DE1907542B2 - DEVICE FOR FLUSH EVAPORATION IN ULTRA HIGH VACUUM - Google Patents
DEVICE FOR FLUSH EVAPORATION IN ULTRA HIGH VACUUMInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schwebeverdampfung im Ultrahochvakuum mit einer mit Sichtfenstern versehenen Vakuumkammer, in welcher Abdeckmasken für die Sichtfenster, ein Substrathalter und ein Schwtbeinduktor vorgesehen sind.The invention relates to a device for floating evaporation in an ultra-high vacuum with a Vacuum chamber provided with viewing windows, in which cover masks for the viewing windows, a substrate holder and a floating inductor are provided.
Durch Schwebeverdampfung im Ultrahochvakuum, z. B. 10~9 bis 10 Torr, lassen sich dünne Schichten auf beliebige Substrate ohne Benutzung eines Tiegels aufbringen. Die Technik der Schwebeverdampfung im Vakuum ist bereits bekannt.By floating evaporation in an ultra-high vacuum, z. B. 10 ~ 9 to 10 Torr, thin layers can be applied to any substrate without using a crucible. The technique of floating evaporation in a vacuum is already known.
Für gewisse Zwecke, beispielsweise für die verunreinigungsfreie Herstellung ultrareiner Überzüge, muß die Verdampfung im Ultrahochvakuum durchgeführt werden, was eine Reihe schwieriger technischer Probleme mit sich bringt. So muß alles unternommen werden, um ein zu häufiges Aufheben des nur in langwieriger Arbeit herstellbaren Ultrahochvakuums zu vermeiden. Die entsprechende Vorrichtung muß also die Möglichkeit bieten, mehrere aufeinanderfolgende Verdampfungen durchzuführen, ohne das Vakuum aufzuheben. Während sämtlicher Arbeitsgänge muß die vollständige Dichtheit der Kammer gewährleistet sein. Weiterhin sollte die Kammer verhältnismäßig kleine Abmessungen haben, um die Desorptionsentgasung und damit die Förderleistung der Pumpen und die Pumpdauer zu verringern. Außerdem müssen alle im Hochvakuum angeordneten mechanischen Einrichtungen besonders gut durchdacht sein, um jegliches Festfressen zu vermeiden und dem Erfordernis völlig sauberer Oberflächen und des Ausschließens von reibungsherabsetzenden Legierungen oder Werkstoffen zu genügen. Derartige Legierungenoder Werkstoffe enthalten normal schmierfähige Metalle, die im Ultrahochvakuum einen zu hohen Dampfdruck haben und folglich verdampfen würden. Die Verwendung von Graphit ist dabei auszuschließen, da Graphit auf Grund seiner Porosität große Gasmengen freisetzt. Das Verkleinern der Kammerabmessungen bedingt die Verkleinerung der sich in der Kammer befindenden mechanischen Einrichtungen. Dabei müssen die abgedichteten Durchführungen besonders sorgfältig ausgeführt und die mechanischen Einrichtungen einfach sein.For certain purposes, e.g. for the impurity-free production of ultra-pure coatings, the evaporation must be carried out in ultra-high vacuum, which is a number of difficult technical Brings problems. Every effort must be made to prevent the to avoid ultra-high vacuums that can only be produced in tedious work. The corresponding device must therefore offer the possibility of carrying out several successive evaporations without to break the vacuum. The chamber must be completely sealed during all operations to be guaranteed. Furthermore, the chamber should have relatively small dimensions to the To reduce desorption degassing and thus the delivery rate of the pumps and the pumping time. aside from that All mechanical devices arranged in a high vacuum must be particularly well thought out to avoid any seizure and the need for completely clean surfaces and the Excluding friction-reducing alloys or materials is sufficient. Such alloys or Materials contain normally lubricating metals, which in an ultra-high vacuum cause a have high vapor pressure and would consequently evaporate. The use of graphite is to be excluded because graphite releases large amounts of gas due to its porosity. Shrinking the Chamber dimensions require the reduction in size of the mechanical devices located in the chamber. The sealed bushings must be carried out particularly carefully and the mechanical facilities be simple.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Schwebeverdampfung im Ultrahochvakuum zu schaffen, die den vorerwähnten Erfordernissen Rechnung trägt.The invention is based on the object of a device for floating evaporation in an ultra-high vacuum to create that takes the aforementioned requirements into account.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Platte zum Transport von Trägern für zu verdampfende Werkstoffe, die jeden dieser Träger unter den Induktor führt und von außen mittels einer verschiebbaren Stange bewegbar ist, und eine weitere von außen mittels einer auf der Achse des Induktors in der Höhe verschiebbaren Stange betätigbare zweite Einrichtung zum Verschicben der Abdeckmasken für die Sichtfenster und zum Einschieben der Träger von unten in das Innere des Induktors.According to the invention, this object is achieved by a plate for transporting carriers for those to be evaporated Materials that each of these carriers leads under the inductor and from the outside by means of a sliding Rod is movable, and another from the outside by means of a on the axis of the inductor in the height-adjustable rod actuatable second device for moving the cover masks for the viewing window and for inserting the carrier from below into the interior of the inductor.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näherAn embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below
beschrieben. Es zeigtdescribed. It shows
Fig. 1 eine Gesamtansicht dsr Vorrichtung nach der Erfindung,Fig. 1 shows an overall view of the device according to the invention,
Fig. 2 einen Schnitt in senkrechter Ebene durch den Probenträger nach der Erfindung.2 shows a section in a vertical plane through the sample carrier according to the invention.
