DE1801443A1

DE1801443A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Projektion von Molekuelen auf eine Unterlage und mittels dieser mit Molekuelen ueberzogene Unterlage

Info

Publication number: DE1801443A1
Application number: DE19681801443
Authority: DE
Inventors: Alain Constans; Gerard Daury; Pierre Lostis; Jacques Simon
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 1967-10-05
Filing date: 1968-10-05
Publication date: 1969-05-08
Also published as: AT289500B; GB1232868A; FR1545890A; NL6814242A

Description

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CENTRE NATIONAI DE IA RECHERCHE SCIENTIPIQUE

Verfahren und Vorrichtung zur Projektion, von Molekülen auf eine Unterlage, und mittels dieser mit Molekülen überzogene Unterlage·

Die Priorität der französischen Patentanmeldung Nr. 123.432 vom 5· Oktober 1967 ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft die Verfahren und

co Vorrichtungen zur Projektion von Molekülen durch Verdampfung

ο ·

cd im Vakuum zur Aufbringung von dünnen Schichten auf entsprechende

-*· Unterlagen.

2r Die Erfindung betrifft ferner die mittels

ο „

co dieser Verfahren und Vorrichtungen überzogenen Unterlagen. cn

Sie bezweckt insbesondere, diese Verfahren,

-Z-

18QU43^3777/68

Vorrichtungen und Unterlagen so auszubilden, dass sie besser als bisher den verschiedenen Erfordernissen der Praxis entsprechen, insbesondere darin, dass die Dicke der auf jede _r unterlage an jedem ihrer Punkte aufgebrachten Schicht besser j

- ι beherrscht wird.

Hierfür enthalt eine erfindungsgemässe Projektionsvorrichtung eine mit Verdampfung im Vakuum arbeitende Holekülquelle und eine Abdeckung, welche durch eine gelochte Folie gebildet wird, welche auf der Bahn dieser Moleküle vorzugsweise in unmittelbarer Hähe der zu überziehenden Unterlage zwischen dieser und der Molekülquelle angeordnet ist, wobei die Abdeckung eine Relativbewegung gegenüber der Unterlage ausführt und ihre öffnung gleichzeitig in Funktion der für die Auflage gewünschten Dicken und der wirklichen Stärken der verschiedenen Strahlen oder Strahlenkränze des Bündels der ausgesandten Moleküle bestimmt ist.

Falls sich die Abdeckung gegenüber der Unterlage dreht (oder umgekehrt), wird jede öffnung der Abdeckung vorzugsweise durch einen äusseren Kreisbogen, dessen Mittelpunkt 0 auf der Achse des Bündels liegt, durch einen Halbmesser 0-Y dieses Kreises und durch eine Kurve begrenzt, bei v/elcher jeder Punkt A in Polarkoordinaten von dem Halbmesser 0-Y aus durch folgende Gleichung bestimmt ist:

_} 2 ic B U² + B²) ^3/2 ; - g τ ζ

S ^p

co ~

in welcher £ der dem Radiusvektor 0-A mit der Länge a entspre-

^ chende Winkel in Radianten, k die Zahl der in der Abdeckung

ο angebrachten identischen Öffnungen, E die an dem betrachteten

f» Punkt A gewünschte Dicke der Auflage (oder Dichte des Bündels).,

• - ' .J801443;""

j5 der Abstand zwischen der Molekülquelle und der Abdeckung und I_ die Stärke des Molekülstrahls in der betrachteten Richtung (welche einen Winkel r; mit der Achse des Bündels bildet) ist.

"PaXIe der Abdeckung eine Translationsbewegung ' gegenüber der Unterlage erteilt wird (oder umgekehrt), wird jede / Öffnung der Abdeckung durch eine zu der Richtung der Translationsbewegung senkrechte Gerade X-X und durch eine Kurve begrenzt, bei welcher jeder Punkt in Kartesischen Koordinaten bis auf eine von der Translationsgeschwindigkeit abhängende Konstante durch die obige Gleichung (1) definiert ist, in welcher g bzw· £ die Abszisse bzw· die Ordinate des Punkts A sind·

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Pig» 1 zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Projektion von Molekülen·

Fig. 2 und 3 sind Schaubilder zur Erläuterung der Art der Bestimmung der Öffnung der Abdeckung dieser Vorrichtung.

