli- nicht kritisch und kann größer sein, wenn feinmaschimierbare Material verdampft wird. Dabei tritt so- gere Siebe nicht leicht erhältlich sind. Die einzige wohl die erwünschte Dampfbildung als auch das un- Bedingung bezüglich der Sieböffnungsweite besteht erwünschte Spritzen auf, und sowohl Dampf als auch 65 darin, daß die Maschenweite klein genug sein muß, Spritzer des zu verdampfenden Materials treten um zu verhindern, daß die Körner des sublimierdurch die Öffnungen der perforierten Anode in den baren Materials durch das Sieb hindurch in die VerRaum ein, in dem sich die Kathode befindet. Die in dampfungskammer 2 gelangen. Die äußere zylindri-

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sehe Wand 8 ist aus Metallblech, vorzugsweise Tan- und der Abstand der Bodenbleche 40 und 42 sind

talblech mit einer Stärke von etwa 0,125 mm, her- nicht kritisch. In den Blechen 40 und 42 sind Öff-

gestellt. Sowohl die innere zylindrische Wand 6 als nungen angeordnet, die etwa mit entsprechenden öff-

auch die äußere zylindrische Wand 8 sind an der nungen im Boden 10 fluchten, um die Isolatoren 26 Unterkante mit einem Metallboden 10 verbunden. 5 aufzunehmen.

Der Durchmesser des Bodens 10 ist etwas größer als Das Seitenblech 43 schirmt zusammen mit den

der der äußeren zylindrischen Wandung 8. Die Ver- Blechen 44 und 46 die von den Seiten der Einrich-

bindung zwischen den unteren Kanten der beiden tung abgestrahlte Wärme ab, und diese Bleche halten

Wandungen 6 und 8 und dem Boden 10 kann eine die Wandungen 6 und 8 auf einer gewünschten Bedauerhafte sein, beispielsweise eine Schweißung. io triebstemperatur. Die Seitenbleche 43,44 und 46 be-

Ein Deckel 11 besteht aus einem Verdampfungs- stehen aus Tantalblech, das zu konzentrischen Zy-

kammerdeckell2 und einem Beschickungskammer- lindern von etwas unterschiedlichen Durchmessern

deckel 14. Der Deckel 14 für die Beschickungskam- geformt ist. Zwei der Seitenbleche, 44 und 46, welche

mer ist ein Ring aus Tantalblech mit einem nach die äußere Wand 8 umgeben, sind an ihren unteren unten sich erstreckenden Flansch 18, der die äußere 15 Kanten mit dem Boden 10 verbunden. Das dritte

Oberfläche der Wand 8 umgreift. Der innere Um- Seitenblech 43, das die äußere Wandung 8 umgibt,

fangsrand 20 des Deckels 14 erstreckt sich radial ist mit der Umfangskante des Bodens 10 verbunden,

eine kleine Strecke über die obere Kante der inneren Das äußerste Wärmeabschirmblech 43 ist von

Wand 6 nach innen. Wie zu ersehen ist, sitzt der einer Kühlschlange SO umgeben. Ein Kühlmittel 52 Deckel 14 auf den oberen Kanten der Wandungen 6 ao kann durch die Schlange 50 zur Abführung von

und 8. Der Deckel 14, der die Beschickungskammer 4 Wärme umlaufen. Das Kühlmittel 52 wird, nachdem

abschließt, ist abnehmbar, damit ein sublimierbares es durch die Schlange 50 geleitet wurde, durch einen

Material in die Kammer 4 eingegeben werden kann. nicht dargestellten Wärmeaustauscher geleitet. Der

Der Verdampfungskammerdeckel 12 ist eine Tan- Zweck der Kühlschlange 50 besteht darin. Wärme talblechscheibe. Der Durchmesser des Deckels 12 ist 25 abzuführen, die von der Einrichtung abgestrahlt wird

etwas kleiner als der Durchmesser der inneren zylin- und die sonst eine Druckerhöhung in einer nicht dar-

drischen Wand 6. Dadurch wird eine ringförmige gestellten Vakuumglocke hervorrufen würde. Der

Öffnung 16 zwischen der Umfangskante des Deckels obenerwähnte Wärmeaustauscher ist vorzugsweise