In Fig. 1 ist ein Teil der Wandung 1 eier Vakuumkammer dargestellt, die den Boden dieser Kammer bilci.;t. Die Kammer ist mit Sichtfenstern 2 versehen, die nicht unbedingt einander diametral gegenüberliegend angeordnet sein müssen. Über einem Induktor 4 zum Bewirken des Schwebens und der Erhitzung der zu verdampfenden Proben ist ein Schichtträgerhalter 3 angeordnet. Ein Auffangtiegel 29 sowie die sich in Probenträgern 6 befindenden zu verdampfenden Proben oder Chargen 5 sind auf einer Transportein- 1S richtung angeordnet, die gemäß pig. 1 als eine Drehscheibe 10 ausgebildet ist. Diese Drehscheibe wird mit Hilfe eines aus Zahnrad 7 und Zahnstange 8 bestehenden Systems in Drehbewegung versetzt, bei welchem die Zahnstange an einer Stange 9 ausgebildet ao ist, die die Wand der Kammer mit Hilfe einer abdichtenden Metallbalg-Durchführung ähnlich denen handelsüblicher Ultrahochvakuumventile durchragt, die in Fig. 1 nicht dargestellt ist. Es ist also durch eine von außen her gesteuerte einfache Verschiebebewe- a5 gung der Stange möglich, die Drehscheibe 10 in Drehbewegung zu versetzen. Die Drehscheibe ist derart angeordnet, daß jede der Proben annähernd genau senkrecht unter den Induktor geführt werden kann.In Fig. 1 a part of the wall 1 egg vacuum chamber is shown, which bilci the bottom of this chamber.; T. The chamber is provided with viewing windows 2, which do not necessarily have to be arranged diametrically opposite one another. A layer support holder 3 is arranged above an inductor 4 for causing the levitation and heating of the samples to be evaporated. A catch pan 29 and that are available in sample holders 6 to be vaporized or batches 5 1 S direction are arranged on a transport equipment, which according to p ig. 1 is designed as a turntable 10. This rotary disc is set with the aid of a group consisting of gear 7 and pinion 8 system in rotary motion, wherein the rack is ao formed on a rod 9, which is similar with the help of a sealing metal bellows bushing extends through the wall of the chamber which commercially available ultra-high vacuum valves, which in Fig. 1 is not shown. It is therefore by a simple controlled from the outside of the rod 5 Verschiebebewe- a supply possible to move the turntable 10 in rotation. The turntable is arranged in such a way that each of the samples can be guided under the inductor almost exactly perpendicularly.
Eine zweite Stange 12 durchragt mittels einer nicht dargestellten abdichtenden Durchführung 19 (Mctallbalg) die Wandung 1. Ganz wie die Stange 9 ist auch sie nur in Längsrichtung verschiebbar und ihre Verstellungen werden von außen her durch die Hand des Bedienenden gesteuert. Die Stange 12 weist im Inneren der Kammer eine Verlängerung 13 von geringerem Querschnitt auf, so daß an der Verbindungsstelle zwischen der eigentlichen Stange 12 und der Verlängerung 13 ein Absatz 14 entsteht. Die Verlängerung 13 der Stange setzt sich in einem Hohlzylinder 15 aus nicht leitendem und nicht porösem Werkstoff, beispielsweise aus Quarz oder »Pyrex«, fort. Die Stange 12-13-15 ist koaxial mit dem Induktor und nur durch Verschiebung in Richtung dieser Achse verstellbar.A second rod 12 penetrates by means of a sealing passage 19 (not shown) (metal bellows) the wall 1. Just like the rod 9, it is also only displaceable in the longitudinal direction and its Adjustments are controlled from the outside by the operator's hand. The rod 12 has in Inside the chamber an extension 13 of smaller cross-section, so that at the junction between the actual rod 12 and the extension 13 a shoulder 14 is formed. The extension 13 of the rod sits in a hollow cylinder 15 made of non-conductive and non-porous material, for example made of quartz or "Pyrex", continued. The rod 12-13-15 is coaxial with the inductor and can only be adjusted by shifting in the direction of this axis.
