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.
The invention relates to a device for vacuum evaporation by means of a thermal steam source with a low temperature load on the object to be steamed, the heat rays emitted from the steam source being separated from the steam jets by means of a rotating shutter system due to their greater speed of propagation.
In the Swiss patent specification No. 418 770 a method is described for performing vapor deposition processes with reduced thermal load on the object to be vaporized. This method consists in separating the heat rays emerging from a steam source from the steam jets with the aid of a correspondingly moved mechanical shutter system due to their considerably greater speed of propagation. A first device described therein for performing the known method consists of a rotating hollow cylinder which has slots on its circumferential surface and is arranged in relation to the evaporation source and rotated at such a speed that the separation of the heat from the corpuscular radiation is closed the stated purpose is achieved.
Two further devices for the same purpose provide a system of rotating disks or oscillating shutter slides.
From the Swiss patent specification No. 508 738 a further device for performing the method described in the Swiss patent specification No. 418 770 is known, in which the slots of the diaphragm system follow one another in the direction of the axis of rotation of this system and the diaphragm system consists of a plurality of steam passage channels, which are arranged around a common axis like the surface lines of a cylinder. This common axis is inclined with respect to the steam jet at such an angle that the optical view is blocked in the direction of the steam jet. In this Swiss patent specification No. 508 738 it is stated, inter alia, that the device of the Swiss patent specification No. 418 770 has the disadvantage of a very high speed of the order of 50,000 ulmin. which causes problems because of the vacuum.
However, it is overlooked that the required speed is, within wide limits, only a function of the size of the area to be steamed and that what is said about the disadvantage of high speeds is inevitable for every such device, i.e. also for those according to the Swiss patent No. 508 738 must apply.
When creating devices of the type mentioned at the beginning, it must be taken into account, in addition to other aspects, that the substrate to be vaporized is usually located vertically above the vaporization source and that in small systems, such as those usually used in electron microscopy, only a limited one Space for the installation of such an additional device is available.
The object of the invention is to create a device of the type mentioned above, but with less space requirements, which not only enables installation in commonly used preparation systems, but also makes it possible to bring the evaporation sources closer to the substrate, as is also often necessary. However, the latter requirement also means that the overall height of the rotating cylinder must be kept as small as possible. However, this in turn requires a greater inclination of the rotating diaphragms relative to the axis of rotation. However, this large angle can no longer be achieved by inclining the axis with axially parallel slots.
The device according to the invention is characterized in that the inlet and outlet slots of the diaphragm system are delimited by screw surfaces coaxial with the axis of rotation of the diaphragm system and that the optical view in the direction of the steam jets is blocked.
The device according to the invention has the advantage. that it enables vapor deposition processes in a high vacuum with reduced thermal load on the substrate, whereby it has a very low overall height due to the special construction of its diaphragm system and can otherwise also be directly installed in conventional preparation systems.
An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
1 schematically shows a device with recipient 6, vapor deposition source 1, fixed diaphragms 2, 4, rotating diaphragms 3, 8, motor 7 and collector 5; and
Fig. 2 the rotating and the fixed panel system in plan and elevation.
The device is connected to a pumping system and is under high vacuum. The steam jet 9 emitted from the steam source 1 is masked by the diaphragms 2.4 to the required cross section (size of the collector 5) (FIG. 1). A cylinder 3 with lamellae 8 on the circumference rotates between the two diaphragms, as shown in FIG. The geometry of these lamellas 8 and their arrangement are such that there is no direct view between the steam source 1 and the collector 5 in the area of the masked steam jet 9. The lamellae 8 arranged on the circumference of the cylinder 3 have screw surfaces with an angle of inclination a relative to the screw axis and thus form helically extending channels which allow the steam jet 9 but not the heat rays to pass through.
The circumferential speed v of the lamellae 8 is determined by the angle a and the mean steam jet speed Tt. The angle a in turn is a function of the quantities B, b, s. d, h and the condition of optical opacity. The following mean: v = peripheral speed of the lamellas 8 c = mean steam jet speed
D = cylinder diameter n = speed of the cylinder 3 a = angle of inclination of the lamellae 8 against the screw axis s = distance between the lamellae 8 from each other (division) b = width of the diaphragm 2, 4 on the steam source 1
B = width of the aperture at the catcher 5 d = wall thickness of the lamellas 8 h = height of the cylinder 3
S = depth of the slats 8
For the steam jet passing through, tga = v 1.
c be; this results in the required circumferential speed of the lamellae 8 as v =? tga 2.
The speed of the cylinder 3 is then
60 v n = ¯. 3.
jE D is taken for a specific case
D = 0.2 m and a = 150. this results from equations 2 and 3:
60 ctga = 25c.
0 = - sr D
The steam jets of interest have velocities between 100 m / s and 1000 m / s; This results in speeds between 2500 and 25,000 rpm. According to the state of the art, these values can easily be achieved even in a high vacuum.