12 und der inneren Umfangskante des Deckels 14 außerhalb der Vakuumglocke angeordnet,
gebildet. Aus dieser Öffnung 16 gelangt der Dampf 30 Es ist noch ein weiteres Wärmeabschirmblech 53

aus der Verdampfungskammer 2 nach oben auf den vorgesehen. Dieses Wärmeabschirmblech 53 ist über

zu beschichtenden Gegenstand. Wie in Fig.2 ge- dem Verdampfungskammerdeckel 12 angeordnet,

zeigt ist, ist ein Paar horizontaler zueinander senk- Beispielsweise sind Tantaldrähte 55 sowohl mit dem

rechter Tantaldrähte 22 vorgesehen, die diametral Deckelblech 53 als auch mit den Drähten 22 verbunden ringförmigen Deckel 14 überbrücken, und diese 35 den, und es wurde gefunden, daß dies ausreicht, um

Drähte dienen dazu, den Verdampfungskammer- das Wärmeabschirmblech 53 zu halten. Es ist nur er-

deckel 12 gegenüber dem ringförmigen Deckel 14 zu wünscht, den zu beschichtenden Träger gegen die

halten. Die Drähte 22 sind mit beiden Deckeln 12 Wärme abzuschirmen, die vom Oberteil des Ver-

und 14, beispielsweise durch eine Verschweißung, dampfungskammerdeckels 12 abgestrahlt wird, und verbunden. 40 den Deckel 12 auf einer gewünschten Betriebstempe-

Ein Glühkathodendraht 24 ist zentral in der Ver- ratur zu halten, wodurch eine Kondensation des Verdampfungskammer 2 angeordnet. Die Glühkathode dampfungsmaterials in der Öffnung 16 verhindert 24 kann beispielsweise ein Wolframdraht sein. Die wird.

einzige Bedingung für den Glühkathodendraht ist Die Dampferzeugung erfordert, daß sowohl die

die, daß die Temperatur, bei welcher dieser emit- 45 Energie des Heizfadens als auch Teilchenbeschuß-

tiert, unter seinem Schmelzpunkt liegt. Die Form des energie ausgenutzt wird. Heizenergie wird dem Ka-

Drahtes ist nicht kritisch. Ein haarnadelförmiger thodendraht 24 über die Leitungen 28 von einer

Draht wird bevorzugt. Die Enden des Drahtes 24 Energiequelle 60 zugeführt. Der Heizfadenenergie-

sind in Isoliermanschetten 26 befestigt, die in Öff- bedarf wird durch die Energie bestimmt, die not-

nungen im Boden 10 sitzen. Jede Isoliermanschette 50 wendig ist, um den Kathodendraht 24 auf seine

26 ist mit einer axialen Durchbohrung versehen, um Emissionstemperatur zu bringen, die für Wolfram in

die Enden des Drahtes 24 aufzunehmen. Jede der der Nähe von 2200 bis 2500° C liegt. Diese Energie

Manschetten 26 ist ferner mit einem sich radial er- wird praktisch in Form von Wärme verbraucht, da

streckenden Flansch 30 versehen. Die untere Fläche die Heizfadentemperatur durch die Widerstandserhit-

dieses Flansches sitzt auf dem Boden 10 auf. Die 55 zung erhöht wird. Die Energiequelle 60 kann eine

Manschetten können aus einem schwer schmelzbaren Wechselstromquelle 64 und einen Transformator 62

Material hergestellt sein, beispielsweise aus Bor- aufweisen.

nitrid. Die Enden des Drahtes 24 sind über flexible Die andere Energieart, die Beschußenergie, wird

elektrische Verbindungsdrähte 28 mit einer Wechsel- in die Einrichtung von einer Hochspannungsquelle

stromquelle 60 verbunden. 60 61 zugeführt. Der Beschußenergiebedarf wird durch

F i g. 1 zeigt, daß zwei Wärmeabschirmbleche 40 die Temperatur bestimmt, auf welche man den Rest

und 42 unterhalb des Bodens 10 der Vorrichtung der Einrichtung, d. h. die Teile der Einrichtung mit

vorgesehen sind. Ausnahme des Kathodendrahtes 24 und der Isolier-

Die Bleche 40 und 42 sind mit einem äußeren manschetten 26, bringen will. Die Steigerung der

zylindrischen Wärmeabschirmblech 43 verbunden. 65 Temperatur des in der Kammer 4 enthaltenen subli-

Die Verbindung zwischen dem Umfang der Bleche mierbaren Materials auf über die Sublimationstempe-

40 und 42 und dem Seitenblech 43 kann beispiels- ratur erfolgt prinzipiell durch Erhitzen des Siebes 6.