Die Verlängerung 13 der Stange 12 durchragt einen Körper in Form einer zylindrischen Buchse 16, die reibungsfrei um sie herumgleiten kann. Ihre innere Seitenfläche ist mit einer schraubenlinicnförmigen Nut 17 versehen, mit welcher ein an der Verlängerung 13 der Stange 12 befestigter Zapfen 18 in Eingriff steht. In der Wandung 1 ist eine der zylindrischen Buchse als Sitz dienende Ausnehmung 20 ausgebildet. An der Außenfläche der zylindrischen Buchse 16 sind Stäbchen 21 befestigt, an welchen wiederum Masken 22 angebracht sind, die die Sichtfenster 2 abdecken können.The extension 13 of the rod 12 penetrates a body in the form of a cylindrical bush 16 which can slide around them without friction. Its inner side surface is helical Groove 17 is provided with which a pin 18 attached to the extension 13 of the rod 12 engages stands. In the wall 1, one of the cylindrical bushing serving as a seat recess 20 is formed. On the outer surface of the cylindrical socket 16, rods 21 are attached, on which in turn masks 22 are attached, which can cover the viewing window 2.
Fig. 2 zeigt im besonderen und im einzelnen einen zur Verwendung in der an Hand von Fig. 1 beschriebenen Vorrichtunggccigneten Probenträger 6. Dieser Probenträger ist zum Transport einer Probe 5 besiiinmt. Hr hat die Form eines zylindrischen Hohlkörpers 6' mit einer die Form einer Ringscheibe aufweisenden radialen Erweiterung 23. Der Probenträger wird in einer kreisrunden Öffnung 24, die einen zwisehen dem Radius der Ringscheibe 23 und dem Radius des Zylinders 6' liegenden Radius hat, derart angeordnet, daß tier Probenträger noch eine gewisse Beweglichkeit besitzt. Im Inneren des Probenträgers ist ein Absatz 25 ausgebildet, auf dem sich ein reißstiftförmiges Behältnis 26 aus nicht leitendem und nicht porösem Werkstoff, beispielsweise aus Quarz, abstützt, welches als Tiegel dient, in den die zu verdampfende Metallprobe 5 hineingelegt wird. Der Kopf des Behältnisses ist derart dimensioniert, daß dieses im Inneren des Probenträgers nach oben verschiebbar ist. Die Abmessungen seiner Spitze sind derart, daß sie sich in das bereits beschriebene Rohr 15 (Fig. 1) einpassen läßt. Der untere Teil 27 des Probenträgers 6 ist kegelstumpf förmig ausgebildet, um sein Zentrieren um das Rohr 15 bei dessen Hochführen zu ermöglichen. Der dicke Teil 28 des Probenträgers hat einen Innendurchmesser, der das senkrechte Gleiten des Rohres 15 (in dem Probenträger) ermöglicht.FIG. 2 shows in particular and in detail one for use in that described with reference to FIG Device-suitable sample carrier 6. This sample carrier is designed for transporting a sample 5. Hr has the shape of a cylindrical hollow body 6 'with an annular disk radial enlargement 23. The sample carrier is in a circular opening 24, which one between the radius of the annular disk 23 and the radius of the cylinder 6 'has a radius lying in such a way that that animal sample carrier still has a certain mobility. Inside the sample holder is a shoulder 25 is formed on which there is a pen-shaped container 26 made of non-conductive and non-conductive porous material, for example made of quartz, which serves as a crucible into which the to be evaporated Metal sample 5 is placed in it. The head of the container is dimensioned so that this in Inside the sample carrier is displaceable upwards. The dimensions of its tip are such that they can be fitted into the tube 15 (FIG. 1) already described. The lower part 27 of the sample carrier 6 is frustoconical in order to enable it to be centered around the tube 15 when it is raised. The thick part 28 of the sample carrier has an inner diameter that allows the vertical sliding of the Tube 15 (in the sample carrier) allows.
Die im vorstehenden beschriebene Vorrichtung nach der Erfindung hat folgende Arbeitsweise. Nachdem in der Kammer 1 mit Hilfe nicht dargestellter Pumpen ein Ultrahochvakuum hergestellt worden ist, wird durch Betätigung der Bedienungsstange 9 von außen her ein Probenträger 6 in annähernd zentrierte Lage um die Achse 11 gebracht. Darauf führt der Bedienende die Stange 12 nach oben, was zur Folge hat, daß die zylindrische Buchse 16 unter Einwirkung des Zapfens 18 und ihres Eigengewichts (Prinzip Schraube-Mutter) in Drehbewegung versetzt wird. Die an den Enden der Stäbchen 21 angebrachten Abdeckmasken 22 geben dabei die Sichtfenster 2 frei. Das Steigungsmaß der schraubenlinicnförmigen Nut ist abhängig von der angestrebten Verschiebung der Abdeckmasken. Der Absatz 14 bewirkt das Anheben der zylindrischen Buchse 16, nachdem der Zapfen 18 sich über die gesamte Länge der Nut 17 abzüglich einer dem Durchmesser des Zapfens entsprechenden Strecke hochbewegt hat. Es ist in der Tat zweckdienlich, daß der Zapfen sich nicht aus der Nut herausbewegt, da sonst nach seinem Heraustreten aus dem Inneren der zylindrischen Buchse 16 die Buchse sich entweder infolge der Trägheit oder infolge von Schwingungen um einen Winkel drehen könnte, der die Rückkehr des Zapfens in seine untere Stellung unmöglich macht, da sich der obere Eingang der Nut nicht mehr senkrecht unter dem Zapfen befindet.The above-described device according to the invention operates as follows. After this an ultra-high vacuum has been established in chamber 1 with the aid of pumps (not shown), a sample carrier 6 is approximately centered by actuating the operating rod 9 from the outside Position brought about axis 11. The operator then guides the rod 12 upwards, which has the consequence that the cylindrical bush 16 under the action of the pin 18 and its own weight (principle Screw-nut) is set in rotary motion. The masking masks attached to the ends of the rods 21 22 reveal the viewing windows 2. The pitch of the helical groove depends on the desired displacement of the masking masks. The paragraph 14 causes the lifting the cylindrical bush 16 after the pin 18 extends over the entire length of the groove 17 minus one has moved up the distance corresponding to the diameter of the pin. It is indeed expedient that the pin does not move out of the groove, otherwise after it has emerged from the interior of the cylindrical bush 16, the bush either as a result of inertia or as a result of Oscillations could rotate through an angle that would cause the pin to return to its lower position makes impossible because the upper entrance of the groove is no longer perpendicular under the pin.
Darauf wird die Aufwärtsbewegung fortgesetzt und das Rohr 15 von unten her in den Probenträger eingeführt. The upward movement is then continued and the tube 15 is inserted into the sample carrier from below.
Da der Probenhalter nur einfach mit seiner Ringscheibe 23 auf die Drehscheibe 10 aufgesetzt ist, kann er sich während der Hochführbewegung des Rohres 15 in der Öffnung 24 seitlich verschieben und sich so allmählich um das Rohr herum und somit also zu der Achse 11 zentrieren.Since the sample holder is simply placed with its annular disk 23 on the rotary disk 10, can he move laterally during the upward movement of the pipe 15 in the opening 24 and so gradually center around the pipe and thus to the axis 11.
Das Zentrieren der Probe 5 umfaßt zwei Stufen, und zwar ein Grobzentrieren mit Hilfe der die Drehscheibe 10 betätigenden Sta.ige 9, gefolgt von einem Fcinzentricren durch Verstellen des Probenträgers 6 im Verlaufe des Hochführens der Stange 12, und wird benutzt, um die Verwendung einer Einrichtung nach Art einer Mikrometerschraube zu vermeiden.The centering of sample 5 comprises two stages, namely a rough centering with the help of the rotary disk 10 actuating Sta.ige 9, followed by a Fcinzentricren by adjusting the sample carrier 6 in the course of raising the rod 12, and is used to avoid the use of a micrometer-type device.
Eine derartige Einrichtung bewirkt in der Tat eine höhere Genauigkeit bei der Herstellung der mechanischen Hinrichtungen sowie viel engere Montagetolelanzen, was bei unter Ultrahochvakuum gesetzten EinriehtungeiulieGefahrdes Fressens mit sich bringt.Indeed, such a device results in greater precision in the manufacture of the mechanical ones Executions as well as much narrower assembly lances, which brings with it the risk of seizure when the unit is set under ultra-high vacuum.