Pig» 4 zeigt eine andere erfindungsgemässe Vorrichtung zur Projektion von Molekülen.

Bekanntlich erfolgt die Verdampfung von Molekülen im Vakuum (z.B. in der Grössenordnung von 10~* oder 10"* mm Hg) im allgemeinen mit Verfahren, welche nicht gesteuert werden können. .

^ Anders ausgedrückt, das Gesetz der Verteilung

oo der Dichte de§ Molekülbündels auf die verschiedenen Punkte eines cd Querschnitts dieses Bündels ist vorgegeben, ebenso wie die Dicke der auf eine das Bündel abfangende Unterlage aufgebrachten MoIe-

^ külschicht.

Man kann also nicht unmittelbar mittels dieser

." '""Ι-" Ϊ80Η43. .

Verfahren Oberflächen mit bestimmten Profilen erhalten, und

diese Profile müssen im allgemeinen nach der Herstellung der Auflage verändert werden, was langwierig und schwierig ist, insbesondere wenn es sich um Berichtigungen an Dicken von nur -einigen Mikron handelt.

Um diesem Nachteil abzuhelfen, 1st bereits

vorgeschlagen worden, eine gelochte Abdeckung auf der Bahn der Moleküle zwischen der Quelle derselben und der zu überziehenden Unterlage anzuordnen, wobei der Unterlage oder der Abdeckung vorzugsweise eine Drehbewegung um die Achse des Molekulbündels erteilt wird, wobei die Abdeckung die überschussigen Moleküle, welche einer Dicke der Auflage entsprechen, welche grosser als die gewünschte 1st, wenigstens auf gewissen Halbmessern des Bündele abfangen·

Die öffnungen dieser Abdeckungen wurden jedoch durch Versuche durch allmähliche Annäherung bestimmt, und ihre Profile wurden zahlreichen Nachbearbeitungen mit Hilf© von sahireichen Tersuohen unterworfen, deren jeder lange schwierige Messungen der Dicken der tatsächlich durch diese öffnungen hindurch erzeugten Auflagen erforderte. '

Die Erfindung gestattet, a priori mit grosser Genauigkeit die Profile dieser öffnungen in Punktion der gewünschten Dicken der Auflage an jeder Stelle der Unterlage aufgrund der wirklichen Dichte der normalerweise von der Molekülquelle in Richtung auf diesen Punkt auegesandten Moleküle zu bestimmen.

Bei den echematisoh auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen sendet die Molekülquelle 1 ein Bündel 2 von verdampften Molekülen hoher Temperatur aus.

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OBiQiNALlMSPECTED

- 5 - 180U43. 3777/68

Die Molefculauelle kann beliebig ausgebildet

sein und besitzt eine Symmetrieachse, wobei sie eine reflektierende Oberfläche haben kann, oder nicht. . .

Sie hat zweekmässig die Bauart mit einer re- ₍ flektierenden Oberflache, welche in der von der Anmelderin am 5. Oktober 1967 unter dem Aktenzeichen Nr. 123.428 mit dem litel "Perfectionnements aux organes e*metteurs de mollcules et aux procddes et dispositifs de fabrication de ces organes" eingereichten französischen Patentanmeldung sowie in den Berichten ; der Acadenie des Sciences von Constans, Daury und Iostis vom 11. März 1968 ("Etude theorique de l'indicatrioe de reflexion mollculaire sur une surface", Band 266, Seite 695 bis 698) und vom 22. September 1968 ("Etude theOrique des distributions cinetiques et spatiales des molecules rofleOhies par une surface") beschrieben ist.

In allen Fällen ist unabhängig davon, ob die

Molekülquelle eine reflektierende Oberfläche besitzt oder nicht, die den Wert der Stärke I ausdrückende Formel (1) der genannten Patentanmeldung gültig und wird hier dadurch vereinfacht, dass das ausgesandte Gasvolumen ein TJmdrehungs körper ist, so dass man erhält O_r = O, d.h. O¹ = Ο_χ « der oben gewählte Parameter £

so dass man erhält: .

in

ο h ein bei den meisten Molekülquellen zwischen 0,5 und 2 liegencb ~

^ der für diese kennzeichnender "Zerstreuungskoeffizient" ist,

co _ ■ - ■

-^. K =s h cos r,

ο G (E) = K² + VF e^K (3 f + K³) ( 1 + ^-

cn I-

■ 2 /2

und g (h) = e"^h + fäi (1 + |f..je"^u du).

,; i ORIGINALINSPECTEO

Bei Kenntnis von drei Werten von I„ (welch® z.B. durch Versuche mit Hilfe eines piezoelektrischen Quaraas gemäss drei in der gleichen Axialebene liegenden Emissionsriüh-

"■■·."_ tungen bestimmt werden), wie in der genannten Patentanmeldung beschrieben, kann die Berechnung von h für eine gegebene Molekül· quelle von jedem Programmierer vorgenommen werden.

Bei 3 ist in Pig. 1 das Strahlungsdiagramm des ausgesandten Bündels dargestellt, d.h. eine Kurve, welche für jeden durch seinen Winkel r mit der Achse dea Bündela bestimmten Strahl desselben eine zu der Dichte I₃, der auf diesem Strahl ausgesandten Moleküle proportionale länge ergibt.

Bei der Ausführungsform der-Fig. 1 soll auf eine Unterlage 4 eine Schicht aus Metall oder einem anderen Stoff aufgebracht werden, deren Dickenverteilung ein Umdrehungs·?» körper um die Achse des Bündels und durch die Formel E (a) gegeben ist, wobei a der Abstand eines beliebigen Punkts A¹ der Auflage von der Achse ist.

/ In diesem Fall .wird die öffnung der Abdeckung

ι 6, von welcher angenommen ist, dass sie durch eine gelochte

^ Folie (mit einer zwischen 0,1 und 0,2 mm liegenden Dicke) ge-

bildet wird, welche ganz in der Nähe der zu überziehenden Oberfläche der Unterlage 4 angeordnet ist, folgendermassen bestimmt! ' · Zur Vereinfachung ist angenommen, dass die

Molekülquelle 1 an einem Punkt V (Fig. 2) konzentriert ist, und co

dass ihre Achse die Abdeckung 6 an dem Punkt O und die Unterlage 4 an dem Punkt O¹ schneidet, wobei der Abstand 0-0»als vernach-

lässigbar angenommen ist.

Es sei eine kleine Oberfläche s betrachtet, ,

deren Mittelpunkt auf dem Punkt A der Abdeckung liegt, welcher sioh auf dem Strahl V-A¹ befindet, d.h. in erster Annäherung in

'■■■·_. -■■---'; -M :i:u& -

INSPECTED

-'ί.'- ■"■"· 3777/68 _Λ

.' , ■ ; - 180U43

dem Abstand a von der Achse Y-Q.

Die durch die Oberfläche s, tretende Molekül-, menge ist zu der Stärke I_f und dem Kosinus des Winkels OVA .(d.h. r) proportional und zu dem Quadrat der Entfernung V-A !Umgekehrt proportional· ·

Es kann also geschrieben werden» dass bis auf *#iae Konstante die durch die Oberfläche £ der Abdeckung tretende

HolökUlmenge Q (a) gleich r~$r TO/2 ^ist» ^{wenn tti}* S. ^{der Ab}"

stand T-O bezeichnet wird·

Um diese Menge zu der bei A* gewünschten Dicke B (a) proportional zu machen, darf man durch die Abdeckung nur den durch die Formel E (a) « W Q (a) bestimmten Teil W des Molekülflueses treten lassen·