weise durch eine Schweißung erfolgen. Die Anzahl Der positive Anschluß der Hochspannungsquelle 61,

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der geerdet ist, wird mit dem unteren Wärme- vor allem durch Strahlung, da sich das Material nicht

abschirmblech 42 verbunden. Der negative Anschluß mehr in direkter Berührung mit dem heißen Sieb 6

der Spannungsquelle 61 wird mit einer der Katho- befindet. Der Übergang der Wärmeübertragung von

denzuleitungen 28 verbunden. So wird der Heizfaden der Leitung zur Strahlung ergibt einen gleichmäßi-

auf einem gegenüber der Einrichtung negativen Po- 5 geren Wärmeübergang vom Sieb 6 zu den Teilchen

tential gehalten. Die Wirkung dieses Potentialunter- des Materials 70, die dem Sieb frei gegenüber liegen,

schiedes zwischen dem emittierenden Kathodendraht Demgemäß ist die Sublimationsgeschwindigkeit des

24 und dem übrigen Teil der Einrichtung ist die, die Materials 70 gleichmäßiger und nicht mehr ein Er-

vom Kathodendraht 24 emittierten Elektronen zum gebnis kleiner Explosionen einiger weniger Teilchen,

Sieb 6, zum Kammerdeckel 12 und zum Boden 10 io die sich im Kontakt mit dem heißen Sieb 6 befinden,

hin zu beschleunigen. Die beschleunigten Elektronen Vom Beginn des Verdampfens an kondensiert etwas

beschießen diese elektrisch positiven Teile und er- von den Dämpfen auf den Körnern des Materials 70,

höhen dadurch deren Temperatur. Das erhitzte Sieb 6 die dem Sieb 6 am nächsten sind, und bildet eine

überträgt die Wärme auf das sublimierbare Material Glasur. Diese Glasur dient dazu, die Körner 70, die

in der Kammer 4, in der der Hauptteil davon ver- 15 dem Sieb 6 am nächsten liegen, zu einer kohärenten

dampft wird. Schicht 72 zu verbinden, die mehrere hundertstel

Bei der Verwendung dieser Einrichtung muß zu- Millimeter stark ist. Diese Schicht 72 wirkt als Haiteerst ein sublimierbares Material eingefüllt werden. rungswand und hält die losen Körner des Materials Der ringförmige Deckel 14 wird abgenommen, der 70 in der in F i g. 4 gezeigten Lage. Mit fortschreidie Kammer 4 abschließt, und das sublimierbare Ma- ao tender Dampferzeugung der Einrichtung bewegt sich terial 70 wird eingefüllt. Das Material 70 muß nur die Schicht 72 zur Außenwandung 8, bis nahezu das so weit zerkleinert werden, daß es in die Ringkam- gesamte Material verbraucht ist. Die Stärke der mer 4 paßt. Nach der Beschickung wird der Deckel Schicht 72 bleibt jedoch während der gesamten Zeit-14 wieder aufgebracht, und die nicht dargestellte spanne des Verbrauchs des Materials praktisch die Vakuumglocke, in der die Einrichtung angeordnet as gleiche. Wenn das Material verbraucht ist, bleibt eine ist, ist für das Evakuieren fertig. Das Evakuieren der dünne Kruste zurück, die sich an der inneren Fläche Vakuumglocke wird unter Verwendung üblicher La- der Wandung 8 während der Verdampfungszeit geboratoriumsvakuumpumpen vorgenommen. bildet hat. Diese Kruste kann dann aufgebrochen und

Nachdem der Druck in der Vakuumglocke auf den in der Kammer 4 belassen und mit neuer Beschickung

gewünschten Wert gebracht ist, können die Energie- 30 gemischt werden. Dies ergibt eine praktisch lOO°/oige

quellen 60 und 61 eingeschaltet werden. Die Be- Ausbeute.

