DE1773242C3

DE1773242C3 - Meßgerät zur Ermittlung und Regelung der Verdampfungsgeschwindigkeit von im Vakuum verdampften Substanzen

Info

Publication number: DE1773242C3
Application number: DE19681773242
Authority: DE
Inventors: Bogdan Genf Zega (Schweiz)
Original assignee: Battelle Development Corp
Current assignee: Battelle Development Corp
Priority date: 1967-04-21
Filing date: 1968-04-19
Publication date: 1974-08-08
Also published as: JPS5212590B1; CH490678A; GB1194943A; DE1773242A1; FR1577403A; DE1773242B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Ermittlung der Verdampfungsgeschwindigkeit von in Form mindestens eines Dampfstrahls in einer Vakuumkammer verdampften Substanzen mit Hilfe eines Elektronenstrahls mit einem in bezug auf den Dampfstrahl auf der entgegengesetzten Seite der Elektronenquelle angeordneten Elektronensammler, einem Stoßproduktesammler und mindestens einem außerhalb der Vakuumkammer angeordneten Meßinstrument zum Messen, mindestens eines Teiles des in dem Stoßproduktesammler fließenden Stromes.

Bei den bekannten Verfahren zum Messen der Verdampfungsgeschwindigkeit ist zu unterscheiden zwischen den mittelbaren Verfahren, die auf einer Bestimmung der kondensierten Substanzmenge beruhen und zum Erhalten eines Maßes der Geschwindigkeit

einen anschließenden Ableitvorgang in bezug auf die Zeit erfordern, und den unmittelbaren Verfahren, die auf der Bestimmung einer an sich zu der Verdampfungsgeschwindigkeit in Beziehung stehenden Größe beruhen.

Die mittelbaren Verfahren, wie beispielsweise das Wiegen der an dem eigentlichen Substrat oder an einem Hilfssubstrat abgelagerten Schicht auf der Mikrowaage oder die Bestimmung der Veränderung der Eigenfrequenz einer als Hilfssubstrat dienenden Quarzplatte, die sich allmählich mit einer Schicht der verdampften Substanz bedeckt, haben den Nachteil, daß sie eine periodische Reinigung des zum Messen dienenden Substrats erforderlich machen, was im allgemeinen dazu zwingt, das Vakuum aufzuheben oder zumindest die Verdampfungsanlage teilweise abzubauen. Die unmittelbaren Verfahren beruhen auf der Tatsache, daß die Verdampfungsgeschwindigkeit in den meisten Fällen zu der numerischen Dichte der Atome oder Moleküle in Beziehung steht, die den Dampfstrahl bilden, der sich zwischen dem Tiegel, in welchem sich die zu verflüchtigende Substanz befindet, und dem Substrat aufbaut. Aus diesem Grunde beruhen alle unmittelbaren Verfahren zum Messen der Verdampfungsgeschwindigkeit auf einer Messung dieser Dichte. Dazu wird bei den bekannten Verfahren ein Teil der Atome mit Hilfe eines Ionisierungsmittels, meistens 'ines Elektronenstrahls, ionisiert und der Ionens'.rc-m gemessen, der entsteht, wenn diese Ionen einem elektrischen Feld ausgesetzt werden. Diese Art des Vorgehens stößt jedoch auf eine erhebliche Schwierigkeit, die sich daraus ergibt, daß die Elektronen nicht nur die Atome der Substanz, sondern auch die sich in der Bewegungsbahn des ionisierenden Elektronenstrahls befindenden Atome des Restgases ionisieren. Diese Verfahren gehen nämlich dahin, daß man ein Ionisierungsmeßgerät verwendet, dessen Gesamtanzeige in zwei Teile getrennt werden muß, von welchen sich einer auf die eigentliche verdampfte Substanz und der andere sich auf das Restgas bezieht. Denn nur in den seltenen Fällen, da das Vakuum in der Kammer sehr hoch ist, kann die Ionisierung infolge des Restgases vernachlässigt werden und kann man sich mit der Gesamtanzeige begnügen. In der Praxis jedoch gibt es immer eine Störwirkung auf Grund des Restgases. Von den diese Störwirkung beseitigenden bekannten Verfahren seien diejenigen genannt, bei welchen man zwei Ionisierurgsmeßgerätc zu Hilfe nimmt, von welchen das eine von dem Dampfstrahl durchquert wird und die Gesamtionisierung mißt, während das andere außerhalb des Dampfstrahls angeordnet ist und nur die Ionisierung des Restgases mißt. Diese beiden Meßgeräte lassen je einen Ionenstrom entstehen, wobei man den Unterschied dieser Ströme feststellt, der nur von den Ionen der verdampften Substanz abhängig ist und also das Maß der Verdampfungsgeschwindigkeit darstellt. Diese Art des Vorgehens setzt jedoch voraus, daß die Emissionen der Kathoden bei beiden Meßgeräten genau die gleichen sind, und daß insbesondere ihre Temperaturen miteinander übereinstimmen, was besondere Vorkehrungen hinsichtlich der Stabilisierung der Heizung erforderlich macht. Um sich vor den Emissionsschwankungen der Kathoden zu schützen, nimmt

man mitunter ein Doppelmeßgerät mit einer gemeinsamen Kathode zu Hilfe, bei welchem sich beim Feststellen des Unterschiedes der Ionenströme die Ionisicrungsschwankungen auf Grund von Temperatur-Schwankungen von selbst aufheben. Nun and »»wohl bei zwei gesonderten Meßgeräten als auch bei einem Doppelmeßgerät die lonenströme stetige Strome, was auch für ihren Unterschied gilt, so daß sowohl das eine als auch das andere dieser Verfahren unter ckη bei der Verstärkung von sehr schwachen Gleichstromen auftretenden Mängeln und Schwierigkeiten Ie.-

Ein diese Mängel nicht aufweisendes anderes Ver-" fahren besteht darin, daß der das Ionisierungsmeßgc-

tanren nesieni uaim, uuu ui.· uc, ·„. _o „

rät durchquerende Dampfstrahl moduliert wird, und zwar indem man in seiner Bewegunigsbahn eine Verschlußvorrichtung anordnet. Der durch das Meßgerät gelieferte Ionenstrom setzt sich dann aas einer von dem Restgas herrührenden stetigen Komponente und einer von der verdampften Substanz herrührenden periodischen Komponente zusammen, deren Frequenz gleich der Frequenz der Unterbrechungen des Gasstrahls ist. Dieser periodische Strom ist also das »o Maß für die Verdampfungsgeschwindigkeit. Er läßt sich bequem von der stetigen Komponente trennen, und seine Verstärkung ist viel leichter als die eines Gleichstroms. Jedoch bedingt dieses Verfahren die Anordnung eines beweglichen mechanischen oder »5 elektromechanischen Teiles in der ^ι'-^ι-""ΐ'··η™,·Γ was nicht ohne Schwierigkeiten "

Teil gegenüber den durch die eig«

(insbesondere, wenn die Heizung durch Elektronenbeschuß erfolgt) erzeugten Ionen empfindlich, wobei die Frequenz der periodischen Komponente niedrig ist, was die spätere Verstärkung dieser Komponente kompliziert.

Die vorerwähnten Mängel und Nachteile werden mit Hilfe der Erfindung behoben, indem ein Meßgerät in Vorschlag gebracht wird, bei dem der Dampfstrahl periodisch dem Einfluß des Elektronenstrahls unterworfen wird, während das Restgas ihm ständig ausgesetzt ist. Dieses Meßgerät ist Gegenstand des obigen Anspruchs 1.

Zweckmäßige Weiterbildungen dieses Meßgeräis und eine Anwendung desselben zur Regelung der Verdampfungsgeschwindigkeit der in der Vakuumkammer verdampften Substanzen, sind Gegenstände der obigen Ansprüche 2 bis K).

Drei Ausführungsformen des Meßgeräts, die je einer Durchführungsart des Verfahrens nach der Erfindung entsprechen, sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt Fig. I eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsform des Meßgeräts nach der Erfindung, Fig. la eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 1,

Fig. 2 ein Schema und zwei Diagramme, die die Arbeitsweise der ersten Ausführungsform veran-

55 schaulichen,

Fig. 3 ein Schema und zwei Diagramme, die die Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform veranschaulichen,

Fig. 4 eine schematische Darstellung dieser zwei-

*o ten Ausführungsform,

Fig. 5 ein Schema und zwei Diagramme, die die Arbeitsweise der ersten Ausführungsform in einem besonderen Verwendungsfall veranschaulichen,

Fig. 6 ein Schaltbild eines Teiles der elektroni-•5 sehen Schaltung nach Fig. 1 in einem besonderen Verwendungsfall,

Fig. 7 eine schematische Darstellung der dritten Ausführungsform des Meßgeräts nach der Erfindung.

F^: i g. H ein Schema und zwei Diagramme, die die Arbeitsweise dieser dritten Ausführungsform veranschaulichen,

. Fig. 9 ein Schema und zwei Diagramme, die die Arbeitsweise dieser dritten Ausführungsform in einem besonderen Verwcndungsfall veranschaulichen. Das in Fi g. 1 dargestellte Meßgerät besteht aus einer Elektronenkanone 1, einer Ablenkvorrichtung 2, einem Elektronensammlcr 3 und einem Stoßproduklesammler 4. Der von der Elektronenkanone 1 ausgesandte feine, dünne Elektronenstrahl tastet unter Einwirkung der Ablenkvorrichtung 2 den Teil 6 der durch die Achse 7 der Elektronenkanone 1 verlaufenden Ebene ab und bewegt sich abwechselnd aus eirv.T extremen Stellung Sa in eine extreme Stellung 5r», wobei diese extremen Stellungen zur Achse 7 im wesentlichen symmetrisch angeordnet sind. Der Teil 6 der Abtastebene ist so angeordnet, daß er von einem Dampfstrahl 8 durchquert wird, der von einem Tiegel 9 ausgeht und in einem zwischen den extremen Stellungen Sa und Sh des Elektronenstrahls liegenden Bereich 11 mittels einer Blende 10 abgegrenzt ist. Die Elektronenkanone 1, die Ablenkvorrichtung 2, die Sammler 3 und 4 sowie der Tiegel 9 und das Substrat 12, an welchem der Dampfstrahl 8 kondensiert, befinden sich im Inneren einer in der Zeichnung in Form eines gestrichelten Rechtecks 13 schematisch dargestellten Vakuumkammer. Zweckmäßig«.rweise gibt man dem Elcktroncnsammler 3 eine verhältnismäßig stark konkave Form und ordnet man den Stoßproduktesammlcir 4 unterhalb und vor dem Elektronensammler 3 an. Dadurch wird der störende Einfluß der durch den Elektronenstrahl 5 bei seinem Aufprall auf den Elektroncnsammler 3 erzeugten Sekundärelektronen verringert. Außerhalb der Vakuumkammer 13 befinden sich die elektrischen Einrichtungen, und zwar eine Stromquelle 15 für die Beheizung der Kathode 16 der Elektronenkanone 1, eine Stromquelle 17. die dnc Anodenspannung fur die Anode 18 der Elektronenkanone 1 liefert, ein die beiden Ablenkplatten 2a und 2h der Ablenkvorrichtung 2 speisender Oszillator 19 und eine das an den Stoßproduktesammler 4 angelegte Potential erzeugende Stromquelle 20. Diese elektrischen Einrichtungen sind mittels nicht dargestellter Vakuumdurchführungen üblicher Bauart an die entsprechenden Elemente des Meßgeräts angeschlossen. Der Sammler 4 ist außerdem an den Haupteingang 22 eines Synchrondetcktors 21 angeschlossen, der über einen Hilfseingang die durch den Oszillator 19 erzeugte periodische Ablast spannung erhalt.

Dieser Synchrondetektor ist ein bekanntes Gerät, das aus dem an seinem Haupteingang erhaltenen Strom die stetige Komponente beseitigen kann und an seinem Ausgang nach gebührender Verstärkung und Filterung nur die periodische Komponente auftreten läßt, deren Frequenz, zu der Frequenz des ihm über seinen Hilfseingang zugeführten Signals in Beziehung steht. Er hat ein hohes Signal/Rausch-Verhältnis, welches ihn zur Feststeilung eines schwachen Signals besonders geeignet macht. An den Ausgang

24 des Synchrondclcktors 21 ist ein Strommeßgerät

25 angeschlossen. Die Anode 18 der Elektronenkanone 1 und der Elcktronensammler 3 liegen beide an Masse und haben somit das gleiche Potential.

Das vorstehend beschriebene Meßgerät hat fol-' condc Arbeitsweise: Solange sich der Elektronenstrahl 5 außerhalb des DampfMrahls 8 befindet, er zeugt er durch Zusammenstoß mit dem Restgas Stoßproduktc, die durch den Sammler 4 aufgefangen werden und einen Strom vom konstantem Wert L entstehen lassen. Sobald der Elektronenstrahl auf den Dampfstrahl trifft, läßt er viel zahlreichere Stoßprodukte entstehen, so daß der Strom des Sammlers 4 ansteigt und den Wert / erreicht, um darauf wieder auf den Wert /„ abzufallen, sobald sich der Elektronenstrahl über den Gasstrahl 8 hinausbewegt. Die »o gleiche Erscheinung tritt beii der Rückwärtsabtastung aus der Stellung 51» in Richtung auf die Stellung 5a auf. Dieser Vorgang ist in Fig. 2 schematisch dargestellt, die von der Elektronenkanone 1 her gesehen einen Schnitt der Abtastebene 6 durch eine durch den •5 Gasstrahl 8 und senkrecht ;oir Achse 7 der Elektronenkanone 1 verlaufende Ebene sowie ein Diagramm 30, welches die Stellung χ des Elektronenstrahls als Funktion der Zeit ( veranschaulicht, und ein Diagramm 31 des Stromes ι als Funktion der Zeit zeigt. *° Es ist klar ersichtlich, wie bei jeder Durchquerung des Gasstrahls 8 der Elektronenstrahl die dem Grundstrom i„ überlagerten Impulse / entstehen läßt. Der Deutlichkeit halber sind diese Impulse in Form von Rechteckimpulsen dargestellt, obwohl sie in Wirk-•S lichkeit keine gerade Fronten haben. F i g. 2 zeigt, daß die Frequenz der Impulse / das Zweifache der Abtastfrequenz beträgt, was die Bedeutung einer Zuhilfenahme eines Synchrondctekton., wie beispielsweise des Detektors 21, erklärt, um die stetige Komponente >o i„ aus dem Ionenstrom in dem Sloßproduktesammler 4 zu beseitigen. Es kann zweckmäßig sein, zusätzlich zu dem Meßinstrument 25 mit unmittelbarer Ab lcsung (Mikro- oder Milliamperemeter) den aus dem Detektor 21 kommenden Strom aufzuzeichnen, und zwar mit Hilfe einer Aufzeichnungsvorrichtung 26, deren beliebige Bauart dadurch hervorgehoben wird, indem sie in der Zeichnung gestrichelt dargestellt ist Fig. 1 betrifft den Fall, in welchem die unelastischen Stöße der Elektronen des Elektronenstrahls 5 verwendet werden und folglich die Stoßprodukte Ionen sind. Deshalb ist die Stromquelle 20 so angeschlossen, daß sie den Sammler 4, der in diesem Falle Ionen sammeln soll, gegenüber dem Elektronensammlcr 3 auf ein negatives Potential bringt. Man kann aber auch die elastischen Zusammenstöße der Elektronen des Elektronenstrahls 5 verwenden. In diesem Falle bestehen die Stoßprodukte aus Elektronen des Elektronenstrahls 5, die zerstreut worden sind. In diesem Falle ist der Sammler 4 ein So Sammler für zerstreute Elektronen, so daß er folglich gegenüber dem Sammler 3 auf ein positives Potential gebracht werden muß, was sich dadurch erzielen läßt, daß man die Stromquelle 20 umgekehrt anschließt, so daß ihr Minuspol an der Masse liegt. SS Fig. i bezieht sich außerdem auf ein Beispiel, in welchem das Maß der Verdampfungsgeschwindigkeit, welches die periodische Komponente des Stromes des Sammlers 4 darstellt, verwendet wird zum Bewirken der Regelung der Verdampfung, indem die Heizung «c des Tiegels 9 dem Wert dieser Komponente zugeordnet wird. Aus diesem Grande ist der Ausgang 24 des Synchrondetektors 21 außerdem an einen Servo- oder Nachlaufregler 27 angeschlossen, der in den Heizstromkreis 28 des Tiegels 9eingeschaltet ist. Auf diese 65 Weise läßt sich eine sehr konstante Verdampfungsgeschwindigkeit erzielen, der man einen nach Belieben gewählten Wert V geben kann, der an dem Servoreg-Ict 27 angezeigt wird, was in Fi c 1 durch den Pfeil

Io

29 dargestellt ist.

Es zeigt sich, daß dieses Meßgerät kein einziges bewegliches mechanisches Teil enthält. Es ist sehr einfach, wobei die ihm zugeordneten elektrischen Einrichtungen alle hinreichend bekannt sind. Trotz, dieser Einfachheit ermöglicht es eine genaue Messung der Verdampfiingsgesrhwindigkcit und die Zuordnung der Verdampfimgsceschwindigkeit zu einem nach Beliehcn wählbaren eindeutig bestimmten Wert. Es liefert ein Signal mit hoher Frequenz und ist für in dem Tiegel erzeugte Ionen unempfindlich, verschmutzt nicht, wobei sich die Messung auf einen genau definierten Abschnitt des Dampfstrahls bezieht und aus diesem Grunde ein örtlich begrenztes Volumen betrifft.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Abtastung elektrostatisch ist. Selbstverständlich läßt sich die geradlinige Abtastung auch durch andere Mittel, beispielsweise auf magnetischem Wege, erzielen. Außerdem braucht die Abtastung nicht unbedingt als symmetrische Sägezahnabtastung zu erfolgen, obwohl dies bei der schemalischcn Darstellung nach Fig. 2 der Fall ist. Sie kann wellenförmig sein, was die Bauweise des Oszillators 19 vereinfacht. Sie kann auch eine asymmetrische Sägezahnabtastung mit Schnell rücklauf sein. Die einzige zu erfüllende Bedingung ist die. daß ihre Frequenz / derart ist. daß die zwei aufeinanderfolgende Überquerungen des Dampfstrahls durch den Elektronenstrahl voneinander trennende Zeitspanne groß genug ist. damit der Schub der bei der ersten Überquerung erzeugten Stoßprodukte den Sammler 4 erreicht hat, bevor der bei der nächstfolgenden Überquerung erzeugte Schub ankommt.

An Stelle einer Abtastung auf einer Ebene (bei Betrachtung von der Elektronenkanone 1 her geradlinige Abtastung) kann eine Abtastung entlang eines Kegels (von der Kanone I her gesehen kreisförmige Abtastung) vorgesehen werden. In diesem Falle beschreibt der Elektronenstrahl, wie aus Fig. 3 ersichtlich, die von der Elektronenkanone 2 her gesehen einen Schnitt des Abtastkegcls durch eine zur Achse 7 der Kanone senkrechte und durch den Dampfstrahl 8 verlaufende Ebene darstellt, einen Kreis 32. der an zwei Stellen 33 und 34 auf den Dampfstrahl 8 trifft, die in unterschiedlichem Abstand von dem Tiegel 9 liegen. Pro Umlauf entstehen zwei Impulse, und zwar ein erster Impuls /,, der der Begegnung an der in der Nähe des Tiegels liegenden Stelle 33 entspricht und verhältnismäßig hoch und schmal ist, und ein zweiter Impuls /,. der der Begegnung an der in einer größeren Entfernung von dem Tiegel liegenden Stelle 34 entspricht und verhältnismäßig niedrig und breit ist. Dieser Unterschied ist der Tatsache zuzuschreiben, daß sich der Dampfstrahl mit seinem Entfernen von dem Tiegel bei gleichbleibender Dampfmenge verbreitert.

Bei dieser Kreisabtastung ist es zweckmäßig, dem Sioßproduklesammlcr 4 die Form eines Umdrehungskörpers, beispielsweise eines wie in Fig. 4 dargestellten zylindrischen oder kcgclstumpfförmigen Ringes 35, zti geben und ihn zu der Achse 7 zu zentrieren, in der Weise, daß er die abgetastete Kcgelmantelfiächc umgibt. Sein Radius muß so sein, daß sein Ahstand von dieser Flüche das Unterscheiden der Impulse Z₁ und /₂ ermöglicht.

Die Ablenkvorrichtung 2 besitzt dann zwei im rechten Winkel zueinander orientierte Ablcnkplatlenpaarc. Diese Ablenkplattcnpaarc können entweder. wie es in Fig. 4 darcesirHt isi. beide elektrostatische Ablenker oder beide magnetische Ablenker sein oJer es kann gegebenenfalls auch ein gemischtes System sein, bei welchem einer der Ablenker elektrostatisch und der andere magnetisch ist. Diese heiden Ablenker sind je an einen der Ausgänge des Oszillators 19 angeschlossen, der zwei um 90" zueinander phasenverschobene Sinusspannungcn liefert. Somit ist das Ablenkplattenpaar 2a, 2fr des horizontalen Ablenkers an den Ausgang 56. das Ablenkplattcnpaar 2r, 2J des vertikalen Ablenkers an den Ausgang 37 angeschlossen, während letzteres außerdem an den Hilfseingang 23 des Synchrondetektors 21 angeschlossen ist.

Der verbleibende Teil des Meßgeräts ist unvcrändert und seine Arbeitsweise ist die gleiche, wie die an Hand von Fig. 1 beschriebene Arbeitsweise.

Ohne Rücksicht auf die verwendete Abtastart ist es zur Vermehrung der Empfindlichkeil des Meßgeräts wichtig, die Intensität des Stromes des Elcktro-

ϊο ncnstrahls zu stabilisieren. Dazu ist der Elektrini1.11-sammlcr 3, wie in Fig. la gezeigt, über eine Rückkopplungsleitung 38 an die Heizstromquelle 15 für die Kathode 16 angeschlossen. Dieser Sammler liegt nicht mehr an der Masse, sondern ist an eine

»5 Hilfsstromquelle 39 angeschlossen, die ihn auf ein gegenüber Masse positives Potential bringt.

Das Meßgerät nach Fig. 1 mit geradliniger Abtastung eignet sich zur Messung mehrerer Dampfstrahlcn. Diese Abtastung ist in Fig. 5 veranschaulicht, die ein Schema nach Art des Schemas gemäß Fig. 2 ergibt, jedoch für den Fall, daß drei gesonderte Dampfstrahlcn, und zwar die Strahlen 35a, 35fr und 35r vorhanden sind.

Im Verlaufe der Abtastung trifft der Elektroncnstrahl nacheinander auf diese Strahlen, wobei jedesmal ein Impuls des Stromes des Sammlers 4 entsteht. So entspricht der Impuls α dem Auftrcffcn auf den Strahl 35a, der Impuls fr dem Auftreffen auf den Strahl 35fr usw. Diese Impulse folgen im Verlaufe eincr Abtastperiode in der Reihenfolge abccba. wobei an Stelle des einzigen Synchrondetektors 21 (Fig. 1) eine Detektorschaltung 40 (Fig. 6) vorgesehen werden muß, die aus drei Synchrondetektoren 41,42 und 43 besaht und der ein Weichensystem 44 vorgeschaltet ist, in der Weise, daß die Impulse sortiert und dem entsprechenden Synehrondctektor zugeführt werden Das Weichensystem besteht aus drei Gattern 45, 4€ und 47, die je durch eine bistabile Schallunggesteuen werden, die an und für sich durch zwei Auslösekreise beispielsweise zwei Schmitt-Kippschaltungen mil gestuften Auslöseschwcllcn, ausgelöst werden. So ist da« Gatter 45 durch die bistabile Schaltung 48 gesteuert die an sich durch zwei Schmitt-Kippschaltungen 49i und 49fr ausgelöst wird. Diese Schmitt-Kippschaltun-

gen erhallen über die Leitung 23 die Abtastspannung wobei die erste, 49a, so eingestellt ist, daß sie anspricht, wenn die Ahtastspannung den Wert erreicht der einer links des Strahles 35a (Fig. 5) liegender Stellung v„ entspricht, während die zweite Kippschal-

Hing 49fr so eingestellt ist, daß sie anspricht, wenn die Abiastspannung den Wert erreicht, der einer rechts des Strahles 35a, jedoch links des Strahles 35fr liegenden Stellung *, des Elektronenstrahls entspricht. Die Schmitt-Kippschaltungen 5On und 50fc

sind so eingestellt, daß sie ansprechen, wenn dit Abtastspannung die der Stellung λ, bzw. _Xy die den Dampfstrahl 35fr abgrenzen, entsprechenden Werte erreicht, vo daß die bistabile Schaltung 51 das Gitter

ίο

46 in dor Weise steuert, daß nur die Impulse h durch es hindurchgehen. Dies gilt in entsprechender Weise für die Schmitt-Kippschaltungen 52a, 526, die ansprechen, wenn der Elektronenstrahl die den Dampfstrahl 3Sf abgrenzenden Stellungen A₄ bzw. .v_s erreicht und das Gatter 47 nur die Impulse c durchlaßt. Auf diese Weise werden die Gatter 45, 46 und 47 aufeinanderfolgend so geöffnet und geschlossen, daß aiie Impulse «(Fig. 5)demSynelirondetektor41,alle

eines krummlinigen Trapezes hat, dessen Hasen zu der Scliwingungsmitie64des Elektronenstrahls zentrierte Kreisbogen sind. Schließlich hat der Eleklronensammler 3 hier eine tiefe konkave Form, durch die die Gefahr von Störungen verringert wird, die sich aus der Sekundäremission auf Grund des Aufpralls des Elektronenstrahls 5 ergeben könnten. Außerdem ist es zweckmäßig, dem Elektronensammler 3 eine torische Form zu geben, indem man ihn in der Abtast-

gen können also an ein Meßinstrument angelegt und/ oder aufgezeichnet und/oder dazu verwendet werden, die Heizung der Tiegel in der an Hand von Fig. 1 beschriebenen Weise zu regeln.

Impulse/? dem Synchrondetektor 42 und alle Im- ¹⁰ ebene krümmt, wie es auch zweckmäßig ist, den Stoßpulse c dem Synchrondetektor 43 zugeführt werden. produktesammler 4 zu krummen, indem man ihm die Die an den Ausgängen 24a, 246 und 24c auftretenden Form eines Kegeis gibt, dessen Achse zur Abtastebene Spannungen bilden also je ein Maß der numerischen senkrecht und durch den Schwenkungspunkt 64 \er-Dichte der in den Dampfstrahlen 35a, 356 bzw. 35c läuft.

enthaltenen Atome oder Moleküle. Diese Spannun- >5 Die Arbeitsweise dieses Meßgeräts ist in Fig. K

schematisch dargestellt, in welcher die Kurve 70 die Veränderung der zwischen den Ablenkplatten der Ablenkvorrichtung 2 angelegten Abtastspannung als Funktion der Zeit, d. h. die Stellung des Elektronen-

Im Vorstehenden wurde angenommen, daß die ^ao Strahls 5 inbezugauf den Dampfstrahl 8 darstellt. Der Dampfsirahlen 35a, 356 und 35c aus gesonderten durch den Stoßproduktesammler 4 gesammelte Quellen stammen und aus verschiedenen Dämpfen Strom i hat den durch die Kurve 71 dargestellten Verbestehen. Wenn diese Dampfstrahlen dagegen aus ei- lauf. Dieser Strom besteht aus einem konstanten ner gemeinsamen Quelle stammen, können die Aus- Strom i_u infolge der Stoßprodukte, die der Elektrogänge 24a, 24b und 24c vereinigt oder ein Synchron- »5 nenstrahl 5 erzeugt, wenn er in seiner Stellung 5a nur detektor mit einem einzigen Kanal, wie beispielsweise auf die Atome des Restgases trifft, dem sich ein perioder Detektor 21 nach Fig. 1 und 2, verwendet wer- discher Strom i, überlagert, der aus den Stoßprodukden, jedoch muß dieser Detektor dann auf einer Fre- ten herrührt, die der Elektronenstrahl erzeugt, wenn quenz synchronisiert werden, die gleich dem Produkt er in seiner Stellung 56 auf den Dampfstrahl trifft, aus der Abtastfrequenz mal dem Zweifachen der An- 3o Somit schwankt der durch den Sammler 4 gesammelte zahl Dampfstrahlen ist. Bei einer gegebenen Abtast- Strom zwischen den Werten /„ und / = /„ + /,. Der frequenz/„ erhält man somit sowohl im Falle der Ver- diesen Strom erhaltende Synchrondetektor 21 schaltet einigungder Ausgänge 24a, 24b. 24c als auch im Falle die stetige Komponente /„ aus, so daß die Anzeige der Verwendung eines Synchrondetektors mit einem des Instruments 25 der periodischen Komponente i, einzigen Kanal Impulse mit der Frequenz 2 ^j/₀Jbei 35 allein entspricht, deren Amplitudenveränderungen

die Dichtenveränderungen des Dampfstrahls, also die Veränderungen der Verdampfungsgeschwindigkeit wiedergeben.

