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Vorrichtung zur Umlenkung eines Elektronenstrahls, vorzugsweise für
bewegliche Verdampferanordnungen im Vakuumbedampfungsanlagen Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Umlenkung eines Elektronenstrahls, vorzugsweise für bewegliche
Verdampferanordnungen in Vakuumbedampfungsanlagen, in welchen der Elektronenstrahl
mittels dynamischer Magnetablenfelder in Richtung der Verdampfer eingeachossen und
durch ein statisches magnetisches Umlenkfeld auf das Verdampfungsgut gelenkt wird.
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Zur Erzielung eines hohen Verdampfungsgutausbringens bei der Bedampfung
beispielsweise von Bandstahl, erweist es sich als zweckmäßig, den Abstand zwischen
Tiegel und Band während der Bedampfung zu verändern, E8 sind bereits Anordnungen
vorgeschlagen worden, bei denen die Abstandsveränlerung durch eine Tiegelb ewegung
parallel zur Elektronenstrahleinschußrichtung von der Stralilenquelle zum Tiegel
hin erfolgt, ohne daß eine Nachregelung der Umlenk- und Ablenkparameter notwendig
wird.
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Die mit diesen Anordnungen erreichbaren kleinen Abstände zwischen
Tiegel und Band fordern zur Sicherung einer guten Schichtdickenquerverteilung über
die Bandbreite optimal ausgeleuchtete Badflächen und somit optimale UmlenkSelder.
Diese Forderung ist mit den bekannten Umlenkfeldeinrichtungen durch die Erzeugung
von homogenen UmlenkSeldern bei entsprechenden Ablenkeinheiten
erfüllbar.
Dazu werden Magnetanordnungen mit großen Polschuhflächen eingesetzt.
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Andere Lösungen gehen dachförmig geneigte Polschuhflächen vor.
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In beiden Fällen werden homogene Magnetfelder nur erreicht, wenn mit
diesen Anordnungen die Bedingung Polschuhfläche » Quadrat des Polachuhabstandes
(1) erfüllt wird.
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Diese Forderung ist aber in Bedampfungsanlagen für breite Bänder auf
Grund der dann notwendigen Dimensionen der Bedampfungsstationen nicht realisierbar.
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Des weiteren sind Systeme zur Erzeugung eines magnetischen Gleichfeldes
bekannt, bei denen weitere WIagnetsysteme zwischen Strahleintrittsöffnung in der
Bedampfungskammer und dem vorderen Rand des Verdampfertiegels angeordnet sind. Auch
diese Anordnung führt nur zum Erfolg, wenn genügend große Polschuhflächen zur Erzeugung
des Umlenkfeldes verwendet werden.
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Andererseits bewirken hierbei Inhomogenitäten des Umlenkmagnetfeldes
bei den vorgeschlagenen kleinen Abständen des Substrates von der verdampfenden Substanz
eine ausgeleuchtete Badfläche mit einer unzureichenden Schichtdickenquerverteilung.
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Da die Uüilenkfelder in der Nähe der Verdampfer erzeugt werden müssen,
läßt es sich nicht vermeiden, daß die Umlenkmagnete insbesondere die Polschuhe bedampft
werden. Dieses fUhrt durch abfallende Verdampfungsgutkrusten zu beträchtlichen Betriebsstörungen
(Spritzer, Bandrisse). So sind z.B. bei der Bedampfung von 400 mm breitem Band Polschuhabstände
von ca. 800 mm erforderlich, um die aufgeführten Betriebsstörungen in zumutbaren
Grenzen zu halten. Die bei diesen großen Abständen zur Erzeugung homogener Magnetfelder
erforderlichen Polschuhflächen sind nicht mehr technisch realisierbar. Die einsetzbaren
Polschuhflächen erzeugen Felder, die für die Umlenkung der Elektronenstrahlbn bei
genügend großen Abständen zwischen Badfläche und Band zur Erzielung vertretbarer
Schichtdickenquerverteilungen ausreichen, bei geringen Abständen aber unbefriedigende
Werte liefern.
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Außerdem begrenzen große Polschuhflächen infolge der notwendigen Einschwenkung
der Abschirmblenden den erreichbaren
kleinsten Abstand zwischen
Band und Tiegel.
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Bei feststehenden Tiegeln sind Anordnungen bekannt geworden, bei denen
der magnejische Kreis entweder Uber einen entsprechend dimensionierten Eisenkern
bzw., wenn die Bedampfungskammer aus magnetischen Material aufgebaut ist, über die
KammerwEnde, an welchen die Magnetspulen befestigt sind, geschlossen ist.
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Die bekannten Umlenkmagneten mit ihren großen Eisenmassen fUr den
magnetischen Kreis sind aber fUr eine bewegliche Verdampf eranordnung zu unhandlich.
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Weiterhin ist ein Anordnung bekannt, bei der die Richtungsänderung
des mit einer Plachstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls durch ein inhomogenes
Peld erfolgt. Das inhomogene Feld wird hierbei durch zwi geeignet geniegte halbkreisförmige
große Polschuhflächen erzeugt. Die Gesamtumlenkung mit dieser Anordnung beträgt
Uber 180 Grad. Die aus der Strahlenquelle divergierend austretenden Elektronenstrahlen
werden mit dieser Anordnung durch die gezielte Inhomogenität des Magnetfeldes fokussierend
auf das Verdampfungsgut geschossen, Nachteilig bei dieser Anordnung wirken sich
die erforderlichen großen Polschuhfläohen aus. Weiterhin ist die bekannte Anordnung
bei Verwendung von Axialkanonen, die außerhalb der Bedampfungskammern installiert
sind fUr bewegliche Eiegelanordnungen nicht verwendbar, wenn optimal ausgeleuchtete
Badflächen und somit optimale S¢hi¢htdictenquerverteilungen realisiert werden sollen,
da mit dieser Anordnung die unterschiedliche Umlenkung des Elektronenrand- und -mittelstrahles
in der Ebene parallel zur Badfläche nicht kompensiert werden.
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Der Zweck der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten
Umlenkmagnete fUr das Umlenken eines Elektronenstrahles bei geringen Abständen zwischen
Band und Badoberfläche zu beseitigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Umlenkung
eines Elektronenstrahles, vorzugsweise für
bewegliche Verdampferanordnungen
in Vakuumbedampfungsanlagen zu schaffen, die es gestatten, den Elektronenstrahl
durch ein inhomogenes statisches Lgnetfeld, erzeugt von Umlenkmagneten mit Polschuhen,
die für das verdampfende Material relativ kleine Kondensationsflächen darstellen,
so umzulenken, daß eine vorgegebene Badfläche optimal ausgeleuchtet wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Polschuhflächen
des in der Nähe des Tiegels angeordneten Umlenkmagneten klein gegen das Quadrat
des Polschuhabstandes sind, wobei der Bisenteil des magnetischen Kreises der Umlenkmagneten
im Bereich zwischen den magnetischen Ablenk- und Umlenksystemen, durch den die Elektronen
hindurchgehen, unterbrochen ist. In der Nähe des Elektronenaustritts aus der Kanone
befindet sich ein an sich bekanntes Ablenksystem mit zwei senkrecht aufeinanderstehenden
Spulenpaaren für eine dynamische Ablenkung des Elektronenstahls, in denen das Frequenzverhältnis
der vertikalen zur horizontalen Ablenkung von 2 : 1 ist.
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Das bedeutet, daß die Ströme zur Erzeugung des dynamischen Ablenkfeldes
in den zwei Koordinaten (horizontal und vertikal) ein derartiges Frequenzverhältnis
von W : Wh = 2 : 1 (2) haben.
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Die Polschuhflächen des Umlenkmagneten haben die Form von Oberfla.chenteilen
eines Rotationskörpers. Es ist auch möglich, daß sie die Form von Kreisflächen besitzen,
Eine weitere Variante in der Gestaltung der Polschuhflächen besteht darin, daß ihre
Länge groß gegen die Jeweilige Polschuhhbhe ist.
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Das gesamte Polschuhsystem des Umlenkmagneten ist gegenüber dem Tiegel
schwenkbar gelagert. So kann beispielsweise bei einer erforderlichen Auswedliselung
des Verdampfertiegels das Umlenkmagnetsystem von diesem weg bewegt werden, was den
technisch bedingten Montageraum zwangsläufig vergrößert.
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Wird die Korrektur des Einschußwinkels des Elektronenstrahles nur
durch das dynamische Ablenksystem vorgenommen, so sind fUr den magnetischen Kreis
des Umlenkfeldes Luftspalte von den
Spulenden zu den aus magnetischen
Materialien aufgebauten Kammerwänden vorhanden oder der Schwernkmechanismus des
Polschuhsystems ist als ein magnetisches Joch ausgebildet.
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Im anderen Pall ist es möglich, daß zur Erzeugung des dem Umlenkfeld
entgegengesetzt gepolten inhomogenen Magnet feldes die Hebelarme und Teile der Querverbindung
dieser Arme des Schwenkmechanismus ganz oder teilweise aus magnetischen Materialien
bestehen.
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Es ist vorteilhaft, daß in dieser Vorrichtung das Polschuhsystem gekUhlt
wtrd und die betreffenden Ktihlmittel- und Energiezuleitungen sowie die Polschuhe
selbst in an sich bekannter Art gegen eine mögliche Bedampfung geschützt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich auch in den Bedampfungsanlagen
realisieren, bei denen der Verdampfertiegel nicht bewegt wird, Mit der erfindungsgemdßen
Vorrichtung werden besonders bei kleinsten Abständen zwischen Substrat und Tiegel
auch bei bewegbaren Verdampfertiegeln die vorgegebenen Badflächen so durch den auftreffenden
Elektronenstrahl ausgeleuchtet, daß eine optimale Schichtdickenquerverteilung und
ein maximales Verdampfungsgutausbringen erreicht wird. Dadurch, daß die ?olschuhflächen
des Umlenkmagneten relativ klein sind, werden Störungen im Bedampfungsbetrieb durch
abfallende Verdampfungskrusten von diesen Flächen in das Tiegelbad auf ein Minimum
reduziert Die Ausgestaltung der relativ einfachen Magnetanordnung erleichtert auch
die in bestimmten Betriebsperioden notwendigen Reinigungsarbeiten in einer Bedampfungsanlage.
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Die technisch badingten Stillstandszeiten werden weiter verringert,
Die Erfingung soll nachstehend anhand von Ausftlhrungsbeispielen Der erläutert werden0
Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in Fig. 1: die Anordnung zur Umlenkung des
Elektronenstrahls Fig. 2: eine Variante des magnetischen Kreises Fig. 3: ein Einschußbild
des Elektronenstrahls in das inhomogene magnetische Umlenkfeld
In
der Bedampfungsstation 1 ist gemäß Fig. 1 der Verdampfertiegel 2 auf einer nicht
näher dargestellten bewegbaren Tiegelbuhne 3 gelagert. Über den Seitenwänden 4j5
des Tiegels 2 befinden sich in einem gewissen Sicherheitsabstand die Stabpol schuhe
6,7 des Umlenkmagneten. An den Polschuhen 6;7 sind die entsprechenden Spulen 89
angeflanscht. Die Stabpolschuhe 6i7 und die Spulen 8i9 sind wassergekühlt und an
schwenkbaren, hohlen Hebelarmen 10;l1, die aus unmagnetiachen Materialien bestehen,
befestigt. Diese sind über die hohle, ebenfalls aus unmagnetischem Material bestehende
Querverbindung 12 mit der Tiegelbuhne 3 verbunden. Beim erforderlichen Tiegelwechsel
werden durch Drehen der Querverbindung 12 die Polschuhe 6;7 angehoben und der Tiegel
2 kann ausgetauscht werden. Die Strom-und Kühlmittelversorgung 9ür die Spulen 8;9
einschließlich Polschuhe 6;7 erfolgt über in den Hebelarmen 10;ii und dem Querträger
12 verlegte Leitungen, so daß diese gegen Bedampfung geschützt sind. Die Spulenenden
13;14 sind in diesem Beispiel nicht über ein magnetisches Joch verbunden, Der magnetische
Kreis wird über die BuStspalte zwischen den Polschuhen 6W7 und den Spulenenden 13;14,
sofern die Kammer der Bedampfungsstation 1 aus unmagnetischem Material aufgebaut
ist, geschlossen.