Andererseits würde die Verwendung einer mikrometrischen Einrichtung, da die Einwirkung des atmospärischen Druckes auf den Metallbalg eine rcsultie-On the other hand, the use of a micrometric Facility, since the effect of atmospheric pressure on the metal bellows causes
rendc Kraft (fast 5 kg) erzeugt, die bestrebt ist, die Stange 9 in das Innere der Kammer hineinzuschieben, die Verwendung einer diese Kraft aufhebenden Vorrichtung notwendig machen.rendc force (almost 5 kg) is generated, which tries to push the rod 9 into the interior of the chamber, make the use of a device that cancels this force necessary.
Nach Durchführung der Feinzentrierung des Probenträgers kommt das seine Aufwärtsbewegung fortsetzende Rohr 15 mit der Spitze des reißstiftförmigen Behälters 26 in Eingriff und hebt ihn bis in die Mitte der Induktionsspule des Induktors 4. Darauf wird der Spule Hochfrequenzstrom zugeführt und die Probe in den Schwebezustand versetzt. Seit dem Wegdrehen der Masken 22 kann der Bedienende das Zentrieren des Probenträgers um das Rohr 15 sowie das Erzielen des Schwebezustandes der Probe in der Mitte des Induktors 4 überwachen.After the fine centering of the sample carrier has been carried out, that which continues its upward movement comes Tube 15 engages with the tip of the pen-shaped container 26 and lifts it to the center of the induction coil of the inductor 4. The coil is then fed with high-frequency current and the sample in shifted the limbo. Since the mask 22 has been turned away, the operator can do the centering of the sample carrier around the tube 15 and the achievement of the floating state of the sample in the middle of the inductor 4 monitor.
Nachdem das Schweben der Probe herbeigeführt worden ist, genügt das Absenken des Rohres 15 durch den Bedienenden in der Weise, daß es den reißstiftförmigen Behälter auf dem Probenträger absetzt, wobei es an seinem Hubende die Abdeckmasken 22 wieder vor die Sichtfenster zurückführt. Dann beginnt die Verdampfung unter Freihaltung der Sichtfenster von jeglichem Dampfniederschlag (der sich an den Masken absetzt), so daß ihre Durchsichtigkeit erhalten bleibt.After the sample has been suspended, it is sufficient to lower the tube 15 the operator in such a way that it deposits the pencil-shaped container on the sample carrier, wherein at its end of its stroke, it brings the masking mask 22 back in front of the viewing window. Then the Evaporation while keeping the viewing windows free of any vapor deposits (which can be found on the masks drops) so that their transparency is retained.
Während des Fortschreitcns der Verdampfung führt man durch Drehen der Drehscheibe 10 denjenigen Tiegel unter den Induktor, der beim Unterbrechen der Verdampfung die Metallchargen aufnehmen soll. Das Anhalten der Verdampfung (sowie das Herabfallen des schmelzflüssigen Tropfens in den Tiegel) wird durch Unterbrechen des Hochfrequenzstromes bewirkt. Auf diese Weise kann der im vorstehenden beschriebene Arbeitszyklus mit einer anderen Metall-As the evaporation progresses, the turntable 10 is turned Crucible under the inductor, which absorbs the metal batches when the evaporation is interrupted target. Stopping the evaporation (as well as the falling of the molten drop into the crucible) is effected by interrupting the high frequency current. In this way, the above work cycle described with a different metal
»o charge ohne Aufhebung des Vakuums sogleich wiederholt werden.»O charge repeated immediately without breaking the vacuum will.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist unschwer zu entnehmen, daß die Vorrichtung nach der Erfindung von äußerst einfacher Bauart ist. Es sind für dasFrom the above description it is easy to see that the device according to the invention is of extremely simple construction. It is for that
is Wechseln bzw. Austauschen der zu verdampfenden Proben, ihr Anbringen in dem Induktor sowie für die Verstellungen der Sichtfenstermasken nur zwei abgedichtete Durchführungen notwendig.is changing or exchanging the to be evaporated Samples, their installation in the inductor and for the adjustment of the viewing window masks only two sealed Implementations necessary.
Bei dem im vorstehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Transporteinrichtung eine Drehscheibe, jedoch leuchtet ein, daß sich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, jegliche mit Öffnungen 24 versehene Platte verwenden läßt, deren Bewegungen sich von außen her durch eine einfacheIn the embodiment described above, the transport device is a turntable, however, it will be understood that without departing from the scope of the invention, any Openings 24 provided plate can be used, the movements of which can be controlled from the outside by a simple
»5 Verschiebebewegung steuern lassen.»Have 5 control movements.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (7)
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Also Published As
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |