DE3709074A1 - Vorrichtung zum erzeugen von metalldampf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Er­ zeugen von Metalldampf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mit einer solchen Vorrichtung wird ein dünner Metall­ film auf einem Halbleitersubstrat und dergleichen durch einen Metalldampfabscheideprozess abgelegt, bei welchem ein Komplexionenstrahl verwendet wird.

Bei einem Dünnfilmabscheideverfahren unter Ver­ wendung eines Komplexionenstrahls hat man bisher in einer Vakuumkammer, in der ein vorgegebenes Vakuum aufrechterhalten wird, einen Behälter für die Dampferzeugung positioniert, der einen oberen Deckel und einen Körper aufweist. Den Behälter für die Dampferzeugung hat man mit dem abzuscheidenden Metallmaterial gefüllt, beispielsweise mit Kupfer, Aluminium oder dergleichen, welches atomare Komplexe, d.h. massive Atomgruppen, erzeugt, die zu einem beschichtenden Gegenstand gebracht werden. Das Metallmaterial wird von außen her auf eine Auf­ lösungstemperatur erhitzt, wobei das Metallmaterial verdampft wird. Dieses verdampfte Metallmaterial wird in Form eines Strahls, eines sogenannten Komplexstrahls durch eine Einspritzdüse, also eine Öffnung, ausgeworfen, die an einem oberen Deckel vorgesehen ist, wobei aufgrund des Druckunter­ schieds zwischen der Vakuumkammer und dem Behälter eine adiabate Expansion erfolgt.

Danach wird der Komplexstrahl mit einem Elektronen­ strahl bestrahlt, um ihn teilweise zu ionisieren, so daß der im ionisierten Zustand ausgeworfene Metall­ dampf sich auf dem zu beschichtenden Gegenstand in Form eines dünnen Metallfilms abscheiden kann. Bei einem bekannten Behälter 1 für die Dampferzeugung, wie er in Fig. 5 gezeigt ist, sind ein oberer Deckel 1 a mit einem flachen Rand und einem zylin­ drischen Körper 1 b vorgesehen. Der obere Deckel 1 a und der Körper 1 b sind durch eine Schraubverbindung miteinander verbunden, um die Luftdichtigkeit des Behälters 1 zu gewährleisten. Bei einer anderen bekannten Ausführungsform, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, hat der Behälter als Dichtung einen Schliff, um seine Luftdichtigkeit zu gewährleisten. Ein Nachfüllen von vorrätigem Metallmaterial erfolgt durch Entfernen des oberen Deckels von dem Körper.

Eine Vorrichtung zur Durchführung einer Abscheidebe­ handlung ist in der US-PS 44 90 408 beschrieben.

Bei dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik befindet sich die luftdichte Verbindung 1 d zwischen dem oberen Deckel 1 a und dem Körper 1 b auf der oberen Stirnseite des Dampf erzeugenden Behälters. Wenn das abzuscheidende Metallmaterial ein hoch­ viskoses Metall ist, wie Aluminium, setzen sich kleine Teilchen an der luftdichten Verbindung fest, so daß das abzuscheidende Metallmaterial nicht mehr in den Behälter nachgefüllt werden kann.

Zusätzlich besteht die Gefahr, daß die Aufstrahl­ düse oder Öffnung 1 c am oberen Deckel 1 a sich durch hart gewordenes Metall aus dem Dampf zusetzt, da sich der in dem Behälter 1 für die Dampferzeugung verdampfte Metalldampf im Bereich der Düse 1 c ab­ kühlt, wenn um die Düse 1 c herum die Temperatur nicht erhöht worden ist. Eine solche Düse wird an der ebenen Platte des Deckels ausgebildet, so daß die Wärmeabstrahlfläche um den Düsenabschnitt herum gesteigert wird. Aufgrund dieser Wärmestrahlung kann eine Wärmekonzentration an dem Düsenabschnitt nicht erwartet werden, so daß sich die Düse zusetzen kann. Da die Verbindung zwischen dem oberen Deckel und dem Körper sich auf der Oberseite des Körpers befindet, wird die Wärmeübertragung während der Beheizung der Seitenwand des Körpers beschränkt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Metall­ dampf zu schaffen, die ein einfaches Lösen des Deckels und des Körpers auch bei Verwendung eines hochviskosen Metallmaterials zuläßt, um so die Wiederverwendung des Dampf erzeugenden Behälters zu ermöglichen, wobei der Düsenabschnitt des Dampf erzeugenden Behälters vor dem Verstopfen geschützt werden soll.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der Vorrichtung der gattungsgemäßen Art mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst, die in den Unteransprüchen vorteilhaft weitergebildet sind.

