DE4027896C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Clusterionen-Aufdampfvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine konventionelle Vorrichtung, die z. B. in der JP-PS 54-9592 (1979) beschrieben ist. Die Fi­ gur zeigt einen Vakuumbehälter, in dem ein vorbestimmtes Va­ kuum unterhalten wird, und eine Evakuierungsleitung 2 zur Eva­ kuierung des Vakuumbehälters 1, wobei die Evakuierungsleitung an eine Evakuierungseinrichtung (nicht gezeigt) angeschlossen ist. Ein Tiegel 3 hat einen Deckel 3a mit einer oder mehreren Düsenöffnungen 3b mit einem Innendurchmesser von 1-2 mm. Der Tiegel 3 ist mit einem Aufdampfmaterial 4, z. B. Aluminium, beschickt. Eine Tiegelhaltestange 5 ist an einer Tiegel­ haltebasis 7 über einen isolierenden Haltekörper 6 befe­ stigt. Eine Einrichtung 8 zum Heizen des Tiegels 3 ist bei­ spielsweise ein Heizfaden. Eine Wärmeabschirmplatte 9 nimmt die Strahlungswärme vom Heizfaden 8 auf. Der Tiegel 3, der Heizfaden 8 und die Wärmeabschirmplatte 9 bilden eine Ver­ dampfungsquelle 12 zum Erhitzen und Verdampfen des Auf­ dampfmaterials 4 unter Bildung eines Clusterstrahls 17, der aus Clustern 26 des Aufdampfmaterials besteht. Eine Grund­ platte 10 ist an dem Vakuumbehälter 1 über eine Halterung 11 befestigt.

Eine Glühemissionseinrichtung 13 dient der Aussendung von Glühelektronen 14 zur Ionisierung. Die Glühemissionseinheit 13 umfaßt gemäß Fig. 2 eine Glühkathode bzw. einen Ionisierungsdraht 15 und eine Elektronenextraktionselektrode 16 zur Beschleunigung der vom Ionisierungsdraht 15 emittierten Glühelektronen 14, so daß der Clusterstrahl 27 mit den Glühelektronen 14 be­ strahlt wird. Eine Abschirmplatte 17 dient der Abschirmung der vom Ionisierungsdraht 15 abgestrahlten Wärme. Die Glüh­ emissionseinrichtung 13 und die Abschirmplatte 17 bilden eine Ionisierungseinrichtung 18 zur Ionisierung des von der Verdampfungsquelle 12 emittierten Clusterstrahls 17. Der Ionisierungsdraht 15 und die Elektronenextraktionselektrode 16 sind üblicherweise auf einer zylindrischen, konischen oder achssymmetrischen Polygonfläche angeordnet, die den Clusterstrahl 27 umgibt. Der Ionisierungsdraht 15 und die Elektronenextraktionselektrode 16 sind an Stellen angeord­ net, die einem Austrittswinkel des Clusterstrahls von 10-20°, gemessen von der Strahlmitte, entsprechen. Eine Beschleunigungselektrode 19 ist vorgesehen, so daß eine Spannung zwischen die Beschleunigungselektrode 19 und die Elektronenextraktionselektrode 16 gelegt werden kann. Ein isolierender Tragkörper 20 haltert die Elektronenextrak­ tionselektrode 16 und die Beschleunigungselektrode 19 iso­ liert. Der isolierende Tragkörper 20 ist auf der Grund­ platte 10 über einen Ständer 21 und einen Isolierkörper 22 befestigt. Ein Substrat 23 ist in dem Vakuumbehälter 1 mittels einer Substrathalterung 24 und eines Iso­ lierkörpers 25 angeordnet. Mit 28 sind die von der Ionisierungseinrichtung 18 ioni­ sierten Cluster bezeichnet.

Die konventionelle Vorrichtung wird wie folgt betrieben:

Beim Aufdampfen einer Aluminiumdünnschicht auf das Substrat 23 wird zuerst Aluminium 4 als Aufdampfmaterial in Tiegel 3 angeordnet. Der Vakuumbehälter 1 wird durch die Evakuierungseinrichtung auf ein Vakuum von ca. 10^-4 Pa evakuiert. Dann werden dem Heizfaden 8 Strom zur Erzeugung von Wärme zugeführt, und das Aluminium 4 im Tiegel 3 bis zur Verdampfung erhitzt, und zwar ent­ weder durch die Strahlungswärme vom Heizfaden 8 oder durch die Kollision mit den vom Heizfaden 8 emittierten Glühelek­ tronen. Wenn der Tiegel 3 auf eine solche Temperatur er­ wärmt ist, daß der Dampfdruck des Aluminiums 4 ca. 10-10^-3 Pa beträgt, wird Alumi­ niumdampf aus der Düse 3b ausgestoßen. Zu diesem Zeitpunkt bewirkt die Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Tiegels 3 und dem Inneren des Vakuumbehälters 1 eine adiabatische Expansion des Aluminiumdampfs, was in der Bildung des Clusterstrahls 27 resultiert, der aus den sogenannten Clu­ stern, d. h. aus Aggregaten einer Vielzahl von lose anein­ ander gebundenen Atomen, besteht.

Der Clusterstrahl 27 wird mit den aus dem Ionisierungsdraht 15 von der Elektronenextraktionselektrode in Richtung zur Mittenachse des Clusterstrahls 27 extrahierten Glühelek­ tronen 14 bestrahlt. Durch die Bestrahlung werden einige Cluster des Clusterstrahls in ionisierte Cluster 28 auf­ grund der Ionisierung eines Atoms im Cluster umgewandelt. Somit werden die ionisierten Cluster 28 in geeigneter Weise durch ein zwischen der Beschleunigungselektrode 9 und der Elektronenextraktionselektrode 16 erzeugtes elektrisches Feld beschleunigt und treffen auf das Substrat 23 mit der kinetischen Energie auf, die sie erhalten haben, als die nichtionisierten neutralen Cluster 26 aus dem Tiegel 3 aus­ gestoßen wurden. Infolgedessen wird eine Aluminiumdünn­ schicht auf das Substrat 23 aufgedampft.

Bei dieser konventionellen Vorrichtung sind der Ionisierungsdraht 15 und die Elek­ tronenextraktionselektrode 16, die die Glühemissionsein­ richtung bilden, auf einer zylindrischen Fläche angeordnet, die den Clusterstrahl 27 umgibt. Daher ist ein oberer Ab­ schnitt der Glühemissionseinrichtung 13 ständig dem Clu­ sterstrahl 27 ausgesetzt. Wenn die Intensität des Clu­ sterstrahls erhöht würde, um eine höhere Aufdampfgeschwin­ digkeit zu erzielen, würde der Clusterstrahl auf der Elek­ tronenextraktionselektrode 16 oder dergleichen kondensieren unter Hervorrufen einer Reaktion der Cluster mit dem Elek­ trodenmaterial oder Aufbringen des Aufdampfmaterials 4 auf die Elektrode 16, was zu Problemen wie z. B. einer sehr schnellen Verformung der Elektrode 16 führt. Zur Beseitigung dieser Probleme ist es notwendig, die Ionisierungseinrichtung 18 häufig zu ersetzen. Ferner besteht die Gefahr eines Kurzschlusses aufgrund einer star­ ken Verformung der Elektronenextraktionselektrode.

Weiterhin ergeben sich bei der Ionisierung eines Cluster­ strahls hoher Intensität Schwierigkeiten bei der Kontrolle der Ionisierungsbedingungen aufgrund der Erzeugung eines Plasmas zwischen dem Ionisierungsdraht 15 und der Elektro­ nenextraktionselektrode 16 infolge einer hohen Dampfdichte an der Glühemissionseinrichtung. Insbesondere dann, wenn als Aufdampfmaterial 4 ein Element mit geringer Austritts­ arbeit eingesetzt wird, wird durch das Aufbringen des Ele­ ments auf den eine hohe Temperatur aufweisenden Ionisie­ rungsdraht 15 die Austrittsarbeit an der Drahtoberfläche vermindert, was zu einer sehr Steigerung der Glühemissionsmenge und damit zu Störungen wie etwa einem Versagen der Stromversorgung für die Ionisierung führt.

Andererseits geht eine Vergrößerung des Durchmessers der Glühemissionseinrichtung 13 mit dem Ziel der Verhinderung der Bestrahlung der Glühemissionseinrichtung 13 durch den Clusterstrahl mit einer Vergrößerung der Außenabmessungen der Ionisierungseinrichtung 18 einher, so daß es nicht mög­ lich ist, eine kompakte Vorrichtung zu bauen, die in bezug auf Evakuierungszeit und Kosten günstig ist.

Eine einfache Möglichkeit der Kontrolle der Bestrahlung der Glühemissionseinrichtung 13 mit dem Clusterstrahl ist der Einsatz einer Glühemissionseinrichtung mit divergierender Konusform. Tatsächlich ist bereits eine Ionisierungeinrich­ tung, die in Fig. 3 gezeigt ist, aus der Literatur bekannt: W. Knauer und R.L. Poeschei, Ionized cluster beam deposi­ tion, J.Vac.Sci.Technol., B6 (1), 1988, S.456-460. Diese Anordnung, die ursprünglich für analytische Untersuchungen von Edelgas-Clusterstrahlen verwendet wurde, wurde in eine Ionisierungseinrichtung zur Schichtabscheidung umgewandelt, wobei ein Clusterstrahl 27a ein Loch 4 in einer Abschirm­ platte 40 durchsetzt und durch das Innere von divergieren­ den Elektronenextraktionselektroden 16 und eines Ionisie­ rungsdrahts 15 geschickt wird. Dabei ergeben sich jedoch Probleme beispielsweise hinsichtlich der Bearbeitungstech­ nik, und zwar Schwierigkeiten beim exakten Formen einer Vielzahl von konischen Elektronenextraktionselektroden und bei der Montage der Elektroden mit guter Reproduzierbar­ keit.

Eine Clusterionen-Aufdampfvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 48 12 326 bekannt. Weiterhin ist aus der JP-OS 63-0 42 365 eine ähnliche Vorrichtung bekannt, bei der eine Hilfselektrode zwischen Effusionstiegel und Ionisierungs­ einrichtung vorgesehen ist, die eine unerwünschte Bedampfung, z. B. der Ionisierungseinrichtung, verhindern soll.

Die bekannten Vorrichtungen weisen jedoch die obengenannten Nachteile ebenfalls auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Clusterionen- Aufdampfvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß in konstruktiv einfacher Weise eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspru­ ches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausführungsfor­ men der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine konventionelle Vor­ richtung;

Fig. 2 eine teilgeschnittene Perspektivansicht eines wichtigen Teils der bekannten Vorrich­ tung;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil einer bekannten Ionisierungseinrichtung;

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 5 eine teilgeschnittene Perspektivansicht eines wichtigen Teils der Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6, 7 und 8 Darstellungen der Verteilung des elektrischen Potentials in einem wichtigen Teil der Vor­ richtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 9 ein Diagramm von Messungen der Ionenstromdich­ teverteilung auf einem Substrat in der Vor­ richtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 10 einen Schnitt durch ein anderes Ausführungs­ beispiel der Vorrichtung nach der Erfindung; und

Fig. 11 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungs­ beispiel der Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 4 zeigt eine Glühemissionseinrichtung 13, die Glüh­ elektronen zur Ionisierung emittiert. Wie Fig. 5 im ein­ zelnen zeigt, ist die Glühemissionseinrichtung in Ringform ausgebildet, in einer Horizontalebene angeordnet und hat eine Öffnung zum Durchtritt eines Clusterstrahls 27. Die Größe der Öff­ nung ist so bemessen, daß ein Clusterstrahl mit einem Aus­ trittswinkel von wenigstens 15°, vorteilhafterweise wenig­ stens 30°, gemessen von der Mittenachse des Clusterstrahls 27, durchtreten kann. Die Glühemissionseinrichtung 13 um­ faßt einen Ionisierungsdraht 15 und eine Elektronenextrak­ tionselektrode 16, wodurch die vom Ionisierungsdraht 15 abgegebenen Glühelektronen beschleunigt werden und den Clusterstrahl 27 bestrahlen. Der Abstand zwischen dem Ioni­ sierungsdraht 15 und der Elektronenextraktionselektrode 16 sollte ca. 5±0,2mm betragen, um die gewünschten Glühemissionscharakteristiken zu erzielen. Da sowohl der Ionisierungsdraht 15 als auch die Extraktionselektrode 16 Flachform haben, kann der Abstand mit guter Reproduzier­ barkeit und hoher Genauigkeit eingestellt werden. Auch wenn der Öffnungsdurchmesser der Glühemissionseinrichtung 13 so vorgegeben ist, daß er einem Austrittswinkel von wenigstens 30° entspricht, kann die Glühemissionseinrichtung 13 kom­ pakt gebaut werden, weil der Durchmesser des Clusterstrahls 27 im Bereich der Austrittsöffnung einer Düse 3b ver­ gleichsweise klein ist und die Elektronenextraktionselek­ trode 16 Flachform hat und sehr dünn gemacht werden kann. Eine Abschirmplatte 17, die in einem unteren Teil der Glühemissionseinrichtung 13 angeordnet ist, verringert die Strahlungswärme vom Ioni­ sierungsdraht 15 und verhindert die Direktbestrahlung der Glühemissionseinrichtung 13 mit dem Clusterstrahl 27, der in einem großen Austrittswinkel aus­ tritt. Eine Reflexionselektrode 29 lenkt die Flugbahn der ionisierenden Glühelektronen 14, die im wesentlichen vertikal nach oben aus der Glühemissionseinrichtung 13 extra­ hiert werden, derart ab, daß der Clusterstrahl 27a, der die Glühemissionseinrichtung 13 passiert hat, mit den Glühelek­ tronen 14 bestrahlt wird. Das elektrische Potential der Reflexionselektrode 29 kann etwa gleich dem elektrischen Potential des Ionisierungsdrahts 15 vorgegeben sein. 30 ist eine maschenförmige Steuerelektrode, deren Potential zweckmäßigerweise zur Steuerung des Bereichs ein­ gestellt ist, in dem die zur Ionisierung bestimmten Glüh­ elektronen 14 vorhanden sind, wodurch die Ionenverteilung im Clusterstrahl 27a willkürlich gesteuert wird. Die Glüh­ emissionseinrichtung 13, die Abschirmplatte 17, die Refle­ xionselektrode 29 und die Steuerelektrode 30 bilden eine Ionisierungseinrichtung 18. 19 ist eine Beschleunigungs­ elektrode. Die Reflexionselektrode 29 und die Beschleuni­ gungselektrode 19 sind teilweise maschenförmig, um die Fläche für das Auftreffen des Clusterstrahls 27a zu verringern.

Was die Werkstoffe für die Einzelteile betrifft, so kann der Ionisierungsdraht 15 ein Wolframdraht sein, während für die Elektronenextraktionselektrode 16, die Reflexionselek­ trode 29 und die Steuerelektrode 30 Molybdän oder Tantal verwendet werden, die durch chemisches Ätzen oder funken­ erosives Bearbeiten zu Maschenform geformt sind. Für die Abschirmplatte 17 kann ein hochschmelzendes Metall oder Keramik verwendet werden. Wenn als das Aufdampfmaterial 4 Aluminium eingesetzt wird, kann eine Verlängerung der Be­ triebslebensdauer der Abschirmplatte 17 dadurch erzielt werden, daß als Material für die Abschirm­ platte 17 ultrahochdichtes Graphit eingesetzt wird.

Die so aufgebaute Vorrichtung arbeitet wie folgt.

Es wird zuerst auf den Betrieb der Ionisierungseinrichtung 18 Bezug genommen. Nur ein zentraler Teil des Cluster­ strahls 27 tritt durch die Abschirmplatte 17. Daher wird die Glühemissionseinrichtung 13 überhaupt nicht von dem Clusterstrahl 27a bestrahlt. Andererseits wird dem Ionisierungsdraht 15 ein elektrischer Strom zur Erzeugung von Wärme zugeführt. Eine Spannung von 50-500 V wird zwischen den Ionisierungsdraht 15 und die Elektronenextrak­ tionselektrode 16 gelegt, wodurch die Glühelektronen 14 vertikal nach oben extrahiert werden. Die Flugbahnen der Glühelektronen 14 werden in Richtung zur Mittenachse des Clusterstrahls durch ein elektrisches Feld umgelenkt, das von der Reflexionselektrode 29 erzeugt wird, deren elektri­ sches Potential ungefähr gleich dem elektrischen Potential des Ionisierungsdrahts 15 ist. Somit wird der Clusterstrahl 27a nach Durchsetzen der Abschirmplatte 17 mit den Glüh­ elektronen 14 bestrahlt, was in der Bildung ionisierter Cluster 28 resultiert. Der Stromwert der vom Ionisierungs­ draht 15 extrahierten Glühelektronen 14 ist normalerweise auf einen Bereich von ca. 50-1000 mA eingestellt. Ein Teil des auf die Abschirmplatte 17 auftreffenden Clusterstrahls 27 wird so, wie er ist, ohne erneute Verdampfung abgeschieden. Da der Abstand zwischen der Abschirmplatte 17 und der Verdamp­ fungsquelle 12 jedoch groß ist, kann durch die Abscheidung kein Kurzschluß hervorgerufen werden. Bei einem Experi­ ment unter Einsatz von Aluminium als Aufdampfmaterial für die Aufbringung einer Aluminiumdünnschicht mit einer Auf­ dampfgeschwindigkeit von 66 nm/min wurde beispielsweise gefunden, daß die Vorrichtung über den langen Zeitraum von wenigstens 40 h im Dauerbetrieb arbeiten kann; dieser Wert entspricht dem Hundertfachen oder mehr des bisher erreichten Werts.

Nunmehr wird der Betrieb der Steuerelektrode 30 beschrie­ ben.

Die Steuerelektrode 30 dient zur Steuerung des Ionisie­ rungsbereichs in der Ionisierungseinrichtung 18, um die Ionenverteilung im Clusterstrahl 27a zu vergleichmäßigen. Fig. 6 zeigt ein Beispiel der Resultate von zahlenmäßigen Berechnungen der elektrischen Potentialverteilung in der Ionisierungseinrichtung 18, wobei Äquipotentiallinien in Abständen von 0,5 kV angegeben sind. Fig. 7 zeigt vergrö­ ßert die Resultate von zahlenmäßigen Berechnungen der Potentialverteilung in dem von der Strichpunktlinie in Fig. 6 begrenzten Bereich, wobei das Potential der Steuerelek­ trode 30 als ungefähr gleich dem Potential (4,5 kV) des Ionisierungsdrahts 15 angenommen ist. Fig. 8 zeigt ebenso in vergrößerter Form die Resultate von zahlenmäßigen Be­ rechnungen der Potentialverteilung in dem von der Strich­ punktlinie in Fig. 6 begrenzten Bereich, wobei das Poten­ tial der Steuerelektrode 30 als ungefähr gleich dem Poten­ tial (5 kV) der Elektronenextraktionselektrode 16 angenom­ men ist. Der schraffierte Bereich A in den Fig. 7 und 8 bezeichnet jeweils den Bereich, in dem die Glühelektronen für die Ionisierung vorhanden sind. Die Fig. 7 und 8 zei­ gen, daß es durch geeignete Einstellung des elektrischen Potentials der Steuerelektrode 30 möglich ist, den Bereich der Anwesenheit der ionisierenden Glühelektronen einzustellen und dadurch den Ionisierungsbereich in der Ionisierungsein­ richtung 18 zu steuern.

Fig. 9 zeigt die Resultate von Messungen der Ionenstrom­ dichteverteilung auf dem Substrat 23, und zwar für ver­ schiedene Werte des elektrischen Potentials Vc der Steuer­ elektrode 30, im Fall des Aufdampfens einer Aluminiumdünn­ schicht auf das Substrat 23 mit einer Beschleunigungsspan­ nung von 5 kV und einer Aufdampfgeschwindigkeit von 66 nm/min unter Anwendung der beschriebenen Vorrichtung. Durch geeignete Einstellung des elektrischen Potentials der Steuerelektrode 30 war es möglich, eine extrem flache Verteilung der Ionenstromdichte zu erzielen, wobei das Maximum-Minimum-Verteilungsverhält­ nis ca. 3:1 ist, und zwar auch bei der hohen Beschleuni­ gungsspannung von 5 kV.

