CH627790A5

CH627790A5 - Electron beam evaporator and container for holding evaporable material

Info

Publication number: CH627790A5
Application number: CH743777A
Authority: CH
Inventors: Karl-Georg Redel; Walter Zueltzke
Original assignee: Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg
Priority date: 1976-06-26
Filing date: 1977-06-17
Publication date: 1982-01-29
Also published as: FR2356268A1; FR2356268B1; DE2628765A1; DE2628765C3; SE434651B; GB1540944A; DE2628765B2; SE7707216L; IT1079238B

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektronenstrahlverdampfer für das Aufdampfen insbesondere sublimierbarer Stoffe in Vakuumaufdampfanlagen, bestehend aus einem mit einer Öffnung versehenen Behälter für das zu verdampfende Material und einer Elektronenstrahlquelle mit Beschleunigungsanode für die Erzeugung eines beschleunigten und fokussierten Elektronenstrahls, der auf den Behälter gerichtet ist. The invention relates to an electron beam evaporator for the vapor deposition of, in particular, sublimable substances in vacuum vapor deposition systems, consisting of an opening with a container for the material to be evaporated and an electron beam source with an acceleration anode for generating an accelerated and focused electron beam which is directed onto the container.

Beim Verdampfen von Stoffen mittels Elektronenstrahlen wird der Elektronenstrahl in der Mehrzahl aller Fälle unmittelbar auf die zu verdampfende Substanz zur Einwirkung gebracht, d.h. die Oberfläche der Substanz wird mit dem Elektronenstrahl beschossen, wobei die Ausbreitung der Verdampfungswärme praktisch ausschliesslich durch Wärmeleitung erfolgt, da die Elektronen selbst keine merkliche Eindringtiefe in das Material besitzen. When substances are vaporized by means of electron beams, the electron beam is in most cases directly affected by the substance to be evaporated, i.e. the surface of the substance is bombarded with the electron beam, the heat of vaporization being spread practically exclusively by heat conduction, since the electrons themselves have no appreciable depth of penetration into the material.

Zahlreiche Aufdampfmaterialien werden aus Herstellgründen in Form von Pulvern oder Granulat verdampft, wozu auch Pul vergemische unterschiedlicher Aufdampfmaterialien gehören. Insbesondere Oxide werden häufig im Gemisch mit anderen Oxiden verdampft, um die Eigenschaften der niedergeschlagenen Schicht beeinflussen zu können. In Granulatform werden auch einige Metalle aufgedampft, die unter den im Vakuum herrschenden Verdampfungsbedingungen nicht schmelzen, sondern sublimieren. Hierzu gehört insbesondere Chrom. Der Ausdruck «Pulver» schliesst stets auch sogenannte Granulate ein. Numerous evaporation materials are evaporated in the form of powders or granules for manufacturing reasons, including powder mixtures of different evaporation materials. Oxides in particular are often evaporated in a mixture with other oxides in order to be able to influence the properties of the deposited layer. Some metals are also vapor-deposited in granular form, which do not melt under the evaporation conditions prevailing in a vacuum, but sublime. This includes chrome in particular. The term “powder” always includes so-called granules.

Beim Verdampfen von Pulvern oder Pulvergemischen hat sich jedoch gezeigt, dass insbesondere bei hoher Energiedichte eine ungleichmässige Verdampfung erfolgt, da sich an der Auftreffstelle des Elektronenstrahls durch örtliche begrenzte Verdampfung sofort ein Krater bildet, welcher die gleichmässige Ausbreitung des Dampfes verhindert. Die Folge ist eine ungleichmässige Dicke der kondensierten Schichten. Ausserdem besteht die Gefahr, dass durch die entstandene Dampfströmung Pulverpartikel aus den Kratern herausgeblasen werden, welche die Qualität der niedergeschlagenen Schichten beeinträchtigen. Dabei besteht die weitere Gefahr, dass der Krater sich bis zum Boden des Behälters erstreckt, in dem das zu verdampfende Pulver untergebracht ist. Hierdurch ist die Gefahr gegeben, dass das Metall des Behälters verdampft und die niedergeschlagene Schicht verunreinigt. Nicht zuletzt aber wird auch der Behälter beschädigt oder zerstört, der im allgemeinen als Tiegel ausgeführt ist. When vaporizing powders or powder mixtures, however, it has been shown that uneven evaporation occurs in particular at high energy densities, since a local crater immediately forms a crater at the point of impact of the electron beam, which prevents the vapor from spreading evenly. The result is an uneven thickness of the condensed layers. In addition, there is a risk that the resulting steam flow will blow powder particles out of the craters, which will affect the quality of the deposited layers. There is a further risk that the crater extends to the bottom of the container in which the powder to be evaporated is housed. This creates the risk that the metal of the container evaporates and contaminates the deposited layer. Last but not least, the container, which is generally designed as a crucible, is also damaged or destroyed.

Es ist zwar möglich, die Wirkung der ungleichförmigen Verdampfung durch periodische Strahlablenkung oder Defo-kussierung zu verringern und die Kondensationsbedingungen zu verbessern; eine absolut gleichförmige Verdampfung kann auch hierdurch jedoch nicht erreicht werden. It is possible to reduce the effect of the non-uniform evaporation by periodic beam deflection or defocusing and to improve the condensation conditions; however, an absolutely uniform evaporation cannot be achieved by this either.

In der CH-PS 427 744 wird zur Erzeugung gleichförmiger Verdampfungsraten die Lehre erteilt, das zu verdampfende Pul vergemisch auf einer Unterlage in dünner Schicht auszubreiten und diese dünne Schicht restlos während ihres Durchgangs durch den Elektronenstrahl abzudampfen. Abgesehen davon, dass mit einem derartigen Verfahren nur sehr niedrige Verdampfungsraten zu erzielen sind, macht dieses den Einsatz einer im Vakuum exakt arbeitenden Dosiereinrichtung sowie einer sehr genau arbeitenden Regeleinrichtung für die Relativbewegung zwischen Verdampfungsgut und Elektronenstrahl erforderlich. Die dünne Schicht verursacht darüberhinaus erhebliche Wärmeverluste an die Unterlage, da der Elektronenstrahl durch die einzelnen Schichtpartikel hindurch laufend auf die Unterlage auftrifft, die im erheblichen Masse gekühlt werden muss. Andernfalls ist die vorbekannte Vorrichtung lediglich für die Verdampfung sehr kleiner Mengen in diskontinuierlicher Betriebsweise brauchbar. In CH-PS 427 744 the teaching is given to produce uniform evaporation rates, spread the powder mixture to be evaporated on a base in a thin layer and completely evaporate this thin layer as it passes through the electron beam. In addition to the fact that only very low evaporation rates can be achieved with such a method, this requires the use of a metering device which works precisely in a vacuum and a very precisely working control device for the relative movement between the material to be evaporated and the electron beam. The thin layer also causes considerable heat loss to the base, since the electron beam continuously hits the base through the individual layer particles, which has to be cooled to a considerable extent. Otherwise, the previously known device can only be used for the evaporation of very small quantities in batch mode.

Es ist gleichfalls bekannt, die Gleichförmigkeit der Verdampfungsrate von Elektronenstrahlverdampfern dadurch zu erhöhen, dass das zu verdampfende Gut nicht unmittelbar, sondern mittelbar verdampft wird, indem man die Elektronen auf den Boden und/oder auf die Seitenwände des Behälters auftreffen lässt. Bei einem solchen Verfahren bildet sich ein Temperaturgradient zwischen den Behälterwandungen und der Oberfläche des zu verdampfenden Materials aus, so dass der Gesamtinhalt des Behälters in geschmolzenem Zustand vorliegt. Ein solches Verfahren scheidet für die Verdampfung von Stoffgemischen aus, deren einzelne Komponenten unterschiedliche Dampfdrücke bzw. Siedepunkte aufweisen, da hierdurch eine fraktionierte Verdampfung erfolgt und homogene Schichten nicht erreichbar sind. Das Verfahren scheidet aber gleichfalls für die Verdampfung von Stoffen aus, die nicht schmelzen, sondern unmittelbar aus der festen Phase sublimieren. Würde nämlich beispielsweise der Boden des Behälters mit Elektronenstrahlen beschossen, so würde in der Bodenregion der pulverförmigen Substanz ein Dampfdruck aufgebaut, der die darüberlie-genden Pulverpartikel wegschleudert. It is also known to increase the uniformity of the evaporation rate of electron beam evaporators in that the material to be evaporated is not evaporated directly but indirectly by letting the electrons strike the bottom and / or the side walls of the container. In such a method, a temperature gradient is formed between the container walls and the surface of the material to be evaporated, so that the entire contents of the container are in the molten state. Such a method is ruled out for the evaporation of mixtures of substances whose individual components have different vapor pressures or boiling points, since this results in fractional evaporation and homogeneous layers cannot be reached. However, the process is also ruled out for the evaporation of substances that do not melt, but sublimate directly from the solid phase. If, for example, the bottom of the container were bombarded with electron beams, a vapor pressure would be built up in the bottom region of the powdery substance, which would throw away the powder particles above it.

Durch die DT-AS 1298 381 ist ein Elektronenstrahlver- Due to the DT-AS 1298 381 an electron beam

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

627 790 627 790

dampfer für sublimierbares Pulver vorbekannt, welches in einem hohlzylindrischen Behälter untergebracht ist, dessen innere Zylinderwand als Drahtnetz ausgebildet ist und die elektronenemittierende Katode umgibt. Die Katode erzeugt im Betrieb einen diffusen Elektronenschleier, für den das Drahtnetz als Beschleunigungsanode dient, d.h. die Elektronen werden erst auf dem Wege zur Anode beschleunigt. Das in den Ringraum eingefüllte Pulver berührt das Drahtnetz zu Beginn des Verdampfungsvorganges, wodurch ein Stauben und Spritzen zu Beginn des Verdampfens des Pulvers unvermeidbar ist. Die bekannte Vorrichtung ist daher erst dann funktionsfähig, wenn ein nicht unbeträchtlicher Teil des Verdampfungsgutes sublimiert ist. Erst von diesem Augenblick an erfolgt die Verdampfung ohne Spritzen durch die Strahlungswärme des Drahtnetzes, welches durch Elektronenbombardement aufgeheizt wird. Es handelt sich bei der Vorrichtung um einen ausgesprochenen Spezialver-dampfer, der nicht für die Verdampfung von Stoffen geeignet ist, die vor der Verdampfung restlos in den schmelzflüssigen Zustand übergehen. Der Verdampfer stellt ausserdem bestimmte Anforderungen an das zu verdampfende Material. Da dieses in einer senkrechten Schüttung angeordnet ist und trotzdem nicht das ebenfalls senkrecht stehende, zylindrische Drahtnetz berühren darf, kann nur Material verdampft werden, welches sich durch oberflächliches Anschmelzen mit einer Glasur überzieht, durch welche die einzelnen Körner des Pulvers verklebt werden. Damit scheidet die bekannte Vorrichtung für die meisten der sublimierbaren Materialien wie beispielsweise Chromgranulat aus. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung ist darin zu sehen, dass - dem Verwendungszweck entsprechend - der unter Hochspannung stehende Raum zwischen Katode und Anode (Drahtnetz) von dem erzeugten Dampf durchsetzt wird. Sobald die Dampfdichte ein bestimmtes Mass von beispielsweise 103 Torr übersteigt, ist die Gefahr von Kurzschlüssen bzw. Spannungsüberschlägen zwischen Katode und Anode praktisch unvermeidbar. Steamer for sublimable powder previously known, which is housed in a hollow cylindrical container, the inner cylinder wall is designed as a wire mesh and surrounds the electron-emitting cathode. During operation, the cathode creates a diffuse electron curtain, for which the wire mesh serves as an acceleration anode, i.e. the electrons are only accelerated on the way to the anode. The powder filled in the annular space touches the wire mesh at the beginning of the evaporation process, whereby dusting and spraying at the beginning of the evaporation of the powder is unavoidable. The known device is therefore only functional when a not inconsiderable part of the material to be evaporated is sublimated. From this moment on the evaporation takes place without splashing through the radiant heat of the wire network, which is heated up by electron bombardment. The device is a pronounced special evaporator that is not suitable for the evaporation of substances that completely change to the molten state before evaporation. The evaporator also places certain demands on the material to be evaporated. Since this is arranged in a vertical bed and yet must not touch the cylindrical wire net, which is also vertical, only material can be evaporated which is coated with a glaze through which the individual grains of the powder are glued. This eliminates the known device for most of the sublimable materials, such as chrome granules. Another disadvantage of the known device is the fact that - depending on the intended use - the high-voltage space between the cathode and anode (wire mesh) is penetrated by the generated steam. As soon as the vapor density exceeds a certain level of, for example, 103 torr, the risk of short circuits or voltage flashovers between the cathode and anode is practically unavoidable.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen universell verwendbaren Elektronenstrahlverdampfer der eingangs beschriebenen Art sowie einen Behälter hierfür anzugeben, mit welchem es möglich ist, pulverförmiges sublimierbares Material von Anfang an kontinuierlich und ohne Spritzen und Stauben über einen längeren Zeitraum zu verdampfen. In contrast, the invention is based on the object of specifying a universally usable electron beam evaporator of the type described at the outset and a container for this, with which it is possible to evaporate powdery sublimable material continuously and without spraying and dusting over a longer period of time.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch, dass im Strahlweg zwischen der Elektronenstrahlquelle und dem Behälter eine horizontale Aufprallplatte für den Elektronenstrahl angeordnet ist, deren der Aufprallseite abgekehrte Unterseite dem Behälterhohlraum zugekehrt ist und die den Behälter unter Freilassung einer ausserhalb der Auftreffstelle für den Elektronen-strahl liegenden Austrittsöffnung für den Dampfstrahl abdeckt. According to the present invention, the object is achieved in that a horizontal impact plate for the electron beam is arranged in the beam path between the electron beam source and the container, the underside of which faces away from the impact side and faces the container cavity, and which leaves the container free for an outside of the impact point for covers the electron beam lying outlet for the steam jet.

Im Gegensatz zum Stande der Technik werden bei der erfindungsgemässen Lösung nicht der Boden und/oder die Seitenwände des Behälters mit Elektronen bombardiert, sondern eine Aufprallplatte, deren Rückseite dem Behälterhohlraum und damit dem Verdampfungsgut zugekehrt ist. Durch den Aufprall eines Elektronenstrahls entsprechender Intensität heizt sich die Aufprallplatte beträchtlich auf und wirkt ihrerseits als Wärmestrahler für die Beaufschlagung des Verdampfungsguts mit der erforderlichen Verdampfungswärme. Es versteht sich, dass der zu verdampfende Stoff im Behälter nicht so hoch aufgeschichtet wird, dass er die Aufprallplatte berührt. Vielmehr wird ein solcher Abstand zwischen Verdampfungsgut und Aufprallplatte eingehalten, dass sich in diesem Abstand eine Dampfströmung ausbilden kann, die sich in Richtung auf die Austrittsöffnung erstreckt. In contrast to the prior art, not the bottom and / or the side walls of the container are bombarded with electrons in the solution according to the invention, but rather an impact plate, the back of which faces the container cavity and thus the material to be evaporated. Due to the impact of an electron beam of appropriate intensity, the impact plate heats up considerably and in turn acts as a heat radiator for applying the required heat of vaporization to the material to be evaporated. It goes without saying that the substance to be evaporated is not piled up so high in the container that it touches the impact plate. Rather, such a distance between the material to be evaporated and the impact plate is maintained that a steam flow can form at this distance, which extends in the direction of the outlet opening.

Durch die horizontale Ausrichtung der Aufprallplatte befindet sich diese oberhalb des zu verdampfenden Materials und kann parallel dazu angeordnet sein. Der zu verwendende Werkstoff für die Aufprallplatte sowie die beim Betrieb ein-s zustellende Temperatur richten sich nach den Verdampfungseigenschaften des Aufdampfmaterials. Bei Verwendung von Wolfram lassen sich ohne weiteres Betriebstemperaturen von ca. 2500°C erreichen, die für die Verdampfung aller praktisch vorkommenden Aufdampfmaterialien ein-10 schliesslich Chrom ausreichend sind. Due to the horizontal alignment of the impact plate, it is located above the material to be evaporated and can be arranged parallel to it. The material to be used for the impact plate and the temperature to be set during operation depend on the evaporation properties of the evaporation material. When using tungsten, operating temperatures of approx. 2500 ° C can easily be reached, which are sufficient for the evaporation of all practically occurring evaporation materials including chromium.

Mit dem Erfindungsgegenstand sind die Vorteile verbunden, dass eine gleichförmige Verdampfung pulverför-miger Substanzen möglich ist, zu denen beispielsweise Chrom gehört. Insbesondere ist die gleichförmige Verdamp-15 fung von sublimierbarem Material mit hoher Verdampfungsrate möglich. Es erfolgt keine Änderung der Dampfverteilung im Dampfstrahl, der sogenannten Dampfkeule, weil die durch die Behälteröffnung vorgegebene Dampfaustrittsöffnung vom Verdampfungsvorgang unabhängig ist. Da die 20 Aufprallplatte Wärme notwendigerweise nach beiden Seiten abstrahlt, kann die Vorrichtung gleichzeitig auch zur Substratbeheizung mit verwendet werden, so dass Wärmeverluste auf ein geringes Mass beschränkt sind. Als Elektronenstrahlverdampfer kann ein üblicher Verdampfer mit einem bei-25 spielsweise wassergekühlten Tiegel verwendet werden. Es ist dabei möglich, über dem Tiegel die Aufprallplatte vorzusehen oder die Aufprallplatte an einem im Tiegel eingesetzten Behälter anzuordnen. Ein oder mehrere derartige Behälter können auch in sogenannte Magazinverdampfer mit oder 30 ohne Drehtiegel eingesetzt und mit unterschiedlichen Aufdampfmaterialien beschickt werden. Es ist sogar möglich, in einem Teil der napfförmigen Ausnehmungen des Magazins Substanzen ohne Verwendung des erfindungsgemässen Behälters mit Aufprallplatte anzuordnen und zu verdampfen, 35 indem man den Elektronenstrahl zwischen der Aufprallplatte einerseits und der ohne Aufprallplatte andererseits zu verdampfenden Substanz hin und her springen lässt. Um die Aufprallplatte thermisch möglichst gleichmässig zu belasten, wird der Elektronenstrahl zweckmässig über deren Ober-40 fläche nach einem bestimmten Auftreffmuster abgelenkt. Analog ist es auch möglich, den Elektronenstrahl entsprechend wenig zu fokussieren. The subject matter of the invention has the advantages that a uniform evaporation of powdery substances is possible, for example chromium. In particular, the uniform evaporation of sublimable material with a high evaporation rate is possible. There is no change in the steam distribution in the steam jet, the so-called steam lobe, because the steam outlet opening specified by the container opening is independent of the evaporation process. Since the impact plate radiates heat to both sides, the device can also be used for substrate heating at the same time, so that heat losses are limited to a small extent. A conventional evaporator with, for example, a water-cooled crucible can be used as the electron beam evaporator. It is possible to provide the impact plate above the crucible or to arrange the impact plate on a container used in the crucible. One or more containers of this type can also be used in so-called magazine evaporators with or without a rotary crucible and can be loaded with different evaporation materials. It is even possible to arrange and evaporate substances in part of the cup-shaped recesses of the magazine without using the container according to the invention with an impact plate, by allowing the electron beam to jump back and forth between the impact plate on the one hand and the substance to be evaporated without an impact plate. In order to thermally load the impact plate as evenly as possible, the electron beam is appropriately deflected over its surface according to a specific impact pattern. Analogously, it is also possible to focus the electron beam accordingly little.

Die räumliche Zuordnung der Aufprallplatte zum Behälter für das zu verdampfende Material kann in weiten Grenzen 4s variiert werden. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, den Behälter napfförmig auszubilden und mit einem ebenen Flanschrand zu versehen, wobei die Aufprallplatte parallel zum Flanschrand ausgerichtet ist und insbesondere auf ihm aufliegt. Um eine gleichförmige Wärmeverteilung zu so erreichen und die Aufprallplatte vor örtlicher Überhitzung zu schützen, ist es besonders zweckmässig, die Aufprallplatte mit dem Flanschrand des Behälters gut wärme- und elektrisch leitend zu verbinden. Da der Behälter im allgemeinen unter Auflage des Flanschrandes in einen gekühlten Tiegel ss eingesetzt wird, ergibt sich auf diese Weise eine gute Wärmeabfuhr aus der Randzone der Aufprallplatte. The spatial assignment of the impact plate to the container for the material to be evaporated can be varied within a wide range of 4s. However, it is particularly advantageous to design the container in a cup shape and to provide it with a flat flange edge, the impact plate being aligned parallel to the flange edge and in particular resting on it. In order to achieve a uniform heat distribution and to protect the impact plate from local overheating, it is particularly expedient to connect the impact plate to the flange edge of the container in a heat and electrically conductive manner. Since the container is generally placed in a cooled crucible ss with the flange edge resting on it, this results in good heat dissipation from the edge zone of the impact plate.

Um Energieverluste durch rückgestreute Elektronen möglichst gering zu halten, wird die Aufnahmevorrichtung für die Halterung des Behälters zweckmässig in einer definierten 60 Entfernung und in einer solchen räumlichen Lage zur Elektronenstrahlquelle angeordnet, dass der Elektronenstrahl im wesentlichen senkrecht auf die Aufprallplatte auftrifft. Als besonders geeignet hierfür hat sich eine Elektronenstrahlquelle mit eine Strahlablenkung von 180 oder 270 Grad 65 erwiesen. In order to keep energy losses due to backscattered electrons as low as possible, the holding device for holding the container is expediently arranged at a defined distance and in such a spatial position from the electron beam source that the electron beam strikes the impact plate essentially perpendicularly. An electron beam source with a beam deflection of 180 or 270 degrees 65 has proven to be particularly suitable for this.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und dessen Einzelheiten seien nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 4 näher beschrieben. Es zeigen: An embodiment of the subject matter of the invention and its details are described below with reference to Figures 1 to 4. Show it:

627790 627790

Figur 1 eine Draufsicht auf einen vollständigen Elektronenstrahlverdampfer, FIG. 1 shows a top view of a complete electron beam evaporator,

Figur 2 eine Seitenansicht des Gegenstandes nach Fig. 1 mit einem teilweisen Vertikalschnitt entlang der Linie II-II, FIG. 2 shows a side view of the object according to FIG. 1 with a partial vertical section along the line II-II,

Figur 3 eine Draufsicht auf den Behälter mit Aufprallplatte analog Figur 1 und Figure 3 is a plan view of the container with an impact plate similar to Figure 1 and

Figur 4 einen Schnitt durch den Gegenstand nach Figur 3 entlang der Linie IV-IV analog Figur 2. 4 shows a section through the object according to FIG. 3 along the line IV-IV analogous to FIG. 2.

Der Elektronenstrahlverdampfer besitzt einen wassergekühlten Tiegel 1, der mit einer kegelstumpfförmigen Ausnehmung 2 versehen ist. In dieser Ausnehmung befindet sich mit allseitigem Abstand ein geometrisch ähnlich geformter, kegelstumpfförmiger Behälter 3, dessen Öffnung nach oben hin durch eine Aufprallplatte 4 abgedeckt ist, die lediglich eine Dampfaustrittsöffnung 5 frei lässt. Der Behälter 3 besteht aus Tantal, während für die Aufprallplatte 4 Wolframblech verwendet wird. Im Behälter 3 befindet sich das zu verdampfende Material 6, beispielsweise Chrompulver. Die Dampfaustrittsöffnung 5, die als schlitzförmige Durchbrechung der Aufprallplatte 4 ausgebildet ist, bestimmt den Weg für den sich ausbildenden Dampfstrahl, der in Form einer Dampfkeule in Richtung des Pfeiles 7 austritt (Figur 2). The electron beam evaporator has a water-cooled crucible 1, which is provided with a truncated cone-shaped recess 2. In this recess there is a geometrically similarly shaped, frustoconical container 3, the opening of which is covered at the top by an impact plate 4, which only leaves one steam outlet opening 5 free. The container 3 consists of tantalum, while 4 is used for the impact plate. The material 6 to be evaporated, for example chrome powder, is located in the container 3. The steam outlet opening 5, which is designed as a slit-shaped opening in the impact plate 4, determines the path for the steam jet which forms and emerges in the form of a steam lobe in the direction of the arrow 7 (FIG. 2).

Zur Fokussierung und Umlenkung des Elektronenstrahls ist ein Paar von blockförmigen Polschuhen 8 und 9 vorgesehen, die mit einer kegelstumpfförmigen Ausdrehung 10 bzw. 11 versehen sind. Die Mantellinien der kegelstumpfförmigen Ausdrehungen haben dabei einen solchen Öffnungswinkel, dass der aufsteigende Dampfstrahl nicht behindert wird bzw. nicht auf den Polschuhflächen kondensiert. Die Polschuhe 8 und 9 besitzen je eine abgeschrägte Fläche 12 bzw. 13, die zusammen einen etwa V-förmigen Kanal bilden. Die beschriebene Anordnung stellt ein Hauptpolschuhsystem dar, welches den Elektronenstrahl auf einer angenähert kreisförmigen Bahn ablenkt. For focusing and deflecting the electron beam, a pair of block-shaped pole pieces 8 and 9 are provided, which are provided with a truncated cone-shaped recess 10 and 11, respectively. The generatrices of the truncated cone-shaped bores have such an opening angle that the rising steam jet is not hindered or does not condense on the pole shoe surfaces. The pole pieces 8 and 9 each have a beveled surface 12 or 13, which together form an approximately V-shaped channel. The arrangement described represents a main pole shoe system which deflects the electron beam on an approximately circular path.

In der Darstellung gemäss den Figuren 1 und 2 nehmen der Behälter 3 und die Aufprallplatte 4 eine solche Position ein, dass die Aufprallplatte die schraffiert dargestellte Zielfläche 4a für einen aus einer Öffnung 14 austretenden Elektronenstrahl darstellt. Der Elektronenstrahl wird im Innern einer Strahlerzeugungskammer 15 gebildet. In the illustration according to FIGS. 1 and 2, the container 3 and the impact plate 4 assume such a position that the impact plate represents the target area 4a shown hatched for an electron beam emerging from an opening 14. The electron beam is formed inside a beam generating chamber 15.

Mit den Polschuhen 8 und 9 stehen abgewinkelte, zueinander spiegelbildlich angeordnete Bügel 16 und 17 in magnetischer Verbindung, die ein sogenanntes Hilfspolschuhsystem 18 mit Polschuhen 19 und 20 bilden. Dessen Austrittsflächen 21 und 22 schliessen einen in Richtung auf die Öffnung 14 geöffneten Keilwinkel ein. Die sich innerhalb des Hilfspol-schuhsystems ausbildenden Feldlinien sind gestrichelt dargestellt. Angled brackets 16 and 17, which are arranged in mirror image to one another, are in magnetic connection with the pole shoes 8 and 9 and form a so-called auxiliary pole shoe system 18 with pole shoes 19 and 20. Its outlet surfaces 21 and 22 enclose a wedge angle opened in the direction of the opening 14. The field lines forming within the auxiliary pole shoe system are shown in dashed lines.

Innerhalb der Strahlerzeugungskammer 15 befindet sich -in Figur 2 nur symbolisch dargestellt - eine elektrische beheizbare Katode 24, deren Emissionsfläche 25 von einer Fokussierungselektrode 26 in Form eines Wehneltzylinders umgeben ist. Die Symmetrieachse dieser Anordnung fällt mit dem anfänglichen Verlauf der Achse des Elektronenstrahls 23 zusammen. Dieser beschreibt im wesentlichen einen Kreisbogen und trifft etwa im Zentrum der Ausdehnungen 10 und 11 auf die Zielfläche 4a auf. Die auf Erdpotential liegende Kammerwand 27 ist gleichzeitig Beschleunigungsanode. Sie enthält die Öffnung 14 für den Durchtritt des Elektronenstrahls 23. Within the beam generating chamber 15 there is — only shown symbolically in FIG. 2 —an electrically heated cathode 24, the emission surface 25 of which is surrounded by a focusing electrode 26 in the form of a Wehnelt cylinder. The axis of symmetry of this arrangement coincides with the initial course of the axis of the electron beam 23. This essentially describes a circular arc and strikes the target surface 4a approximately in the center of the extensions 10 and 11. The chamber wall 27 lying at earth potential is at the same time an acceleration anode. It contains the opening 14 for the passage of the electron beam 23.

Der Tiegel 1 weist einen Hohlraum 28 auf, der zur Durchleitung eines flüssigen Kühlmittels dient. Der Tiegel 1 ist zum Zwecke des Austauschs lösbar auf einem Grundrahmen 30 befestigt, der in seinem Inneren ein Kanalsystem 29 enthält, durch welches die Verbindung zwischen dem Hohlraum 28 und den Kühlmittelzu- und -ableitungen 31 hergestellt wird. Die intensive Kühlung des Grundrahmens 30 stellt gleichzeitig eine wirksame Wärmeabschirmung für die darunter angeordnete Magnetspule 32 dar. Diese umschliesst das Joch 33 des Hauptpolschuhsystems 8/9. Der vordere Schenkel des Jochs 33 ist zum Zwecke der Einblicknahme in die Vorrichtung fortgelassen; der hintere Schenkel, welcher zum Polschuh 8 führt, wird praktisch vollständig durch den Tiegel 1 verdeckt. Für den Stromanschluss zur Katode 24 sind Anschlussklemmen 34 vorgesehen. The crucible 1 has a cavity 28 which is used for the passage of a liquid coolant. The crucible 1 is detachably fastened for the purpose of replacement on a base frame 30, which contains a channel system 29 in its interior, through which the connection between the cavity 28 and the coolant supply and discharge lines 31 is established. The intensive cooling of the base frame 30 simultaneously represents an effective heat shield for the magnet coil 32 arranged underneath. This surrounds the yoke 33 of the main pole shoe system 8/9. The front leg of the yoke 33 is omitted for the purpose of viewing the device; the rear leg, which leads to the pole piece 8, is almost completely covered by the crucible 1. Terminals 34 are provided for the power connection to the cathode 24.

Die Figuren 3 und 4 zeigen, wie der Behälter 3 in den Tiegel 1 eingesetzt ist. Der Tiegel 1 ist im wesentlichen als quaderförmiger Klotz ausgebildet und weist die weiter oben beschriebenen Einzelheiten auf. Die Austrittsöffnung 5 in der Aufprallplatte 4 ist schlitzförmig gestaltet und gibt nur einen Bruchteil des Querschnitts des Behälters 3 für den Austritt des Dampfstrahls frei. Aus Figur 4 ist zu entnehmen, dass der Behälter 3 mit einem ebenen Flanschrand 35 versehen ist, der um die Aufprallplatte 4 herumgebördelt ist, und mit dem der Behälter 3 in gutem Wärmekontakt auf dem gekühlten Tiegel 1 aufliegt. Durch die Bördelung entsteht eine wärme- und elektrisch-leitende Verbindung. Der Tiegel 1 kann auch als Aufnahmevorrichtung für den Behälter bezeichnet werden. Figures 3 and 4 show how the container 3 is inserted into the crucible 1. The crucible 1 is essentially designed as a cuboid block and has the details described above. The outlet opening 5 in the impingement plate 4 is slit-shaped and only releases a fraction of the cross section of the container 3 for the outlet of the steam jet. It can be seen from FIG. 4 that the container 3 is provided with a flat flange edge 35 which is flanged around the impact plate 4 and with which the container 3 rests on the cooled crucible 1 in good thermal contact. Flanging creates a heat and electrically conductive connection. The crucible 1 can also be referred to as a receiving device for the container.

Das zu verdampfende Material 6 ist nur in einer solchen Höhe in den Behälter 3 eingefüllt, das zwischen der Oberfläche des Materials und der Aufprallplatte 4 ein freier Raum 36 verbleibt, in dem der Dampf in Richtung auf die Austrittsöffnung 5 strömen kann. Durch die beträchtliche Aufheizung der Aufprallplatte 4 entsteht eine nach oben und nach unten gerichtete Wärmeabstrahlung. Die nach unten gerichtete Wärmeabstrahlung verdampft das Material 6. Die nach oben gerichtete Wärmeabstrahlung heizt ein nicht dargestelltes Substrat auf, wodurch beispielsweise die Haftfestigkeit der aufgedampften Schicht verbessert werden kann. Durch entsprechende Dosierung der Heizleistung ist es möglich, vor der eigentlichen Bedampfung die Aufprallplatte 4 nur soweit aufzuheizen, dass noch keine Verdampfung stattfindet, wohl aber eine ausreichende Wärmeabstrahlung zum Substrat. Durchgeführte Messungen haben zu folgender Leistungsverteilung geführt: The material 6 to be evaporated is filled into the container 3 only at such a height that a free space 36 remains between the surface of the material and the impact plate 4, in which the steam can flow in the direction of the outlet opening 5. Due to the considerable heating of the impact plate 4, there is an upward and downward heat radiation. The downward heat radiation evaporates the material 6. The upward heat radiation heats up a substrate, not shown, which can, for example, improve the adhesive strength of the vapor-deposited layer. By appropriate metering of the heating power, it is possible to heat the impact plate 4 only to such an extent that no evaporation takes place before the actual evaporation, but sufficient heat radiation to the substrate. Measurements carried out led to the following power distribution:

Temperatur temperature

Wolframdecke Tungsten blanket

(°C) (° C)

Abstrahlung nach unten (kW) Downward radiation (kW)

Abstrahlung nach oben (kW) Radiation upwards (kW)

Insgesamt benötigte Total needed

Leistung power

(kW) (kW)

2000 2000

0,67 0.67

1,12 1.12

2,15 2.15

2100 2100

0,76 0.76

1,26 1.26

2,42 2.42

2200 2200

0,89 0.89

1,5 1.5

2,87 2.87

2300 2300

1,05 1.05

1,74 1.74

3,35 3.35

2400 2400

1,22 1.22

2,03 2.03

3,9 3.9

2500 2500

1,42 1.42

2,37 2.37

4,5 4.5

4 4th

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

B B

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

627790 PATENT CLAIMS

1. electron beam evaporator for the vapor deposition, in particular of sublimable substances, in vacuum evaporation systems, consisting of an opening with a container for the material to be evaporated and an electron beam source with an acceleration anode for generating an accelerated and focused electron beam which is directed onto the container, characterized in that a horizontal impact plate (4) for the electron beam (23) is arranged in the beam path between the electron beam source (24) and the container (3), the underside of which faces away from the impact side faces the container cavity and which releases the container covers an outlet opening (5) for the steam jet lying outside the point of impact for the electron beam.

2. Electron beam evaporator according to claim 1, characterized in that the container (3) is cup-shaped and provided with a flat flange edge (35), and that the impact plate (4) is aligned parallel to the flange edge.

3. Electron beam evaporator according to claim 2, characterized in that the impact plate (4) with the flange (35) of the container is well heat and electrically connected.

4. electron beam evaporator according to claim ^ characterized by a liquid-cooled receiving device (1) for holding the container (3) at a distance defined by the electron beam source (24) and in such a spatial position to the electron beam source that the electron beam is substantially perpendicular to the impact plate (4) hits.

5. Electron beam evaporator according to claim 4, characterized in that the receiving device (1) is designed as a magazine for receiving at least one container (3) and optionally loose evaporation material.

6. Container for receiving evaporable material and for use in an electron beam evaporator according to claim 1, characterized by its design in the form of a cup surrounded by a flange (35) and by an impact plate connected to the flange made of refractory material, which the container covers leaving an outlet opening (5) for the steam jet.