Schußenergiequelle 61 wird so eingestellt, daß die Die während der Verdampfung gebildeten Dämpfe vom Kathodendraht 24 emittierten Elektronen auf gelangen durch das Sieb 6 in die Verdampfungsdas Sieb 6, den Verdampfungskammerdeckel 12 und kammer 2. Aus der Verdampfungskammer 2 bewegen den Boden 10 gerichtet werden. Es sei darauf hin- 35 sich die verdampften Teilchen nach oben durch die gewiesen, daß sich der Kathodendraht 24 gegenüber ringförmige öffnung 16 im Deckel 11 zum zu bedem übrigen Teil der Einrichtung auf einem nega- schichtenden Gegenstand. Die öffnung, die jede betiven Potential befindet. Die vom Heizfaden 24 emit- liebige Form haben kann, ergibt, wie gefunden wurde, tierten Elektronen werden daher in Richtung auf die eine optimale Verteilung, wenn sie eine Ringform hat. elektrisch positive Wandung 6, den Boden 10 und 40 Eine solche ringförmige öffnung ermöglicht die Bilden Deckel 12 zu beschleunigt, so daß diese Teile be- dung eines praktisch gleichförmigen, nadellochfreien schössen werden und deren Temperatur erhöht wird. Überzugs mit nur einer 10%igen Stärkeabweichung,

Eine Ionisierung sollte vermieden werden, da sie wobei dieser Überzug auf einem Träger von etwa

eine Bogenentladung erzeugt. 5 cm im Quadrat mit einem Verdampfungsabstand

Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt, der das Material70 45 von etwa 10cm erhalten wird. Die mit dieser Ein-

in der Kammer 4 unmittelbar vor dem Einschalten richtung möglichen kurzen Verdampfungsabstände

zeigt. Es ist zu ersehen, daß das granulierte Material ergeben eine praktisch verlustfreie Bedampfung dün-

70 die äußere Oberfläche des zylindrischen Siebes 6 ner Schichten.

berührt. Sobald der Einrichtung Energie zugeführt Daneben erzeugt diese Einrichtung praktisch wähwird, beginnt die Temperatur des Siebes 6 zu steigen, 50 rend der gesamten Zeitspanne des Verbrauchs des und zwar hauptsächlich durch den Beschüß durch Materials eine gleichförmige Abscheidungsrate. Soden emittierenden Kathodendraht 24. Es erfolgt auch bald das Material 70 vom Sieb 6 zurückweicht und eine gewisse Wärmeübertragung auf das Sieb 6 durch sich der Abstand 74 ausbildet, wird die Abschei-Strahlung von dem emittierenden Kathodendraht 24. dungsrate gleichmäßig und bleibt während der gewährend der Zeitspanne, in welcher die Einrichtung 55 samten Zeitspanne des Verbrauchs praktisch konsich dem Betriebsgleichgewichtszustand nähert, erhal- stant. Dies ist dadurch bedingt, daß eine praktisch ten die Körner des Materials 70, die das Sieb 6 direkt konstante Fläche des Materials 70 der Strahlung des berühren, Wärme vom Sieb 6, und zwar vor allem Siebes ausgesetzt ist, was zu einer praktisch kondurch Leitung, doch erfolgt auch eine gewisse Wärme- stanten Verdampfungsgeschwindigkeit führt. In der übertragung durch Strahlung. Die Wärmeübertragung 60 Praxis wurde gefunden, daß nur wenige Sekunden durch Leitung ist im wesentlichen ein intensiver nach dem Einschalten erforderlich sind, bis das Mate-Wärmeübergang, wobei die Körner des Materials 70, rial 70 sich vom Sieb 6 gelöst hat und dadurch die die an Sieb 6 anliegen, in hoher Rate verdampfen. Dampferzeugungsgeschwindigkeit stetig geworden ist. Aus Fig. 4 ist zu ersehen, daß sich beim Verdamp- Weiter besteht die Möglichkeit, dünne Schichten fen des dem Sieb 6 benachbarten Materials 70 ein 65 ohne Spritzen von festen, nicht verdampften Teil-Abstand 74 zwischen den Körnern des Materials 70 chen auf den Träger aufzudampfen. Das Ausbleiben und dem Sieb 6 ausbildet. Zu diesem Zeitpunkt des Spritzens ist vor allem auf eine Kombination von erfolgt die Wärmeübertragung auf das Material 70 zwei Faktoren zurückzuführen:

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a) die Elektronenwolke in der Verdampfungskammer 2 und

b) das Vorhandensein von zwei heißen Elektroden in der Einrichtung. Der Kathodendraht 24 wird, kurz nachdem die Einrichtung eingeschaltet ist, auf seinen emittierenden Zustand gebracht, und der Verdampfungskammerdeckel 12, das Sieb 6 und der Boden 10 werden beschossen, wobei alle diese Teile gegenüber dem -Kathodendraht 24 positiv sind. Die Folge dieser Elektronenemission des Kathodendrahtes 24 ist zusätzlich zur Aufheizung der Bauteile 6,10 und 12 die, daß eine Elektronenwolke in der Verdampfungskammer 2 ausgebildet wird.

