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Dokumentenidentifikation DE69810704T2 16.10.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0887435
Titel Rotierende freistehende Verdampfungsquelle
Anmelder The Boc Group, Inc., Murray Hill, N.J., US
Erfinder Hill, Russel J., El Cerrito, California 94530, US;
Smith, P.A. Joel, San Pablo, California 94806, US;
Chang, Ping, Danville, California 94506, US
Vertreter Fleuchaus & Gallo, 86152 Augsburg
DE-Aktenzeichen 69810704
Vertragsstaaten BE, CH, DE, FR, GB, IT, LI, LU, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 19.06.1998
EP-Aktenzeichen 983048612
EP-Offenlegungsdatum 30.12.1998
EP date of grant 15.01.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.10.2003
IPC-Hauptklasse C23C 14/30
IPC-Nebenklasse C23C 14/24   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung bezieht sich auf Elektronenstrahl-Verdampfungssysteme, insbesondere Elektronenstrahl-Verdampfungssysteme zur Verwendung mit Stabmaterialien, die sublimieren, wenn sie mit einem Elektronenstrahl bei niedrigen Drücken erhitzt werden.

Elektronenstrahl-Verdampfungssysteme leiten einen Elektronenstrahl zu einem Barrenmaterial, um dieses Material zu verdampfen und ein Substrat zu beschichten. Eine Diskussion der Elektronenstahltechnologie findet sich in dem Buch "Physical Vapor Deposition" von R. Hill, 1986, zweite Auflage, Seiten 17 bis 106. Fig. 1 zeigt ein Diagramm, das ein Elektronenstrahl-Verdampfungssystem nach dem Stand der Technik auf Seite 64 dieses Buches darstellt. Das System 10 weist eine Elektronenstrahlquelle 12, das einen Elektronenstrahl 14 liefert, der ein in einem Tiegel 16 befindliches Barrenmaterial berührt. Das verdampfte Barrenmaterial wird auf einem Substrat 18 in einer Prozesskammer 20 abgelagert.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm eines Systems nach dem Stand der Technik, das von Seite 39 des Buches übernommen ist und ein Speisematerial 24 benutzt, das mit einem Wasser gekühlten Tiegel 26 in Berührung steht. Wenn das Material aus dem Speisevorrat verdampft, kann der Speisevorrat selbst nach oben geschoben werden, um eine kontinuierliche Zufuhr des Speisematerials zu ergeben. In diesem Diagramm ist das Speisematerial kein sublimierendes Material, so daß ein flüssiger Materialvorrat 24a gebildet wird. Die Elektronenstrahlquelle 28 umfaßt einen Katodenblock 28a, einen Faden 28b, und Anoden 28c. Permanentmagnete bewirken die Ablenkung des Elektronenstrahl 30 um 270º so daß der Elektronenstrahl 30 das Material auf dem Stab 24 berührt.

Es ist auch möglich, sublimierende Materialien zu verwenden, die keinen flüssigen Materialvorrat 24a bilden. Sublimierende Materialen haben das Problem, daß, weil kein flüssiger Materialvorrat gebildet wird, heiße Flecken auf der Barrenoberfläche auftreten können. Der Elektronenstrahl kann an dem heißen Fleck ein Loch in das Barrenmaterial bohren, so daß die Erosion von der Barrenoberfläche nicht gleichmäßig ist. Dies kann es erforderlich machen, den Barren zu ersetzen, wenn nur ein kleiner Prozentsatz des Barrens verbraucht worden ist. Um einige dieser Probleme zu vermeiden, werden Bestreichungsmechanismen eingesetzt. Eine Bauart eines Bestreichungsmechanismus wird X-Y-Bestreicher genannt, weil es die Längs- und Querpositionierung des Strahls mit einer variablen Amplitude und Frequenz für jede Achse verändert. Dies ermöglicht, daß der Elektronenstrahlfleck gleichmäßiger über einen breiten Bereich von Quellengrößen streicht. Der X-Y-Bestreicher wird in Verwendung mit einer kontinuierlichen Stabdrehung und kontinuierlichem Stabvorschub verwendet. Ein "Temescal"-Model SRIHS-270-2 einer Stabvorschub-Elektronenstrahlkanone verwendet einen solchen Stabvorschub- und -Drehmechanismus sowie einen X-Y-Bestreichermechanismus.