Da erfindungsgemäß die luftdichte Verbindung zwischen einem Körper und einem Verschlußdeckel, die beide den Dampf erzeugenden Behälter bilden, in der Nähe des unteren Abschnitts des Körpers an­ geordnet ist, kann auch bei Verwendung von abzu­ scheidendem hochviskosen Metallmaterial das Lösen des Verschlußdeckels und des Körpers in einfacher Weise vorgenommen werden, wobei die Wiederverwendung des Dampf erzeugenden Behälters gewährleistet ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Be­ hälterkörpers wird seinem Düsenabschnitt ausreichend Wärme zugeführt, so daß sich an der Düse eine Wärme­ konzentration einstellt, wodurch ein Verstopfen durch kondensierenden Metalldampf verhindert wird.

Eine vorteilhafte Kostenreduzierung ergibt sich ins­ besondere dann, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Metalldampf bei einer Komplexionen­ strahl-Abscheidevorrichtung eingesetzt wird, die nach dem Abscheideverfahren mit dem Komplexionenstrahl bzw. Cluster-Ionenstrahl arbeitet.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch in einer Seitenansicht im Schnitt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Metalldampf, eingesetzt in eine Abscheidevorrichtung, bei der ein Komplexionenstrahl-Abscheideverfahren benutzt wird,

Fig. 2 schematisch im Längsschnitt die in Fig. 1 ver­ wendete Ausführungsform des Dampf erzeugenden Behälters,

Fig. 3 in einer Einzelheit im Schnitt die luftdichte Verbindung zwischen Verschlußdeckel und Körper,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform des Metalldampf erzeugenden Behälters,

(Fig. 5 und 6 beschreiben zum Stand der Technik ge­ hörende Ausführungsformen, die bereits erläutert sind).

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist die Vorrichtung zur Erzeugung von Metalldampf in einer Vorrichtung für die Dünnfilmabscheidung eingesetzt, die einen Komplexionenstrahl benutzt. Diese Vorrichtung hat eine Vakuumkammer 2, in der ein vorgegebenes Vakuum aufrechterhalten wird, eine Absaugleitung 3 zum Abführen von Luft aus der Vakuumkammer 2, ein Vakuum­ ventil 4 zum Öffnen und Schließen der Absaugleitung 3 und einen Dampf erzeugenden Behälter 5, der mit einem abzuscheidenden Metallmaterial 6 gefüllt ist, beispiels­ weise Kupfer, Aluminium oder dergleichen. Der Be­ hälter 5 besteht aus einem becherförmigen bzw. schalenförmigen Körper 5 a und aus einem Verschluß­ stück 5 b. Für die Beheizung des Behälters 1 dient ein Beschußheizfaden 7, der die Seitenwand des Dampf erzeugenden Behälters 5 thermisch bestrahlt und dafür auf gegenüberliegenden Seiten des Behälters 5 angeordnet ist. Wie aus Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, ist der schalenartige Körper 5 a des Dampf erzeugenden Behälters 5 sich nach oben verjüngend, beispielsweise kuppelförmig, ausgebildet, wobei an seinem axial höchsten Punkt bzw. an seinem axialen Scheitel eine Düse 5 c mit einem kleinen Durchmesser vorgesehen ist. Das Verschlußstück 5 b ist zylindrisch ausge­ bildet. Zwischen dem Körper 5 a und dem Verschluß­ stück 5 b ist an der unteren Seite des Körpers 5 a oder an einer Seite, wo das abzuscheidende Material 6 angefüllt ist, eine luftdichte Verbindung bzw. Ab­ dichtung 5 d vorgesehen. In die luftdichte Verbindung 5 d ist ein Dichtungselement 8 eingesetzt, um den luftdichten Abschluß zu verbessern. Der Beschußheiz­ draht 7 erstreckt sich längs der Seitenwand des kuppelförmigen Körpers 5 a.

Die Dünnfilmabscheidevorrichtung ist mit einer Wärme­ abschirmplatte 9 als lsolierung für die Strahlungs­ wärme des Heizdrahts 7 mit einer Ionisierungsein­ richtung 10 zum Ionisieren der Komplexe bzw. Bündel, die aus dem Behälter 5 ausgeworfen werden, und mit Beschleunigungselektroden 11 versehen, welche die ionisierten Komplexionen beschleunigen und mit einem zu beschichtenden Gegenstand 12 kollidieren lassen, wodurch auf seiner Oberfläche der Dünnfilm ausge­ bildet wird.

Um eine derartige Beschichtung durchführen zu können, wird zunächst der Dampf erzeugende Behälter 5 mit einem abzuscheidenden Metallmaterial 6 gefüllt. Dann wird das Vakuumventil 4 geöffnet, um Luft aus der Vakuumkammer 2 abzusaugen.

Anschließend wird das abzuscheidende Material 6 in dem Behälter 5 auf etwa 2000°C mit Hilfe des Beschuß­ heizdrahts 7 soweit erhitzt, daß es verdampft. Da der Körper 5 a kuppelförmig ausgebildet ist und der Heiz­ draht 7 parallel zur Seitenwand des Körpers 5 a ange­ ordnet ist, ist eine Heizfläche an dem Körper ver­ größert, so daß die Wärme wirksam an der Düse 5 c wirkt und zu einer Wärmekonzentration an der Düse führt, wodurch verhindert wird, daß die Düse 5 c von abzu­ scheidendem Material verstopft wird.

Wenn die Temperatur im Behälter 5 soweit gestiegen ist, daß der Druck der Metalldampfsäule 0,13×10² bis 13,3×10² Pa beträgt, wird der aus der Düse 5 c ausgestrahlte Metalldampf durch die Druckdifferenz zwischen dem Behälter 5 und der Vakuumkammer 2 adiabat expandiert, wodurch sich massive Atomgruppen von soge­ nannten Komplexen bzw. Bündeln bilden, die von einer großen Anzahl von gekoppelten Atomen gebildet werden. Dieser Strahl von Komplexen beschleunigt die Komplex­ ionen, die durch die Ionisierungseinrichtung 10 und die Beschleunigungselektroden 11 ionisiert werden und mit dem Gegenstand 12, auf dem sie abgeschieden werden sollen, zur Kollision gebracht werden, wodurch sich auf dem Gegenstand ein dünner Metallfilm ab­ scheidet.

Die luftdichte Verbindung 5 d zwischen dem Körper 5 a und dem Verschlußstück 5 b, die beide den Dampf er­ zeugenden Behälter 5 bilden, ist so angeordnet, daß sie sich an der unteren Seite des Körpers 5 a oder an der Seite befindet, die mit abzuscheidendem Material aufgefüllt ist. Aus diesem Grund behalten auch dann, wenn das abzuscheidende Metallmaterial 6 eine hohe Viskosität hat, die Teilchen des Materials eine große Größe, so daß ein Eindringen von Teilchen in die luftdichte Verbindung verringert wird, was das Lösen des Verschlußstücks vom Körper erleichtert. Somit ist es möglich, den Dampf erzeugenden Behälter 5 mit einem abzuscheidenden Metallmaterial 6 nachzu­ füllen und wiederholt einzusetzen. Wie erwähnt, befindet sich die luftdichte Verbindung zwischen dem Verschlußdeckel und dem Körper bei den Dampf er­ zeugenden Behältern nach dem Stand der Technik an der Oberseite des Körpers, also an einer Stelle, wo das abzuscheidende Metall sich nicht ansammelt, so daß kleine Moleküle der Metallteilchen oder der Atomteilchen des Metalldampfs in die luftdichte Verbindung eindringen können.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform zu­ sätzlich ein Dichtungselement 8 an der luftdichten Verbindung 5 d angebracht wird, kann das Lösen des Verschlußstücks und des Körpers noch leichter und mit einer kleineren Scherkraft als in dem Fall er­ folgen, wenn ein solches Dichtungselement fehlt, da die festlegende Oberfläche des abscheidenden Metall­ teils in der Fläche verkleinert ist.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform hat der Dampf erzeugende Behälter 5 die Form eines Konus.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Metalldampf mit einem Behälter (5) für die Metalldampferzeugung, der eine Öffnung (5 c) hat, einen schalenartigen Körper (5 a) und einen Verschlußdeckel (5 b) auf­ weist und in einer Vakuumkammer (2) positionier­ bar ist, wobei der Behälter (5) mit einem abzu­ scheidenden Metallmaterial (6) gefüllt ist und bei Beheizung der Seitenwand des Behälters (5) für die Dampferzeugung Metalldampf durch die Öffnung (5 c) des Behälters (5) aufgrund des Druckunterschieds zwischen der Vakuumkammer (2) und dem Behälter ausgeworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (5 c) um den oberen Abschnitt des Körpers (5 a) herum vorgesehen ist und daß eine luftdichte Verbindung (5 d) zwischen dem Verschlußdeckel (5 b) und dem Körper (5 a) in der Nähe des unteren Abschnitts des Körpers (5 a) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der luftdichten Verbindung (5 d) zwischen dem Körper (5 a) und den Verschlußdeckel (5 b) ein Dichtungselement (8) eingesetzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (5 a) eine sich verjüngende Form hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Körper (5 a) die Form einer Kuppel hat.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Körper (5 a) die Form eines Kegels hat.