Die Steuerelektrode 30 wird zwar von dem Clusterstrahl 27a bestrahlt, aber durch die Bestrahlung wird der Ionisie­ rungsbetrieb nicht instabil, weil die Steuerelektrode 30 anders als die Glühemissionseinrichtung 13 nur zum Ein­ stellen eines elektrischen Potentials dient. Die Abschei­ dung des Clusterstrahls 27a auf die Steuerelektrode 30 kann je nach dem Dampfdruck des eingesetzten Aufdampfmate­ rials 4 ein Problem sein. Dieses Problem kann jedoch da­ durch gelöst werden, daß die Steuerelektrode 30 so ausge­ legt wird, daß sie heizbar ist, indem ein Strom durch sie geschickt wird.

Das obige Ausführungsbeispiel wurde unter Bezugnahme auf die Verwendung eines Wolframdrahts als Ionisierungsdraht 15 beschrieben. Dieser kann auch anders geformt sein bzw. aus anderen Materialien bestehen, da die Glühemissionsein­ richtung 13 im vorliegenden Fall Flachform haben kann. Beispielsweise sind als Ionisationsdraht 15 auch Platten oder Flächenkörper aus Wolfram, Tantal, Lanthanhexa­ borid (LaB₆), das Glühelektronen bei niedriger Temperatur emittiert, und dergleichen einsetzbar.

Das obige Ausführungsbeispiel wurde unter Bezugnahme auf die Verwendung einer ringförmigen Steuerelektrode 30 beschrieben. Der gleiche Effekt kann mit anderen Elek­ trodenformen, z.B. einer Konusform wie in Fig. 10, erzielt werden.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel ist die Ionisierungs­ einrichtung 18 im wesentlichen rotationssymmetrisch in bezug auf die Mittenachse des Clusterstrahls 27 gebildet und hat eine kreisrunde Öffnung. Es ist jedoch auch mög­ lich, den gleichen Effekt wie oben zu erzielen, wenn andere Formen, z. B. eine viereckige oder polygonale Elektrode oder Öffnung, verwendet werden.

Das obige Ausführungsbeispiel wurde unter Bezugnahme auf die Ionisierungseinrichtung 18 mit Steuerelektrode 30 zur Realisierung einer gleichmäßigen Ionenverteilung erläutert. Eine Ionisierungseinrichtung ohne Steuerelektrode ist ebenfalls verwen­ bar, weil das Aufbringen einer Dünnschicht keine erhebli­ che Gleichmäßigkeit der Ionenverteilung erfordert. Auch in diesem Fall wird der gleiche Effekt wie oben hinsichtlich der Stabilität des Ionisierungsbetriebs, der Betriebsle­ bensdauer der Elektroden usw. erzielt.

In der obigen Beschreibung des Ausführungsbeispiels ist die Elektronenextraktionselektrode 16 an der Oberseite des Ionisierungsdrahts 15 vorgesehen, um die Glühelektronen 14 nach oben zu extrahieren. Wie Fig. 11 zeigt, können jedoch Elektronenextraktionselektroden 16a, 16b an der Ober- und der Unterseite des Ionisierungsdrahts 15 vorgesehen sein, um die Glühelektronen auf beiden Seiten des Ionisierungs­ drahts 15 zu extrahieren und dadurch den Strom der ionisie­ renden Glühelektronen 14 zu erhöhen. In diesem Fall wird das reflektierende elektrische Feld für die nach unten extrahierten Glühelektronen 14 von der Abschirmplatte 17 erzeugt, die auf im wesentlichen das gleiche Potential wie der Ionisierungsdraht 15 eingestellt ist.

Claims (25)

1. Clusterionen-Aufdampfvorrichtung zum Aufdampfen einer Dünn­ schicht eins Aufdampfmaterials auf ein Substrat, mit einem Vakuumbehälter (1), der auf einem vorbestimmten Unterdruck ge­ halten wird, mit einer Effusionszelle als Verdampfungsquelle (3), mit Ionisierungseinrichtungen und Beschleunigungselektro­ den (19) mit strahlbegrenzenden Eigenschaften, wobei die Ioni­ sierungseinrichtungen eine senkrecht zur Mittelachse der Vor­ richtung angeordnete Glühkathode (15) zur Elektronenemission und eine Abschirmplatte (17) zum Abschirmen gegenüber der Ver­ dampfungsquelle (3) und eine Ablenkelektrode (29) umfassen, um die Elektronen auf den Clusterstrahl (27a) auszurichten, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ionisierungseinrichtung eine Glühemissionseinrichtung (13) umfaßt, die in einer zur Mittenachse orthogonalen Ebene angeordnet ist,
daß die Abschirmplatte (17) zwischen der Glühemissionseinrich­ tung (13) und der Verdampfungsquelle (3) derartig angeordnet ist, daß eine direkte Bestrahlung durch den Clusterstrahl (27) verhindert wird, und
daß eine Reflexionselektrode (29) vorgesehen und derart ange­ bracht ist, daß die aus der Glühemissionseinrichtung (13) im wesentlichen parallel zur Mittenachse austretenden Glühelek­ tronen (14) in Richtung zur Mittenachse gerichtet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühemissionseinrichtung (13) eine Durchtrittsöffnung zum Durchtritt des Clusterstrahls aufweist, die solche Größe und Form hat, daß sie in Austrittsrichtung des Cluster­ strahls (27) divergiert, so daß der Clusterstrahl sie mit einem Austrittswinkel von wenigstens 15° durchsetzt, wobei der Austrittswinkel in einer die Mittenachse des Cluster­ strahls enthaltenden Schnittebene gemessen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühemissionseinrichtung (13) eine Extrak­ tionselektrode (16) zur Beschleunigung der Elektronen aufweist, wobei der Abstand zwischen der Glühkathode (15) und der Extraktionselektrode (16) einige Milli­ meter beträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektrode (29) durch chemisches Ätzen oder funkenerosives Bearbeiten maschenförmig ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektrode (29) aus Molybdän besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektrode (29) aus Tantal besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmplatte (17) aus einem hochschmelzenden Metall besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmplatte (17) aus Keramik besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufdampfmaterial (4) Aluminium ist und die Ab­ schirmplatte (17) ultrahochdichtes Graphit aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkathode (15) und die Ablenkelektrode (29) auf ungefähr glei­ che elektrische Potentiale eingestellt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkathode (15) ein Wolframdraht ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkathode ein Wolframblech umfaßt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkathode ein Tantalblech umfaßt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkathode Lanthanhexaborid (LaB₆) umfaßt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungseinrichtung eine Steuerelektrode (30) zur Steuerung des Bereichs, in dem die Glühelektronen (14) zur Ionisierung vorhanden sind, aufweist, wobei die Steuer­ elektrode (30) lose in die Durchtrittsöffnung eingesetzt ist und die Ionisierungseinrichtung die Ionenverteilung im Cluster­ strahl (27) willkürlich steuert.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (30) Ringform hat.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (30) konisch geformt ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (30) durch chemisches Ätzen oder funkenerosives Bearbeiten maschenförmig ausgebildet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (30) Molybdän aufweist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (30) Tantal aufweist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (30) widerstandsheizbar ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung kreisrund ist, so daß der Clusterstrahl in einer in Austrittsrichtung divergierenden Konusform aus­ tritt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung vieleckig ist, so daß der Clusterstrahl in einer in Austrittsrichtung divergierenden vieleckigen Pyra­ midenform austritt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühemissionseinrichtung (13) einen Ionisierungs­ draht (15) zur Emission der Glühelektronen (14) und zwei Glühelektronen-Extraktionselektroden (16a, 16b) zum Be­ schleunigen der Glühelektronen und Bestrahlen des Cluster­ strahls (27) aufweist, wobei die Extraktionselektro­ den (16a, 16b) auf beiden Seiten des Ionisierungsdrahts (15) - in Austrittsrichtung des Clusterstrahls gesehen - angeordnet sind.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Potential der Abschirmplatte (17) unge­ fähr gleich dem elektrischen Potential der Glühkathode (15) eingestellt ist.