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Es sind auch Anordnungen möglich, in denen der magnetische Kreis über
ein kompaktes Polschubjoch, beispielsweise den Schwenkmechanismus geschlossen ist.
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Weiterhin kann der magnetische Kreis über zwei z;usätzliche Luftspalte
zwischen den Spulenenden 13;14 und den Kammerwänden 15;16;21 gebildet werden und
zwar dann, wenn die Kammer aus magnetischen Materialien aufgebaut ist.
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Bei diesen Varianten erfolgt die Korrektur des Elektronenstrahleinschußwinkels
in das zwischen den Polschuhen 6;7 erzeugte statische inhomogene Umelnkfeld durch
ein auch bekannte in Fig. 1 nicht näher dargestelltes, ein dynamisches Magnetfeld
aufbauendes Ablenksystem, wobei das Frequenzverhältnis vertikaler zur horizontaler
Ablenkung 2 s 1 ist.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine in Fig. 2 gezeigte Anordnung,
bei der die Hebelarme 10; 11 und die im Bereich
des Durchtritts
des Elektronenstrahls 17 unterbrochene Querverbindung mit den Teilen 12,1 und 12.2
aus magnetischen Materialien bestehen, Die freien Enden der Querverbindungsteile
12.1 und 12,2 sind als Polschuhe 18; 19 ausgebildet.
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Der magnetische Kreis des UmlenkSeldes ist somit Uber die Hebelarme
10;11, die Querverbindungsteile 12.1; 12.2 und den Luftspalt zwischen den Polschuhen
18;19 geschlossen. Bei dieser Anordnung sind die Querverbindungsteile 12.1 und 12.2
über einen aus unmggnetischen Materialien bestehenden Bügel 20 mechanisch starr
verbunden. Die Drehung der Umelnkmagnetanordnung geschieht Uber die Querverbindungsteile
12.1; 12.2.
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und den Bügel 20. Der Elektronenstrahl 17 gelangt bei dieser Anordnung
auf seiner Einschußbahn zuerst in den Bereich des inhomogenen Magnetfeldes zwischen
den Polschuhen 18;19.
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Er wird dabei nach oben, d,h. von der Badfläche des flegels 2 weg,
abgelenkt. Durch die Inhomogenität des pgangetfeldes zwischen den Polschuhen 18;19
wird der Elktronenstrahl 17 mit den y - Koordinaten / g /> O, (3) y in Fig. 3
definiert, in diesem Bereich in seiner Dinschußrichtung verstärkt gegenüber dem
Elektronenstrahl 17 mit den y - Koordinaten y = 0 (4) angehoben. In der y.z - Ebene
senkrecht zur Einschußbahn beschreibt der Elektronenstrahl beispielsweise die in
Fig. 3 dargestellte Kurve. In der Fig. 3 liegt die y-Achse parallel zur Verbindungsgeraden
zwischen den Polschuhen 6;7 und 18;19.
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Die Korrektur des Einschußwinkels erfolgt bei diesen Lösungsvarianten
fast ausebhließlich durch das zwischen den Polschuhen 18 und 19 vorhandene inhomogene
Magnetfeld.
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Die beschriebene Anordnung ist besonders in Bedampfungseinrichtungen,
die mit Flachstrahlern arbeiten, bei denen bekanmtlich die Wendelung des Elektronenstrahles
17 quer zur Substratbewegungsrichtung entfällt, sehr vorteilhaft.
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Die bei der Verxendung son Azialstrahlern bekannte Pendelbewegung
des Elektronenstrahles 17 und das erfindungsgemäße Anheben und Absenken des Strahles
17 in der genannten Art stehen dann dabei senkrecht zueinander.