Einige nicht verdampfte Teilchen des Materials, die aus Agglomerated von Molekülen des Materials bestehen, können in die Verdampfungskammer 2 gelangen. Die statistische Bewegung der von der Kammer 4 abgegebenen Teilchen kann dazu führen, daß einige von ihnen aus der Verdampfungskammer 2 austreten. Durch die Kombination der beiden oben- ao erwähnten Faktoren, nämlich der Elektronenwolke und der beiden heißen Elektroden, können unverdampfte Teilchen, die aus der Kammer 4 in die Verdampfungskammer 2 gelangen, nicht aus dieser austreten, ohne daß diese Teilchen die Verdampfungswärme aufgenommen haben. Bei der in F i g, 1 gezeigten Einrichtung werden nicht verdampfte Teilchen, die durch das Sieb 6 hindurchgehen, durch die Elektronenwolke aufgeladen. Die Teilchen können entweder positiv oder negativ geladen werden, doch werden sie, welche Ladung sie auch immer annehmen, gegen eine der heißen Elektroden hin beschleunigt und werden verdampft. Wenn beispielsweise ein Teilchen in der.Verdampfungskammer mit einem schnellen Elektron zusammenstößt, bewirkt der Stoß, daß ein Elektron vom Teilchen gelöst wird und dieses positiv geladen zurückbleibt. Das nun positiv geladene Teilchen wird zum Kathodendraht 24 hin beschleunigt, wo es ausreichend Wärme zum Verdampfen aufnimmt. Wenn das Teilchen mit einem langsameren Elektron zusammenstößt, kann dieses Elektron eingefangen werden, und das Teilchen wird negativ. Ein solches jetzt negativ geladenes Teilchen wird zu einem der Anodenelemente 6,10 oder 12 hin beschleunigt und nimmt eine ausreichende Warmemenge von diesem Element auf, um zu verdampfen.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß bei Verwendung der Einrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform Aufdampfgeschwindigkeiten von 175 A je Sekunde erhältlich sind und gleichförmig dünne Schichten ohne Nadellöcher oder andere Mangel erhalten werden. Selbstverständlich ist die Dampfabscheidungsgeschwindigkeit einstellbar, indem lediglich die zugeführte Beschußenergie geändert wird.

Weiterhin hat die Erfahrung gezeigt, daß bei Verwendung der bevorzugten Ausführungsform keine Neigung zur Ausbildung einer Ansammlung von kondensiertem Verdampfungsmaterial an der Öffnung und einer dadurch bedingten Verengung der Öffnung besteht. Daher ist eine stetige, nicht gedrosselte Strömung von Dämpfen aus der Einrichtung gewährleistet.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Bedampfungseinrichtung zur Herstellung dünner Schichten durch Aufdampfen eines sublimierbaren Materials im Vakuum, bestehend aus einer Verdampfungskammer, in der das sublimierbare Material verdampft wird, sowie einer mit dieser über eine öffnung verbundenen Bedampfungskammer,.d a durchgekennzeichnet, daß um eine innere Verdampfungskammer (2) ein äußerer von zwei zylindrischen Wandungen begrenzter und zur Aufnahme des sublimierbaren Materials bestimmter Ringraum (4) angeordnet ist, wobei die Wandung (6) von einer perforierten" Anode gebildet ist, welcher eine Kathode (24) zentral in der Verdampfungskammer (2) gegenüberliegt, und daß die Verdampfungskammer (2) eine Dampfaustrittsstelle (16) in die Bedampfungskammer aufweist.

2. Bedampfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kathode (24) ein gebogener Wolframdraht angeordnet ist.

3. Bedampfungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als perforierte Anode ein engmaschiges Netz angeordnet ist. j

4. Bedampfungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz aus Tantal besteht.

5. Bedampfungseinrichtung nach Anspruch! bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfaustrittsöffnung (16) kreisringförmig ausgebildet ist.

6. Bedampfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wärmeabschirmbleche (40, 42, 43, 44, 46) jeweils benachbart zu dem Boden, den Wänden oder Deckeln, die mit der perforierten Anode (6) zusammen den das zu verdampfende Material enthaltenden Ringraum (4) und den die Kathode (24) enthaltenden Verdampfungsraum (2) mit der Dampfaustrittsöffnung (16) bilden, vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen