DE2336825B2

DE2336825B2 - METHOD AND DEVICE FOR TEMPERING A SUBSTRATE CARRYING VAPORIZED COATINGS

Info

Publication number: DE2336825B2
Application number: DE19732336825
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr. 8000 München Bayer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-07-19
Filing date: 1973-07-19
Publication date: 1976-08-05
Also published as: DE2336825A1

Description

Zur Herstellung epitaktischer Aufdampfschichten oder zur Erzeugung von Verbindungen, über die Reaktion einzelner übereinander aufgedampfter Komponenten sind in manchen Fällen Temperprozesse bei sehr hohen und gut konstant zu haltenden Temperaturen erforderlich. Zu diesem Zweck werden die Aufdampfschichten tragenden Substrate, z. B. p.us einem keramischen Material bestehende Trägerplättchen, auf ein aus Metall gebildetes Schiffchen gelegt, wobei man sodann dieses Schiffchen in einer Vakuumkammer mittels Widerstands- oder Induktionserwärmung auf die zum Tempern der Aufdampfschichten erforderliche Temperatur aufheizt. Dieses Verfahren besitzt jedoch einige Nachteile. Wird z. B. das das Substrat tragende Schiffchen in einem Vakuumsystem durch Widerstandserwärtnung erhitzt, so treten über die elektrischen Stromzuführungen — insbesondere bei sehr hohen Temperaturen — hohe Wärmeleitverluste auf; wird indessen das das Substrat tragende Schiffchen induktiv erwärmt, so ist eine Temperaturmessung schwierig und ungenau, denn durch die elektrische Induktion wird auch der aus Thermoelementen bestehende Meßfühler beeinflußt Derartige Einstreuungen in den Meßkreis führen zu verfälschten Meßergebnissen.For the production of epitaxial vapor deposition layers or for the production of connections via the Reaction of individual components evaporated on top of one another are in some cases annealing processes very high temperatures that can be kept constant are required. For this purpose, the Substrates carrying vapor deposition layers, e.g. B. p.us a ceramic material existing carrier plate on A boat made of metal is placed, and this boat is then placed in a vacuum chamber by means of resistance or induction heating to the temperature required for tempering the vapor deposition layers Temperature heats up. However, this method has several disadvantages. Is z. B. that supporting the substrate Boats in a vacuum system heated by the creation of resistance, so step over the electric ones Power leads - especially at very high temperatures - high heat conduction losses; will while the boat carrying the substrate is inductively heated, a temperature measurement is difficult and imprecise, because the electrical induction also renders the thermocouple sensor influences Such interferences in the measuring circuit lead to falsified measuring results.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verehren zum Tempern eines Aufdampfschichten tragenden Substrates zu schaffen, durch weiche die vorgenannten Nachteile vermieden werden sollen. Dieses Verfahren ermöglicht eine allseitig gleichmäßige Erwärmung des Substrates bzw. der Aufdampfschichten auf sehr hohe Temperaturen und somit einen definierten Ablauf von Reaktionen der einzelnen Aufdampfschichten untereinander, wobei gleichzeitig der Vorteil gegeben ist, daß aus der Umgebung abdampfende Verunreinigungen nicht an das Substrat herantreten können.The specified in claim 1 invention is therefore based on the object of an adoration for To create annealing of a substrate carrying vapor deposition layers, by means of which the aforementioned Disadvantages should be avoided. This process enables uniform heating of the Substrates or the vapor deposition layers to very high temperatures and thus a defined sequence of Reactions of the individual vapor deposition layers with one another, at the same time having the advantage that Impurities evaporating from the environment cannot reach the substrate.

Als Maieria! für den Substratträger bzw. Block ist insbesondere das schwer schmelzbare Molybdän geeignet. Die Auflagefläche des Blockes ist so gemäß Anspruch 2 gebildet, daß er in die Pfanne einer Elektronenkanone einsetzbar ist. Beschußfläche des Blockes ist die obere Deckfläche. Innerhalb des im Block eingebrachten Schlitzes ist das Substrat ähnlich wie in einer Ofenkammer — gelagert; diese Kammer schützt die zu tempernden Aufdampfschichten vor eventuell aus der Umgebung abdampfenden Verunreinigungen.As Maieria! Molybdenum, which is difficult to melt, is particularly suitable for the substrate carrier or block. The bearing surface of the block is formed according to claim 2 that it is in the pan of a Electron gun can be used. The firing area of the block is the upper deck area. Within the im Block inserted slot, the substrate is similar to an oven chamber - stored; these Chamber protects the evaporation layers to be tempered from any evaporation from the environment Impurities.

Durch die konstruktive Ausbildung nach Anspruch 3 wird gewährleistet, daß der Wärmefluß zwischen der durch die Elektronenstrahlen getroffenen Deckfläche bzw. der Erwärmungsfläche des Blockes und der mittelbar durch die wassergekühlte Pfanne der Elektronenkanone gekühlten Auflagefläche des Blockes, außerhalb des Erwärmungsbereiches des Substrates verläuft. Durch die; geringe Auflagefläche nach Anspruch 5 soll der Wärmeübergang von der Deckfläche des Blockes zur Pfanne so gering wie möglich und der Wärmefluß innerhalb des Blockes aus dem Bereich der Substraterwärmungszone gehalten werden.The structural design according to claim 3 ensures that the heat flow between the hit by the electron beam cover surface or the heating surface of the block and the indirectly cooled by the water-cooled pan of the electron gun, the contact surface of the block, runs outside the heating area of the substrate. Through the; small contact area according to claim 5, the heat transfer from the top surface of the block to the pan should be as low as possible and the Heat flux within the block can be maintained from the area of the substrate heating zone.

Falls gemäß Anspruch 6 ein Temperaturfühler eingebaut ist, kann die Temperatur in Subtratnähe gemessen und gesteuert werden.If, according to claim 6, a temperature sensor is installed, the temperature can be close to the substrate can be measured and controlled.

Soll während des Temperprozesses auch eine Dotierung der Aufdampfschichten des Substrates erfolgen, so ist es vorteilhaft, den Block mit Kanälen zu versehen, wobei diese Kanäle den das Substrat aufnehmenden Schlitz mit dem Außenraum verbinden.Should also a doping of the vapor deposition layers of the substrate during the annealing process take place, it is advantageous to provide the block with channels, these channels denote the substrate Connect the receiving slot with the outside space.

Anhand der Zeichnungen wird das erfinderische Verfahren näher erläutert sowie eine zur Ausübung des Verfahrens dienende Vorrichtung gezeigt.The inventive method is explained in more detail with the aid of the drawings, as well as one for exercising the Process serving device shown.

Die F i g. 1 und 2 zeigen einen zum Tempern eines Substrates dienenden Block 1. Dieser Block besteht aus einem hochschmelzenden Metali, z. B. aus Molybdän, oder aus einer Metall-Keramik-Masse. Im Block ist ein zur Aufnahme des Substrates dienender Schlitz 2 eingebracht der in Form eines Sackloches und somit als nur einseitig offene Kammer gebildet ist Unter dem zur Aufnahme des Substrates dienenden Schlitz 2 befindet sich ein Temperatur-Nivellierungsschlitz 3; dieser Schütz erstreckt sich durch den Block. Eine Bohrung 4 dient zur Aufnahme eines Wärmefühlers. Die Auflagefläche 5 des Blockes 1 trägt mittig einen Kegel 6, der als Aufnahmeraste zum Einsetzen in die Pfanne einer Elektronenkanone dient.The F i g. 1 and 2 show a block 1 used for tempering a substrate. This block consists of a refractory metal, e.g. B. from molybdenum, or from a metal-ceramic mass. There is a in the block for receiving the substrate serving slot 2 introduced in the form of a blind hole and thus as Chamber open only on one side is formed under the slot 2 serving to receive the substrate a temperature leveling slot 3; this contactor extends through the block. One hole 4 serves to accommodate a heat sensor. The bearing surface 5 of the block 1 carries a cone 6 in the center, which as Support for inserting it into the pan of an electron gun.

F i g. 3 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine Elektronenkanone 7, in deren Pfanne 8 der Block 1 eingesetzt ist. Wie ersichtlich, dient der Kegel 6 als Zentrierraste; der Block liegt lediglich mit seinerF i g. 3 shows, in a schematic sectional illustration, an electron gun 7, in the pan 8 of which the block 1 is shown is used. As can be seen, the cone 6 serves as a centering detent; the block only lies with his

peripheren Randzone 9 gegen den Rand der Pfannenwandung. Durch diese konstruktive Ausbildung wird einerseits ein zentrischer Sitz des Blockes 1 in der Pfanne 8 gewährleistet, andererseits jedoch, und zwar durch die relativ kleine Auflagefläche, ein starker Wärmeübergang an der gekühlten Wandung der Pfanne verhindert Die von der Emissionselektrode 18 ausgehenden Elektronenstrahlen 10 gelangen — durch hier nicht dargestellte Magnete bzw. Magnetfelder abgelenkt — auf die Deckfläche 11 des Blockes 1, so daß der Block durch die dabei auftretende Elektronenbremsenergie erwärmt wird Die Erwärmung des im Schlitz 2 eingesetzten Substrates 12 erfolgt indessen über den Steg 14 durch Berührung und Wärmestrahlung der Wandungen des Schlitzes.peripheral edge zone 9 against the edge of the pan wall. Through this constructive training on the one hand a centric seat of the block 1 in the pan 8 ensured, on the other hand, however, namely due to the relatively small contact surface, a strong heat transfer on the cooled wall of the pan prevents the electron beams 10 emanating from the emission electrode 18 from passing through here Not shown magnets or magnetic fields deflected - on the top surface 11 of the block 1, so that the The block is heated by the electron braking energy that occurs in the process The substrate 12 used, however, takes place via the web 14 by contact and thermal radiation of the Walls of the slot.

Wie insbesondere aus F i g. 1 ersichtlich, entsteht ein Wärmegefälle zwischen der Deckfläche 1 und der Randzone 9 an der Auflagi- bzw. Basisfläche 5 des Blockes 1. Der Wärmefluß 13 innerhalb des Blockes erfolgt von seiner Deckfläche über die randnahen Wandungsteile des Blockes zu seiner Auflagefläche. Durch den Temperatur-Ni\ ellierungsschlitz 3 wird ein Steg 14 geschaffen, der außerhalb des Wärmestromes gelegen ist. Dadurch herrscht innerhalb des Steges 14 eine nahezu konstante Temperatur, die nur geringfügig unterhalb der Temperatur des Decksteges 15 gelegen ist. Durch diese konstruktive Ausbildung des Blockes können Materialspannungen während des Temperprozesses innerhalb des Substrates bzw. der Aufdampfschichten des Substrates vermieden werden.As in particular from FIG. 1, there is a heat gradient between the top surface 1 and the Edge zone 9 on the support or base surface 5 of the block 1. The heat flow 13 within the block takes place from its top surface over the wall parts of the block close to the edge to its support surface. A web 14 is created by the temperature leveling slot 3, which is outside the heat flow is located. As a result, there is an almost constant temperature within the web 14, which is only slightly is located below the temperature of the deck web 15. Through this constructive formation of the block can cause material stresses during the tempering process within the substrate or the vapor deposition layers of the substrate can be avoided.

Ein in die Bohrung 4 einsetzbarer Thermofühler dient einerseits zur Regelung der Heizleistung für die Emissionselektrode und andererseits zur Steuerung eines Temperatur-Anzeigeinstrumentes.A thermocouple that can be inserted into the bore 4 is used, on the one hand, to regulate the heating power for the Emission electrode and on the other hand for controlling a temperature display instrument.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for annealing a substrate carrying vapor deposition layers, wherein the substrate by means of a heatable metal block to the temperature required for tempering the substrate heated, characterized in that the substrate in a slot of a one high melting temperature metal or ία metal-ceramic block introduces and into the vacuum chamber an electron gun uses and then by electron bombardment on the for Annealing the substrate heated to the required temperature

2. Apparatus for performing the method according to claim!, Characterized in that the Device consists of a metal or metal-ceramic block (1), which is in the form of a The pan (8) of an electron gun (7) which can be inserted is formed and at least one slot (2) for receiving the substrate (12) to be tempered

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that between the receiving slot (2) for the substrate (12) and the support surface (5) of the block (1) a temperature leveling slot (3) is arranged

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the bearing surface (5) of the block (1) a cone (6) and the cone the seat catch and support for the block in the pan (8) of the Electron gun forms.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the cone (6) only with its peripheral Edge zone (9) rests in a circular ring against the pan wall (8) of the electron gun (7).

6. Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that in the block (1) a Bore (4) is introduced for receiving a temperature sensor

7. Device according to one of claims 2 to 6, characterized in that the block (1) from Molybdenum is made up.

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