Dieses Verhältnis W bestimmt in der Entfernung a. von der Achse einen freizulegenden Winkelprozenteatz der Abdeckung· Wenn eine einzige Öffnung in der Abdeckung betrachtet wird und g der dieser Entfernung a. entsprechende von einem beliebigen Radiusvektor 0-Y aus gezählte Öffnungswinkel ist« kann geschrieben werden £ = 2 π ,und wenn die Zahl der in der Abdeckung angebrachten identischen Offnungen k beträgt, (k 1st bei der dargestellten Ausführungsform gleich zwei, bei welcher die Abdeckung zwei identische in Bezug auf den Punkt 0 symmetrische Öffnungen enthält), erhält man ν = r-^ Diese

••β. Vi va/

Formel ist mit der obigen Formel (1) identisch und definiert in Polarköordinaten die Kurve 7, welche mit dem Halbmesser O-Tf

-* die Öffnung der Abdeckung abgrenzt·

co _m . '

^ Es genügt dann, die Abdeckung gegenüber der

^ Unterlage um die Achse des Bündele in. Umdrehung zu versetzen, oder besser die Unterlage gegenüber der Abdeckung, um automa- *

ORlÖtNAL INSPECTED .

■> ι ι τ >

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co O co co

tisch auf die Unterlage eine Schicht aufzubringen, welche genau das gewünschte Profil hat·

Infolge dieser gegenseitigen Drehung ist nämlich die auf die Unterlage in dem Abstand a, von der Achse aufgebrachte Werkstoffdicke auf dem ganzen Kreieurafang mit dem Halbmesser a, konstant, und diese Dicke ist unabhängig von der wirklich in der entsprechenden Richtung auegesandten Menge Q (a) zu der gewünschten Dicke E (a) proportional·

Die oben definierte Öffnung 3 ist natürlich attssen von einem Kranz 8 (Fig· 1) eingefasst, welcher der Abdeckung 6 eine genügende mechanische Festigkeit gibt.

Die Dicken der Auflagen betragen im allgemeinen grössenordnungsmässig einige Angstrom bis mehrere Mikron, der Abstand g grössenordnungsmässig einige Zehner cm, und die Drehgeschwindigkeit der Unterlage grössenordnungsmässig mehrere Zehner oder Hunderter Umdrehungen in der Minute·

Bei der in Fig· 4 dargestellten Ausführungsabwandlung ist die Auflage kein Umdrehungskörper mehr, sondern zylindrisch, wobei sich dann die Unterlage 9 dieser Auflage hinter der Abdeckung 10 in einer zu .der Achse des Bündele senkrechten geradlinigen Richtung 11 bewegt« Xn diesem Fall kann jede Öffnung der Abdeckung dureh eine Formel bestimmt werden* welche bis auf eine Konstante mit der obigen Formel (1) identisch ist, wobei die Buchstaben a und £ dann die ^artesischen Koordinaten eines jeden Punkte A in Richtungen O-X und 0-7 bestimmen, welche zu der Richtung 11 senkrecht bzw· parallel sind.

Bei der Ausführung der Fig· 4 besteht die einzige Öffnung 12 aus zwei derartiger identischen zueinander

INSPECTED

■ -9- 1301U3 ^3777/68

in Bezug auf die Achse X-X symmetrischen.öffnungen;

Bei einer besonders vorteilhaften Anwendung

wird das obige Verfahren benutzt, um auf entsprechende undurchsichtige oder durchsichtige Unterlagen Schichten veränderlicher Dicke mit bestimmtem Profil aus einem reflektierenden oder durchsichtigen Werkstoff aufzubringen, um den Unterlagen gegebene optische Eigenschaften zu erteilen, welche ihre Benutzung ala Spiegel oder Diopter ermöglichen, wobei die betreffende Auflage eine einfache Berichtigungsauflage z.B. zur Umwandlung der sphärischen Oberfläche eines optischen !Teils in eine nicht sphärische (parabolische oder andere) Oberfläche oder umgekehrt sein kann. !

Andere interessante Anwendungen sind die gleichförmige oder ungleichförmige Beladung von schwingenden !lamellen und die Aufbringung von Halbleiterschichten veränderlicher Dicke j auf entsprechende Unterlagen, welche ζ·Β· durch andere Halbleiter gebildet werden.

ORIGINAL INSPECTED

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Claims

Patentansprüche

1.) Vorrichtung zur Aufdampfung einer dünnen Schicht bestimmten Profils auf eine Unterlage im Vakuum mit einer durch Verdampfung im Vakuum arbeitenden Molekülquelle und einer gelochten Abdeckung, welche auf der Bahn der ausgesandtea Moleküle zwischen der Quelle derselben und der zu überziehenden Unterlage angeordnet ist und eine Relativbewegung gegenüber der Unterlage ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Richtung der Relativbewegung der Abdeckung gegenüber der Unterlage gerechnete Breite der öffnung der Abdeckung an jedem ihrer Punkte gleichzeitig in Punktion der Dicke, welche für die Auflage an den Punkten der Unterlage, welche die durch den Punkt der öffnung tretenden Moleküle empfangen, und in Punktion der wirklichen Stärke des normalerweise in Richtung dieses Punkts ausgesandten Teils des Molekülbündels bestimmt ist.

2») Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Unterlage eine Drehbewegung gegenüber der Abdeckung um die Achse des Bündels erteilt wird, oder umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, dass jede öffnung der Abdeckung durch einen äusseren Kreisbogen, dessen Mittelpunkt sich an einem auf der Achse des. Bündels liegenden Punkt 0 befindet, durch einen, Halbmesser 0-Y dieses Kreises und durch eine Kurve begrenzt wird, bei welcher jeder Punkt A in Polarkoordinaten von dem Halbmesser 0-Y aus durch folgende Gleichung bestimmt ist: ~ (_a\ - 2nE(z^af a²)

in welcher £ der dem Radiusvektor 0-A von der lange a entsprechende, in Radianten ausgedrückte Winkel, k die Zahl der iden-

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0R1GJMAI INSPECTED

tischen In der Abdeokung angebrachten Offnungen, E die an dem betrachteten Punkt A gewünschte Dicke der Auflage (oder die Dichte des Bündels)« jz der Abstand zwischen der Molekülquelle und der Abdeokung und I_r die Stärke des Molekülstrahls in der (einen Vinkel r. mit der Aohse des Bündels bildenden) betrachtete: Richtung ist· -

..." . . 3») Vorrichtung nach Anspruoh 1, bei welcher Φφΐ-jtfnterläge eine SDranslationsbewegung gegenüber der Abdeokung senkrecht zu der Aohse des Bündele ausfuhrt, oder umgekehrt, -d,4luroh gekennzeichnet, dass jede Öffnung der Abdeokung duroh Gerade (X-X) und duroh eine Kurve begrenzt wird, bei weljeder Punkt A in Karteeisohen Koordinaten duroh folgende Weichung definiert lett ^: * a?>

welcher £ und £ die Abszisse bzw· die Ordinate des Punkts A₉ 'Ale Zahl der identischen in der Abdeokung angebrachten Öffnungen, 1 die an den betrachteten Punkt A gewünschte Dicke der Auiriage (oder die Dichte dee Bündels), £ der Abstand zwischen 4er Molefcülquelle und der AMeokung und I_r die Stärke dee MoIek^letrahls in der (einen Vinkel r mit der Aohse dee Bündele bildenden) betrachteten Riohtung let· ' ' '

4») Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daes «o zur Bestimmung der Stärke I_r des in Jeder einen Vinkel r. mit der Aohse des Bündele bildenden Riohtung auegesandten Iblekül co etrahla folgende Formel benutet wirdt

ο ο»

[i + G (K)] , worint

^rr 1t g -ι Disperelonskoeffizient der Molekülquelle,

ORIGINAL INSPECTED

■ . ■ -¹²- 180H43 ^3777/6β

K =s h cos r, .

η · J* . λ

G (K) = K² + -fie* (3 f + K⁵) (1 + jfa j e"^u du),

und v,2 — ο / „2 °

g (h) = e"^h;·■+ YSYi (1 + £g J e-^u du).

5·) Unterlage, welche an jedem ihrer Punkte mit einer dünnen Schicht mit einem genau bestimmten Profil überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht durch eine Vorrichtung nach wenigstens Anspruch 1 aufgebracht ist.

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