Die Abtastung durch Hin- und Herschwenken und dere elektronische Detektorkreise und -schaltungen 40 die dem Querschnitt des Dampfstrahls gegebene Tradenkbar, ganz gleich, ob das Meßgerät zum Messen pezform geben also diesem Meßgerät den dreifachen

Vorteil, daß es gegenüber Zentrierfehlern der Achse der Elektronenkanone gegenüber dem Dampfstrahl ...... ^w'e gegenüber Amplitudenschwankungen der Ab-

dritte Ausführungsform unterscheidet sich von den 45 tastspannung unempfindlich ist und eine von den beiden vorgehenden Ausführungsformen in der Ab- Randwirkungen unabhängige sehr konstante Emptastung des Elektronenstrahls 5 und durch die den findlichkeit hat. Diese Vorteile sind besonders dann Querschnitt des Dampfstrahls 8 abgrenzende Blende wertvoll, wenn die Messung der Verdampfungsge-10. An Stelle einer Sägezahnabtastung nimmt man schwindigkeit sehr genau und sehr gut reproduzierbar hier eine Vierkantwellenabtastung zu Hilfe, wie sie 50 sein soll.

Es leuchtet ein, daß man eine Abtastung durch Hin- und Herschwenken erhält, wenn man der Abtastspannung d,- Form von Rechleckwellen gibt. Die Verwen-

.,_. . . - _{t Ct} „ _/e , dung von Vierkantwellen, die einen besonderen Fall

strahl 5 in einer seiner extremen Stellungen (5a) an 55 der Verwendung von Rechteckwellen darstellt verdem Dampfstrahl 8 vorbeigeht und daß er in der an- einfacht etwas die Schaltung des Abtastgenerators 19 deren seiner extremen Stellungen (56) diesen Dampf- und des Synchrondetektors 21 strahl durchquert^ Die Blende 10 weist eine Öffnung Desgleichen ist klar', daß man bei mehreren zuein-

60 auf die die Form eines krummhmgen Trapezes ander parallelen Dampfstrahlen eine stufenförmige hat, wobei die beiden Basen 61, 62 zueinander kon- 60 Abtastung mit svmrnetrUrhpm P.i.-Hs.if oder zentrische Kreisbogen sind, die zu dem Punkt 63 zen- Schnellrikklau zu KnehmenInn dieden BA-triert sind, der die Projektion der Schwingungsmitte tronenstrahl dazu zwLt Sna^rfolaend zwl 64 des Elektronenstrahls 5 in der Ebene der Blende sehen und in d™DmX'rSS iS ??I⁸ 3Sc7xe-10 ist. Die beiden gradlinigen Seiten 65, 66 laufen henzuWciben, wieTeTdieKumJ₀ nadi Fig9 in Richtung auf diesen Projektionspunkt zusammen. e₅ veranschaulicht, die mit Fi _ß 5 zu veroleichen ist Je-Daraus ergibt sich daß der Schnitt durch den Dampf- der der Dampfstrahl™ hat L *?JZ I 11 · In tra

pezförmiKäS ? ^i L

welcher η die Anzahl der Dampfstrahlen ist. Die Tatsache, daß man auf diese Weise ein Signal mit höherer Frequenz erhält, kann wertvolle Vorteile haben. Selbstverständlich sind für den Fachmann auch ander Verdampfungsgeschwindigkeit ausgehend von einem einzigen Tiegel oder ausgehend von mehreren Tiegeln verwendet wird. Die in Fig. 7 dargestellte

durch die Kurve 70 (Fig. 8), der zwischen den Ablenkplatten der Ablenkvorrichtung 2 angelegten Spannung dargestellt ist. Die Achse der Elektronenkanone 1 wird so angeordnet, daß der Elektronen-

Daraus ergibt sich, daß der Schnitt durch den Dampf

strahl 8 in der Abtastebene (Ebene, in welcher sich pezförmigen der Elektronensirahl 5 verstellt) ebenfalls die Form von Fig. 7

er

Ln Hand

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

; Patentansprüche:

1. Meßgerät zur Ermittlung der Verdampfungsgeschwindigkeit von in Form mindestens eines

* Dampfstrahl ■ in einer Vakuumkammer verdampften Substanzen mil Hilfe eines Elektronenstrahls mit einem in bezug auf den Dampfstrahl auf der entgegengesetzten Seite der Elektronenquelle angeordneten Elektronensammler, einem »ο Stoßproduktesammler und mindestens einem außerhalb der Vakuumkammer angeordneten Meßinstrument zum Messen mindestens eines Teiles des in dem Stoßproduktesammler fließenden Stromes,dadurch gekennzeichnet,daßdie >5 Elektronenquelle einen feinen, dünnen Elektronenstrahl (5) erzeugt, der ein_*r am Ausgang der Elektronenquelle (1) angeordneten Ablenkvorrichtung (2) zugeordnet ist, durch die der Elektronenstrahl (5) unter der Einwirkung eines außer- »o halb der Vakuumkammer (13) angeordneten Ablenkgenerators (19) periodisch längs einer Abtastflächc bewegbar ist, von der ein Teil mindestens einen Teil des Dampfstrahls (8) schneidet, wobei der Stoßproduktesammler (4) außerhalb as dieser Flache (6) angeordnet ist, und daß der Stoßproduktesammler (4) an den Eingang (22) einer Detektorschaltung (21) angeschlossen ist, die außerhalb der Vakuumkammer (13) liegt, und daß aus dem in dem Sammler (4) unter Einwirkung der gesammelten Stoßprodukte fließenden Strom die stetige Komponente ausgefiltert wird, so daß an ihrem Ausgang (24), an welchen das Meßinstrument (25) angeschlossen ist, nur die periodische Komponente dieses Stromes auftritt. 3S

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenquelle aus einer Elektronenkanone (1) besteht.

3. Meßgerät nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Sammlung von Ionen als Stoßprodukten unelastischer Zusammenstöße der Elektronen des Elektronenstrahls (5) durch den Stoßproduktesammler (4) dieser gegenüber dem Elektronensammler (3) auf ein negatives Potential gebracht wird.

4. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Sammlung von durch die Elektronen des Elektronenstrahls (5) zerstreuten Elektronen als Stoßprodukten elastischer Zusammenstoße der Elektronen des Elektronen-Strahls durch den Stoßproduktesammler (4) dieser gegenüber dem Elektronensammler (3) auf ein positives Potential gebracht wird.

5. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkvorrichtung (2) eine Ablenkvorrichtung mit geradliniger Abtastung ist, so daß der Elektronenstrahl (5) einen von dem Dampfstrahl (8) durchquerten Ebenenubschnitt (6) abtastet.

6. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung (2) eine Abtastvorrichtung mit Kreisabtastung ist, so daß der Elektronenstrahl (5) eine konische Umdrehungsfläche abtastet, deren Achse auf den Dampfstrahl (S) trifft und die von dem Dampfstrahl durchquert wird.

7. Meßgerät nach den Ansprüchen I oder 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz oder Substanzen in Form von mindestens zwei Dampfstrahien (35a,35ft,35c) verdampft werden, wobei die Detektorschaltung aus einer Einheit mit mehreren unterschiedlichen Kanälen, in ihrer Anzahl gleich der Anzahl der Dampfstrahlen und einem elektronischen Synchronweichensystem (44) besteht, das den in dem Stoßproduktesammlsr fließenden Strom zyklisch jedem der KanäJe zuführen kann, wobei das Weichensystem durch den Ablenkgenerator so gesteuert wird, daß die Reihenfolge der den Strom infolge der Stoßprodukte aufnehmenden Kanäle mit der Reihenfolge der durch den Elektronenstrahl (5) getroffenen Dampfstrahlen (35a, 35b, 35c) übereinstimmt, so daß das Meßgerät aufeinanderfolgend die Dampfgeschwindigkeit im Inneren mehrerer Dampfstrahlen messen kann.

8. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronensammler (3) an einen Regler für den durch die Elektronenkanone ausgesandten Strom angeschlossen ist, so daß die Intensität des Elektronenstrahls auf einem konstanten Wert gehalten wird.

9. Meßgerät nach den Ansprüchen 1 oder 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Generator (19) gelieferte Abtastspannung die Form einer Rechteckwelle hat, so daß der feine, dünne Elektronenstrahl in dem Ebenenabschnitt abwechselnd aus einer ersten Stellung (5a), in welcher er an dem Dampfstrahl (8) vorbeigeht, in eine zweite Stellung (Sb) schwenkt, in welcher er den Dampfstrahl durchquert, wobei der Querschnitt des Dampfstrahls an dem Ebenenabschnitt die Form eines krummlinigen Trapezes aufweist, dessen Hasen zueinander konzentrische, zu dem Schwenkungspunkt (64) des Elektronenstrahls (5) zentrierte Kreisbogen sind und dessen Seiten zu den Kreisbögen radial verlaufen.

K). Anwendung des Meßgeräts nach den Ansprüchen 1 bis 9 zur Regelung der Verdampfungsgeschwindigkeit der in der Vakuumkammer verdampften Substanzen, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Amplitude der periodischen Komponente gebildete Signal zum Steuern eines Reglers (27) verwendet wird, der die Beheizung für den Verdampfungstiegel (9), von welchem der Dampfstrahl (8) ausgeht, in der Weise regeln kann, daß die Verdampfungsgeschwindigkeit einem vorgeschriebenen Sollwert zugeordnet ist.