Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vakuumbedampfung mittels einer thermischen Dampfquelle mit geringer Temperaturbelastung des zu bedampfenden Objektes, wobei die aus der Dampfquelle emittierten Wärmestrahlen aufgrund ihrer grösseren Ausbreitungsgeschwindigkeit mittels eines rotierenden Blendensystems von den Dampfstrahlen abgetrennt werden.
In der schweizerischen Patentschrift Nr. 418 770 ist ein Verfahren beschrieben, um Aufdampfvorgänge unter herabgesetzter thermischer Belastung des zu bedampfenden Objekts vorzunehmen. Dieses Verfahren besteht darin, dass die aus einer Dampfquelle austretenden Wärmestrahlen aufgrund ihrer erheblich grösseren Ausbreitungsgeschwindigkeit mit Hilfe eines entsprechend bewegten mechanischen Blendensystems von den Dampfstrahlen getrennt werden. Eine erste darin beschriebene Vorrichtung zur Ausführung des bekannten Verfahrens besteht aus einem rotierenden Hohlzylinder, welcher an seiner Umfangsfläche Schlitze trägt und in bezug auf die Verdampfungsquelle derart angeordnet und mit einer derartigen Geschwindigkeit in Drehung versetzt wird, dass die Trennung der Wärme- von der Korpuskularstrahlung zu dem erwähnten Zweck erreicht wird.
Zwei weitere Vorrichtungen für denselben Zweck sehen darin ein System rotierender Scheiben bzw. oszillierender Blendenschieber vor.
Aus der schweizerischen Patentschrift Nr. 508 738 ist eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des in der schweizerischen Patentschrift Nr. 418 770 beschriebenen Verfahrens bekannt, bei der die Schlitze des Blendensystems in Richtung der Drehachse dieses Systems aufeinanderfolgen und das Blendensystem aus einer Mehrzahl von Dampfdurchtrittskanälen besteht, welche wie die Mantellinien eines Zylinders um eine gemeinsame Achse herum angeordnet sind. Diese gemeinsame Achse ist gegenüber dem Dampfstrahl um einen solchen Winkel geneigt, dass in Richtung der Dampfstrahlen die optische Durchsicht versperrt ist. In dieser schweizerischen Patentschrift Nr. 508 738 wird unter anderem angegeben, dass die Vorrichtung der schweizerischen Patentschrift Nr. 418 770 den Nachteil einer sehr hohen Drehzahl in der Grössenordnung von 50 000 ulmin. aufweist, was wegen des Vakuums Probleme hervorruft.
Dabei wird jedoch übersehen, dass die erforderliche Drehzahl in weiten Grenzen lediglich eine Funktion der Grösse der zu bedampfenden Fläche ist und dass somit dasjenige, was über den Nachteil hoher Drehzahlen gesagt wird, zwangsläufig für jede derartige Einrichtung, also auch für jene gemäss der schweizerischen Patentschrift Nr. 508 738 gelten muss.
Bei der Erstellung von Einrichtungen der eingangs genannten Art ist neben anderen Gesichtspunkten auch zu berücksichtigen, dass in der Regel das zu bedampfende Substrat sich senkrecht über der Verdampfungsquelle befindet und dass in kleinen Anlagen, wie sie besonders in der Elektronenmikroskopie üblicherweise verwendet werden, nur ein beschränkter Raum für den Einbau einer derartigen zusätzlichen Einrichtung zur Verfügung steht.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, jedoch mit geringerem Raumbedarf, der nicht nur den Einbau in üblicherweise verwendeten Präparationsanlagen ermöglicht, sondern es auch möglich macht, die Verdampfungsquellen näher an das Substrat heranzubringen, wie dies gleichfalls häufig erforderlich ist. Die letztgenannte Forderung bedingt aber auch, dass die Bauhöhe des rotierenden Zylinders möglichst klein gehalten werden muss. Dies aber bedingt wiederum eine stärkere Neigung der rotierenden Blenden zur Rotationsachse. Dieser grosse Winkel ist aber dann durch Schrägstellung der Achse bei achsparallelen Schlitzen nicht mehr realisierbar.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- und Auslasschlitze des Blendensystems durch mit der Rotationsachse des Blendensystems gleichachsige Schraubflächen begrenzt sind und dass die optische Durchsicht in Richtung der Dampfstrahlen versperrt ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung besitzt den Vorteil. dass sie Aufdampfvorgänge im Hochvakuum unter herabgesetzter thermischer Belastung des Substrates ermöglicht, wobei sie aufgrund der besonderen Konstruktion ihres Blendensystems eine sehr geringe Bauhöhe besitzt und sonst auch in übliche Präparationsanlagen unmittelbar einbaubar ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung mit Rezipient 6, Aufdampfquelle 1, feststehenden Blenden 2, 4, rotierenden Blenden 3, 8, Motor 7 und Auffänger 5; und
Fig. 2 das rotierende und das feste Blendensystem im Grund- und Aufriss.
Die Vorrichtung ist an ein Pumpsystem angeschlossen und befindet sich auf Hochvakuum. Der aus der Dampfquelle 1 emittierte Dampfstrahl 9 wird durch die Blenden 2. 4 auf den erforderlichen Querschnitt (Grösse des Auffängers 5) abgeblendet (Fig. 1). Zwischen den beiden Blenden rotiert ein Zylinder 3 mit Lamellen 8 am Umfang, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Geometrie dieser Lamellen 8 und ihre Anordnung sind derart, dass im Bereich des ausgeblendeten Dampfstrahles 9 keine direkte Sicht zwischen Dampfquelle 1 und Auffänger 5 besteht. Die am Umfang des Zylinders 3 angeordneten Lamellen 8 haben Schraubflächen mit dem Neigungswinkel a gegen die Schraubachse und bilden somit schraubenlinienförmig verlaufende Kanäle, die dem Dampfstrahl 9. aber nicht den Wärmestrahlen den Durchtritt ermöglichen.
Die Umfangsgeschwindigkeit v der Lamellen 8 wird durch den Winkel a sowie die mittlere Dampfstrahlgeschwindigkeit Tt bestimmt. Der Winkel a wiederum ist eine Funktion der Grössen B, b, s. d, h und der Bedingung der optischen Undurchlässigkeit. Es bedeuten: v = Umfangsgeschwindigkeit der Lamellen 8 c = Mittlere Dampfstrahlgeschwindigkeit
D = Zylinder-Durchmesser n = Drehzahl des Zylinders 3 a = Neigungswinkel der Lamellen 8 gegen die Schrauben achse s = Abstand der Lamellen 8 voneinander (Teilung) b = Breite der Blende 2,4 an der Dampfquelle 1
B = Breite der Blende beim Auffänger 5 d = Wanddicke der Lamellen 8 h = Höhe des Zylinders 3
S = Tiefe der Lamellen 8
Für den durchtretenden Dampfstrahl muss tga= v 1.
c sein; daraus ergibt sich die erforderliche Umfangsgeschwindigkeit der Lamellen 8 zu v =?tga 2.
Die Drehzahl des Zylinders 3 ist dann
60 v n= ¯. 3.
jE D Nimmt man für einen konkreten Fall
D = 0,2 m und a = 150 an. so ergibt sich aus den Gleichungen 2 und 3:
60 ctga =25c.
0=- sr D
Die interessierenden Dampfstrahlen haben Geschwindigkeiten zwischen 100 m/s und 1000 m/s; es ergeben sich also Drehzahlen zwischen 2500 und 25 000 u/min. Diese Werte sind nach dem Stand der Technik auch im Hochvakuum leicht zu realisieren.