Die GB-A-1 151 818 beschreibt eine Einrichtung, die einen Elektronenstrahl mit einem so einstellbaren Fokus erzeugt, daß sein Durchmesser gleich dem Radius des verdampften Körpers ist und vom Zentrum der Stirnfläche zur Kante dieser Fläche reicht. Der Körper ist drehbar.

Ein Nachteil von drehenden Stabvorschubsystemen nach dem Stand der Technik liegt darin, daß es schwierig ist, eine gleichförmige Leistungsdichte und folglich Verdampfungsrate von der Stabspitze aufrecht zu erhalten.

Die Erfindung befasst sich mit einem verbesserten Elektronenstrahl-Verdampfungssystem, das solche Nachteile im allgemeinen überwinden kann.

Die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind im Anspruch 1 angegeben. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.

Die Erfindung sieht grundsätzlich die Verwendung eines Blockstabs in freistehender Position vor, so daß der Blockstab den Tiegel nahe der Stabspitze nicht berührt. Vorzugsweise berührt der Blockstab den kühlenden Tiegel überhaupt nicht. Es hat sich gezeigt, daß das Nichtberühren des Tiegels Vorteile hat, wenn das Blockstabmaterial sublimiert. Das Vorsehen des Stabs in der freistehenden Position ermöglicht grundsätzlich den Betrieb des Elektronenstrahl-Verdampfungssystems in einer nicht fokussierten Position.

Gemäß der Erfindung ist ein Elektronenstrahlverdampfersystem vorgesehen, das eine Blockstange, die ein unteres Ende, ein spitzen Ende und eine Seite aufweist, eine Elektronenstrahlverdampferquelle zum Verdampfen der Blockstange, und ein Drehmechanismus aufweist, der mit dem unteren Ende der Blockstange verbunden ist und dafür ausgelegt ist, die Blockstange zu drehen, während die Elektronenstrahlverdampferquelle auf die Spitze der Blockstange wirkt, wobei die Blockstange freistehend ist, so daß die Blockstange einen Kühltiegel an der Seite der Blockstange nahe der Spitze der Blockstange nicht berührt.

Der Elektronenstrahl aus der Elektronenstrahlquelle wird durch die magnetische Ablenkung um 270º grob fokussiert. Typischerweise sind Systeme nach dem Stand der Technik so eingestellt, daß der Brennpunkt des Elektronenstrahls sich nahe der Stangenspitze befindet. Dies erlaubt eine verhältnismäßig hohe Energiedichte. Wenn die Blockstange sich in freistehender Position befindet, kann die Blockstange so positioniert werden, daß der Brennpunkt des Elektronenstrahls unterhalb der Spitze der Blockstange liegen würde.

Bei herkömmlichen Systemen muß der Elektronenstrahl mindestens einigermaßen fokussiert sein, weil die Spitze der Blockstange sich nahe dem Tiegel befindet, damit die Ränder der Blockstangenspitze bestrichen werden können, ohne daß der Tiegel vom Elektronenstrahl getroffen wird. Da die Spitze bei der Erfindung freistehend ist, kann ein nicht fokussierter Strahl etwas über den Rand der Blockstangenspitze streichen. Die nicht fokussierte Position hat den Vorteil, eine gleichmäßigere Anwendung der Elektronenstrahlenergie zu ermöglichen, und kann dazu beitragen, heiße Flecken zu vermeiden. Die Möglichkeit, die Elektronenstrahlenergie auch über den Rand der Spitze der Stange zu bewegen, ist ein weiterer Vorteil, den die freistehende Position der Blockstange ermöglicht. Dies geschieht auch, und da die Blockstange freistehend ist, berührt der Elektronenstrahl den Tiegel nicht.

Die nicht fokussierte Position der Blockstange, die bei der Erfindung zugelassen wird, hilft sicherstellen, daß der Elektronenstrahl, wenn er über den Rand streicht, den Tiegel nicht berührt. Dies hat seinen Grund darin, daß der Elektronenstrahl sich auf einem Punkt innerhalb der Stange unterhalb der Spitze der Blockstange fokussiert. Folglich verfehlt nichts von der Elektronenstrahlenergie die Stange und trifft auf den Tiegel auf.

Da die Elektronenstrahlenergie über den Rand der Blockstange streichen kann, kann die Leistungsdichte an den Rändern gesteigert werden. Dies ist ein Vorteil, weil ein radiales Bestreichen der Blockspitze dann vorgenommen werden kann. Ein Streichen des Elektronenstrahls entlang des Radius der Spitze der Blockstange hat den Vorteil, daß es den Bestreichungsbereich reduziert. Ein möglicher Nachteil des Bestreichens entlang des Radius liegt darin, daß die Leistungsdichte nahe der Ränder verhältnismäßig niedrig sein kann.

Dies kann bewirken, dass mehr Material aus der Mitte als an den Rändern der Spitze verdampft wird, so daß am Rand der Spitze ein Vorsprung entstehen kann.

Durch Streichen über den Rand der Stangenspitze kann zusätzliches Material vom Randbereich verdampft werden, wodurch sich ein relativ ebenes Verdampfungsmuster ergibt.

Es ist wichtig, ein relativ ebenes Verdampfungsmuster zu haben, da dies eine gute Ausnutzung der Blockstange ermöglicht. Wenn der Elektronenstrahl sich an einer Stelle einbohrt, kann der Elektronenstrahl das Schiebematerial berühren, und die Blockstange muß dann ersetzt werden. Blockstangen sind verhältnismäßig teuer, beispielsweise kosten Chromstangen gegenwärtig etwa 500 US$. Es ist daher wichtig, jede Blockstange so gut wie möglich auszunutzen.

Das Konzept nach der Erfindung umfasst weiter den Betrieb der Einrichtung in nicht fokussierter Position, das Streichen der Elektronenstrahlenergie über den Rand der Spitze der Blockstange, und das Streichen der Elektronenstrahlenergie im wesentlichen längs eines Radius der Blockstange.

Für ein besseres Verständnis der Erfindung wird nun lediglich beispielshalber Bezug auf die anliegenden Zeichnungen genommen, in denen zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm eines Elektronenstrahlverdampfersystems nach dem Stand der Technik in einer Vakuumprozesskammer, wie oben erörtert,

Fig. 2 ein Diagramm eines Elektronenstrahlverdampfersystems nach dem Stand der Technik, wiederum wie oben erörtert,

Fig. 3 ein Diagramm eines Elektronenstrahlverdampfersystems nach der Erfindung, wobei zwei Elektronenstrahl-Abtastpositionen dargestellt sind,

Fig. 4 ein Diagramm der Spitze der Blockstange, wobei die Blockstangendrehung und ein illustratives Bestreichungsmuster dargestellt sind,

Fig. 5 ein Diagramm, das das Verschleißmuster eines Chrombarrens nach dem Stand der Technik darstellt,

Fig. 6A ein Diagramm, das den Verschleiß einer Chromstange bei dem Elektronenstrahlverdampfersystem nach der Erfindung zeigt,

Fig. 6B ein Diagramm, das eine unverbrauchte Chromstange zur Verwendung mit dem Elektronenstrahlverdampfersystem nach der Erfindung zeigt,

Fig. 7 ein Diagramm, das einige der Teile des Elektronenstrahlverdampfersystems nach der Erfindung zeigt,

Fig. 8A einen Querschnitt durch einen Tiegel zur Verwendung bei dem Elektronenstrahlverdampfersystem nach der Erfindung,

Fig. 8B eine Draufsicht des Tiegels nach Fig. 8A,

Fig. 9 ein Diagramm, das einige der Elemente des Elektronenstrahlverdampfersystems nach der Erfindung zeigt.

In den Zeichnungen zeigt Fig. 3 ein Diagramm des Elektronenstrahlverdampfersystems 30 nach der Erfindung, wobei ein Elektronenstrahl 32 in zwei Elektronenstrahlbestreichungspositionen 32 und 32' dargestellt ist. Das System 30 zeigt eine Stange 34 mit einem spitzen Teil 34a, einem Seitenteil 34b, und einem unteren Teil 34c. Der untere Teil der Stange 34 ist in einem Drehmechanismus 36 positioniert und außerdem mit einem Vorschubmechanismus (nicht dargestellt) verbunden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stangenmaterial ein sublimierendes Material. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist diese Stange aus Chrom hergestellt. Andere sublimierende Materialien wie beispielsweise Siliziumdioxid, Titandioxid, yttriumoxidstabilisiertes Zirkoniumoxid, HfO&sub2;, und Nd&sub2;O&sub3; können ebenfalls bei der Erfindung eingesetzt werden.

Wie dargestellt, ist die Stange 34 freistehend, was bedeutet, daß die Seite der Stange nahe der Spitze den Tiegel 38 nicht berührt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform berührt die gesamte Stange den Kühltiegel 38 nicht. Es widerspricht herkömmlicher Überzeugung, daß die Stange den Kühltiegel nicht berührt.

Wie unten beschrieben, ergibt die freistehende Stange eine Anzahl von Vorteilen. Die Elektronenstrahlquelle 40 ist vorzugsweise von der Art, die eine Ablenkung von 270º erzeugt, die von Permanentmagneten (nicht dargestellt) hervorgerufen wird, und eine X-Y- Abtastablenkung ermöglicht, die durch einen elektrischen Strom erzeugt wird, der durch eine Ablenkspule (nicht dargestellt) geleitet wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Elektronenstahlemitter ein "Temescal"-Hochleistungsemitter des Typs SFIH-270-2, der von BOC Coating Technology in Fairfield, Kalifornien, erhältlich ist.

Der Elektronenstrahl 32 ist in zwei Positionen 32 und 32' dargestellt. In der Position 32' streicht der Elektronenstrahl über den Rand der Blockspitze zur Blockstangenseite. Dies ermöglicht die Verdampfung von Material von der Seite der Stange. Wenn die Seite der Stange nahe der Spitze in Berührung mit dem Tiegel stände, könnte der Elektronenstrahl den Seitenrand der Blockstange nicht überstreichen und würde dann stattdessen auf den Tiegel auftreffen.

Die freistehende Blockstange 34 ermöglicht, daß das System in nicht fokussierter Position eingesetzt werden kann, was sicherstellen hilft, daß der Elektronenstrahl über die Seite der Stange streichen kann, ohne jedoch auf den Tiegel aufzutreffen. Des weiteren ermöglicht die nicht fokussierte Position ein gleichförmigeres Bestreichen der Blockstange. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spitze der Blockstange 34 oberhalb des Brennpunkts des Elektronenstrahls 32 positioniert. Die Spitze der Blockstange 34 liegt vorzugsweise etwa 1,5 Zoll höher, als dies nach vorheriger Praxis der Fall war. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, hätte der Elektronenstrahl 32 einen Brennpunkt im Punkt A, während der Elektronenstrahl 32' einen Brennpunkt im Punkt B hätte.

Die Bedeutung des Überstreichens der Seiten der Blockstange mit dem Elektronenstrahl sieht man am besten in Fig. 4, welche eine Blockstangenspitze 50 zeigt. Die Blockstangenspitze 50 wird gedreht, wie durch den Pfeil 52 gezeigt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform streicht der Elektronenstrahl im wesentlichen über den Radius 50a der Spitze 50. Ein Streichen über den Radius der Spitze läßt sich leichter steuern, als eine volle Bestreichung der gesamten Spitze der Blockstange. Es muß nur ein kleinerer Bereich bestrichen werden, so daß die Leistungsdichte relativ gleichförmig gehalten werden kann. Wenn jedoch die zugeführte Elektronenstrahlleistung entlang des linearen Radius 50a vollständig gleichförmig wäre, wäre die Leistungsdichte am Rand 50b der Spitze 50 kleiner als die Leistungsdichte im Zentrum 50c der Spitze 50. Dies würde dazu führen, daß sich um den Rand 50b ein Vorsprung bildet, weil das Material am Rand 50b nicht so schnell verdampft wie das Material im Zentrum 50c. Durch Streichen über den Rand, wie bei dem Bestreichungsmuster 54 gezeigt ist, wird das Material am Rand 50b schneller verdampft und es wird ein gleichmäßigeres Verdampfungsbild an der Spitze 50 erzeugt.

Der Betrieb in der nichtfokussierten Position kann helfen, die Leistungsdichte im Zentrum zu verringern, und dadurch ein gleichmäßigeres Erosionsmuster zu erzeugen. Das Bestreichungsmuster 54 kann so eingestellt werden, daß nur ein Teil des Elektronenstrahls das Zentrum 50c der Spitze 50 bestreicht. Dies kann dazu beitragen, die im Zentrum 50c verdampfte Menge im Vergleich zum Rand 50b zu reduzieren.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung können eine Chromverdampfungsrate von 30 Angström pro Sekunde 58 Zoll oberhalb der Quelle bei 3 Kilowatt Leistung erzeugen. Dies ist viel besser als die unten beschriebene Auftragsrate nach dem Stand der Technik. Bei bevorzugten Ausführungsfirmen wird die zugeführte Leistung des Elektronenstahls auf etwa 2 bis 3 Kilowatt eingestellt. Bei der Erfindung kann, da die Spitze der Stange gleichmäßig erodiert wird, fast die gesamte Chromstange ausgenutzt werden. Andere sublimierende Materialien verdampfen ebenfalls gleichmäßiger mit dem Elektronenstrahlverdampfersystem nach der Erfindung.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das das Verschleißmuster eines Chrombarrens verdeutlicht, wie er bei einem herkömmlichen Elektronenstrahlverdampfersystem eingesetzt wird. Der Barren 60 ist aus einem Chrommaterial hergestellt. Wie oben erörtert, sublimiert das Chrom, wenn es durch den Elektronenstrahl erhitzt wird. Da die Elektronenstrahlverdampfung in einem Hochvakuum ausgeführt wird, erreicht das Chrom den geschmolzenen Zustand nicht, und die Erosion ist sehr lokalisiert. Um eine zu lokalisierte Verdampfung zu verhindern, muß der Elektronenstrahl mit hoher Frequenz und großer Amplitude bewegt werden, um die gesamte Chromoberfläche zu überstreichen. Die Chromverdampfungsrate aus einer Tiegelquelle von 67 Kubikzentimeter hat sich mit 3 bis 4 Angström pro Sekunde 42 Zoll über der Quelle bei 5,5 Kilowatt erwiesen. Da der Elektronenstrahl über fast 4 Quadratzoll im Falle eines 67-Kubikzentimeter-Blocks bewegt werden muß, variiert die Leistungsdichte des Elektronenstrahls unvermeidlich über einen so großen Fläche, und die Verdampfungsrate ist von Punkt zu Punkt unterschiedlich. Gelegentlich ist die Verdampfung an einem gewissen Punkt stärker, und der Elektronenstrahl gräbt sich in das Chrom. Eine Plasmafokussierung lokalisiert die Verdampfung immer mehr. Dies ist durch den Bereich 60a des Blocks 60 dargestellt. Die Verdampfungsrate nimmt ab, weil ein kleinerer Bereich verdampft wird, und die Chromstange muß bald ersetzt werden. Bei der in Fig. 5 benutzten Blockquelle ohne Stabvorschub werden nur etwa 15% des ursprünglichen Volumens verbraucht, bevor der Rest der Blockstange weggeworfen werden muß.

Fig. 6A zeigt ein Diagramm, das den Verschleiß einer Chromstange darstellt, die bei einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Zu beachten ist, daß die Stange 70 an der Spitze 70a im wesentlichen flach ist, aber ein paar kleine Erhebungen an der Spitze hat. Diese flache Form bleibt nach dem Verdampfen der Chromstange um eine Distanz d. Man beachte, daß im wesentlichen die gesamte Chromstange 70 verwendet werden kann. Man beachte auch, daß an der Stelle 70b das Verdampfungssystem nach der Erfindung auch die Seiten der Blockstange 70 abträgt, um dazu beizutragen, eine relativ gleichförmige Verdampfung von der Spitze 70ä zu erhalten.

Fig. 6B zeigt eine unverbrauchte Chromstange 72 zur Verwendung mit dem Elektronenstrahlverdampfersystem nach der Erfindung. Man beachte, daß bei einer bevorzugten Ausführungsform die Chromstange 72 einen Durchmesser von etwa 1,25 Zoll hat.

Fig. 7 zeigt einige der in einer bevorzugten Ausführungsform des Elektronenstrahlverdampfersystems nach der Erfindung verwendeten Teile; der Tiegel und die Elektronenstrahlquelle sind in dieser Figur nicht dargestellt. Ein mit einer Motorhalterung 82 verbundener Motor 80 treibt ein Getriebe 84 an, um die Drehung der sechseckigen Antriebsstange 86 zu bewirken. Diese Drehung wird von der sechseckigen Hülse 88 auf die Klammern 90 und folglich auf die Blockstange übertragen. Der Motor 80 steuert die Geschwindigkeit der Drehung der Stange (nicht dargestellt), die in einer Klammer 90 eingespannt ist. Die Drehung wird auf die sechseckige Antriebsstange 86 übertragen, unabhängig von der Vertikalposition der sechseckigen Hülse 88, weil die sechseckige Hülse 88 in der sechseckigen Antriebswelle 86 verschiebbar sitzt. Ein Motor 92 steuert die Vertikalposition der Einheit 94 einschließlich der Stangenklammer 90. Auf diese Weise kann die Stange nach oben zum Tiegel (nicht dargestellt) vorgeschoben und unter Verwendung des Motors 92 positioniert sowie unter Verwendung des Motors 86 gedreht werden. Die Drehzahl und der Stangenvorschub werden durch die zu den Motoren 80 und 92 zugeführte Leistung gesteuert. Der Tiegel (in Fig. 7 nicht gezeigt) ist an einer Stelle 96 angeschlossen. Der Tiegel selbst ist in den Fig. 8a und 8b unten gezeigt. Zusätzliche in Fig. 9 gezeigte Elemente sind auf der Antriebsockeloberseite 98 platziert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Motor 80 ein "Globe Motor" Teil Nr. M319M118, erhältlich von Globe Motor von Dayton, Ohio. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Stange mit etwa 30 Umdrehungen pro Minute (UPM) während des Verdampfungsprozesses gedreht. Es können auch andere Drehzahlen benutzt werden.

Fig. 8 zeigt eine Querschnittszeichnung, welche einen Tiegel 100 zur Verwendung mit der Erfindung darstellt. Der Tiegel hat eine Öffnung 100a, durch welche die Stange zugeführt wird. Zu beachten ist, daß bei einer bevorzugten Ausführungsform der Tiegel sich nach außen im Bereich 100b in eine V-Form erweitert. Wie in Fig. 8B gezeigt ist, wird der Tiegel 100 durch Rohre 102 und 104 wassergekühlt. Wie oben bei der bevorzugten Ausführungsform erörtert, berührt die in dem Tiegel platzierte Stange den Tiegel nicht, so daß der Durchmesser der Bohrung 100a größer als die Blockstange ist. Die Blockstange hat bei einer bevorzugten Ausführungsform etwa 1,25 Zoll Durchmesser.

Fig. 9 zeigt ein Diagramm, das zusätzliche Elemente einer Ausführungsform des Elektronenstahlverdampfersystems nach der Erfindung zeigt. Die in Fig. 9 gezeigten Elemente sind auf der Antriebsockeloberseite 98 nach Fig. 7 platziert. Die Elektronenstrahlkanone 100 ist vorzugsweise ein "Temescal"-Hochleistungsemitter SFIH-270-2. Der Hochspannungsfadenleiter 112 ist mit dem Emitter der Elektronenkanone 110 verbunden. Ein Tiegel 114 weist eine Durchgangsbohrung 114a für eine darin vorzuschiebende Stange 116 auf.

Die Elektronenstrahlkanone 110 hat eine ihr zugeordnete Ablenkspule 118, welche die X- und Y-Positionierung der Elektronenstrahlbestreichung auf der Stange 116 ermöglicht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die longitudinale Streichbewegung durch ein Signal mit einer Amplitude von 0,5 bis 0,7 Ampere mit einer Streichfrequenz von 4 Hertz angetrieben, während das laterale Bestreichen eine Streichfrequenz von 4 Hertz über eine Amplitude von -0,2 bis + 0,1 Ampere hat.

Das Elektronenstrahlverdampfersystem nach der Erfindung kann in Verbindung mit einer Überwachungseinrichtung eingesetzt werden. Ein herkömmliches Monitorgerät kann eingesetzt werden, wenn der Monitor an etwa der gleichen Stelle wie der Substrat positioniert ist, um eine Anzeige der Menge des erzeugten Auftragsmaterials zu ergeben. Auf diese Weise kann eine Regelkreissteuerung der Verdampfungsrate durch Rückführen des Detektorsignals zur Steuerung eines Systemparameters, vorzugsweise der Energiezufuhr zur Elektronenstrahlkanone, zur Aufrechterhaltung einer konstanten Auftragsrate erfolgen. Bei einer Ausführungsform ist der Detektor ein Oberflächenwellen-Kristalldetektor, dessen Frequenz sich mit der Zugabe von aufgetragenem Material verändert.

Zusätzlich, wie in Fig. 9 gezeigt ist, kann ein erfindungsgemäßer Badhöhenmonitor in Verbindung mit der Erfindung eingesetzt werden. Der Badhöhenmonitor ist in unserer parallelen Patentanmeldung gleichen Datums und mit gleichem Titel beschrieben (Erfinder P. A. Joel Smith und Ping Chang), deren Inhalt hier durch Bezugnahme einbezogen wird. Kurz gesagt, wie in Fig. 9 gezeigt ist, umfasst der Badhöhenmonitor 120 eine Kristallhalter 122, eine Blende 124, ein Blendenbetätigungsorgan 126, und ein Kollimationsrohr 128. Diese Elemente sind auf einem Winkel 130 montiert. Der Detektor zeigt auf eine Position etwa in Höhe mit der Tiegeloberfläche, so daß der Detektor feststellt, wenn die Stange geringfügig oberhalb der Tiegeloberfläche positioniert ist. Wenn dies auftritt, bewegt sich etwas von dem verdampften Material in einer geraden Linie durch das Kollimationsrohr 128 zum Detektor 122. Wenn ein Signal erfasst wird, weiß das System, daß die Spitze der Stange 116 geringfügig oberhalb der Oberfläche des Tiegels 114 positioniert ist. Auf diese Weise kann die Stange 116 positioniert werden, bevor ein Substrat beschichtet wird. Es sind keine Fenster erforderlich, die beschichtet werden können, und keine Spülgase. Die Blende 124 kann schließen, sobald die Position der Stange 116 bestimmt worden ist. Auf diese Weise kann eine übermäßige Beschichtung des Kristalls im Detektor 122 verhindert werden.

Ebenfalls dargestellt in Fig. 9 sind die Kühlmittel- und elektrischen Leitungen 132 und die Abschirmung 134.


Anspruch[de]

1. Elektronenstrahlverdampfersystem mit:

einer Blockstange (34), wobei die Blockstange (35, 50) ein unteres Ende (34c) ein Spitzenende (34a, 50) und eine Seite (34b) aufweist,

einer Elektronenstrahlverdampferquelle (40) zum Verdampfen der Blockstange (34),

einem Drehmechanismus (36), der mit dem unteren Ende (34c) der Blockstange (34) verbunden ist und dafür ausgelegt ist, die Blockstange (34) zu drehen, während die Elektronenstrahlverdampferquelle (40) auf die Spitze (34a, 50) der Blockstange (34) wirkt, wobei die Blockstange (34) freistehend ist, so daß die Blockstange (34) einen Kühltiegel (38, 100) an der Seite (34b) der Blockstange (34) nahe der Spitze (34) der Blockstange nicht berührt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlverdampferquelle (40) dafür ausgelegt ist, einen Elektronenstrahl im wesentlichen längs eines Radius (50a) der Spitze (50, 34a) der Blockstange streichen zu lassen, wobei das Bestreichen über eine Kante (50b) der Spitze hinausreicht, um Material von der Seite (34b) der Blockstange zu verdampfen.

2. Elektronenstrahlverdampfersystem nach Anspruch 1, wobei die Elektronenstrahlverdampferquelle (40) einen Brennpunkt für den Elektronenstrahl definiert und wobei die Spitze (34a, 50) der Blockstange oberhalb des Brennpunkts positioniert ist.

3. Elektronenstrahlverdampfersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Blockstange (34) ein Material enthält, das bei Erhitzung durch einen Elektronenstrahl in einer Niederdruckumgebung sublimiert.

4. Elektronenstrahlverdampfersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Blockstange (34) einen zylindrischen Teil aufweist, der eine zentrale Längsachse definiert, und wobei die Drehmittel (36) die Blockstange um diese zentrale Längsachse drehen.

5. Elektronenstrahlverdampfersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektronenstrahlverdampferquelle (40) eine Elektronenstrahlkanone (40, 110) aufweist, um einen Elektronenstrahl zu erzeugen, und einen Magneten zum Ablenken des Elektronenstrahls durch einen Bogen von etwa 270º aufweist.

6. Elektronenstrahlverdampfersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektronenstrahlverdampferquelle (40) weiter Magnetspulen (118) aufweist, die den Elektronenstrahl zur Bildung eines Streichmusters über die Blockstange ablenken können.

7. Elektronenstrahlverdampfersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Drehmechanismus (36) einen Motor (92) aufweist.

8. Elektronenstrahlverdampfersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiter einen Stabzuführmechanismus (80 bis 88) aufweist.







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