电子束蒸发装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电子束蒸发装置，其包括真空加工室（２）、产生借此加热待蒸发物料（５）的电子束（７）的轴向电子枪（６）、和设置在物料（５）和待镀膜基材（３）之间的隔挡（９），该隔挡具有至少一个蒸发孔（１０），物料蒸气穿过该蒸发孔到达该基材（３），其中，该隔挡（９）包括磁系统（１４），借助该磁系统，该电子束（７）可经过蒸发孔（１０）被转向待蒸发物料（５）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及例如为了防腐蚀、作为饰层、为了EMV屏蔽或为了隔 热而在基材上真空镀覆功能膜层的物理气相沉积应用领域，确切地说， 在此涉及这样的蒸发源实施方案，其中通过用轴向电子枪所发出的电子 束加热蒸发物料，以产生蒸气。现有技术被广泛采用的EB-PVD的蒸发源具有所谓的横向电子枪，在其电子 束产生过程中，电子束270度转向磁装置和装有蒸发物料的坩锅大多被 集成在一个结构紧凑的功能块中。这种蒸发源的价格相当便宜，但其受限于约20 kW的最高电子束功 率及约20kV的加速电压，进而可产生的蒸发速度也有限。此外，真正 的电子束源(阴极和加热机构)处于镀覆室的压力级并直接遇到镀覆室内 的蒸气和气体(尤其在反应过程控制中)。因而，镀覆室内压力必须通过 将真空泵的尺寸设定得相当大被保持于低值，以避免电子束源工作时的 不稳定。通过使用轴向电子枪就得到就所需的投资成本而言是比较高、但在 技术方面更高效的EB-PVD变型体(DE4428508A1 )，其可—皮设计用于 电子束功率高达300kW、加速电压高达60kV的蒸镀法。这种电子束源 通过带有用于允许电子束通过且大多为圆形的小开口的、起阻流作用的 隔挡与加工室分隔开，并且单独用附加的高压真空泵^^皮抽真空。为此， 蒸镀作业也可以在镀覆室内压力较高的情况下进行并获得较高的镀膜 速度。可是，尤其在高速镀覆大面积基材(例如在带和板的情况下)的加 工领域，电子束直接射入蒸发装置坩锅有时因镀覆室内的几何形状情况 而行不通。轴向电子枪于是通常安置在水平安装位置，电子束借助附加 的磁转向系统被引向装有蒸发物料的坩锅，磁转向系统和轴向电子枪被 集成在真空室壁内。这种转向系统大多通过带有构成磁场的极靴的通电线圏来实现，转向系统是主要的成本因素，其不利地扭曲转向磁场的线性以及电子束焦点，而且其效率明显受限于具体材料的选择和镀覆室室壁的几何形状， 因此转向系统大多针对蒸镀布局的每种改进都要被重新优化。也是电子束加热的所有热蒸发装置具有蒸发物料表面所蒸发出的 粒子的较宽广的发出方向分布，直到几乎切向的部分。这意味着，随蒸 发源和基材之间距离的增大而增多的相当 一部分蒸气流未轰击基材，而 是到达基材周围并在那里以所谓的无序膜层方式沉积。除了与之相关的 镀料损失之外，无序膜层在批量生产设备的镀覆室内还造成抽真空时间 的延长，而无序膜层对连续生产设备而言意味着作业长期稳定性的风 险。因此，必须在这两种设备中时不时从镀覆室中除去无序膜层，这通 常相当费事。热蒸发装置的蒸气流密度具有在蒸发物料表面和蒸发粒子发出方 向之间的表征性角度关系，该角度关系在使用小面积蒸发装置的最简单 情况下(与基材尺寸和蒸发装置至基材的间距相比，蒸发源的覆盖面积相对小)可以按照普通余弦定律(D(a)=cIVcosn(a) 公式1来表述。在该公式中，0。表示垂直于蒸发物料表面的蒸气流密度。 对于不同的热蒸镀方法，指数n有各自的特征值。对于高速电子束蒸发 装置，指数约为2.5。从公式1中直接得到，在用小面积蒸发装置镀覆 展开的平面基材时，在蒸发物料表面的法线穿过基材平面的穿透点的区 域内的层厚是最大的，随后随横向距离增大而递减。因此，为了在小基材上获得很均匀的膜层，通常用凹弯形大面积基 材座进行加工，在该基材座上，若干基材设置在蒸发装置上方的蒸气流 密度几乎恒定的平面中并且能以位置固定方式被镀膜。这种近设方法无 法用于大面积的平面基材。如果是平面基材，则沉积膜厚度的均匀 一致可以简单地通过增大至 蒸发装置的距离被改善。可是，此时蒸气利用率降低(沉积于基材上的物 料量与总物料量之比)，而对镀覆室真空系统的要求(要求残余气压低)和 其尺寸因为此所需的结构空间而增大。一种实际常见的、用于在距蒸发装置的距离适当的情况下改善大面 积基材上的膜厚均匀 一致性的方法是，依据基材尺寸并以空间散布的方 式布置多个小面积的蒸发装置，它们在基材平面内的各自蒸气流密度分 布适于叠加。随此方法而来的就是更高的i殳备成本。5尤其在采用功率加强型轴向电子枪的电子束蒸发装置的情况下，大 多实现了不同的解决策略。该解决策略在于，填充有蒸发物料的坩锅的 覆盖面积匹配于基材尺寸。通过大面积的、两维的且取决于时间的电子 束动态转向，有时也结合静态转向磁场，可以控制从电子束中局部射入 蒸发物料表面区的能量，进而控制局部蒸发速度。尤其是，如果蒸发物 料不是升华蒸发的，而是形成因传导和对流的热平衡而铺开的熔池，则 这种方法导致由热辐射引起的更高的基材热负荷。有时用于按进给方法被镀覆的基材的膜厚的另 一种更均匀分布的 方法是在蒸发装置和基材之间的镀覆室中设置专用隔挡，该隔挡在基材 输送方向上具有不同的开口尺寸(在基材中心是小开口尺寸，并且开口尺 寸向边缘递增)。可是，所谓的"狗骨形隔挡"也导致蒸气利用率的进一步 降低，因为未被加热的隔挡所截留的物料无法再回到蒸发装置。这种电子束蒸镀法的特点是，主要依据电子束轰击蒸发物料的轰击 角度及其核电荷数，不是由蒸发物料吸收一定量电子，而是由其反散射 一定量电子。反散射电子携带相当多的能量，该能量是从蒸发作业中取 出的并且还加入到大多不希望有的基材热负荷当中。因此，为了使反散 射电子远离热敏型或电荷敏感型基材，还必须将用于产生磁屏蔽场的附 加机构集成到镀覆室中，该磁屏蔽场也被称为"磁降"。由热蒸气产生的粒子的典型动能Ekin按照以下公式与蒸发温度Tv 成比例Ekin = kB 'Tv 公式2在kB为波茨曼常数的情况下，例如对于蒸发温度Tv^ 3000 K,得 到特性的运动能Ekin = 0.25 eV。此运动能比可选用的磁控管溅射PVD法中出现的粒子能小了超过1 个数量级。合乎逻辑地，热蒸发尤其在高加速度情况下经常必须与附加 的粒子能加强机构组合，以得到多个耐附着的致密层。 一种所创立的方 法就是所谓的"等离子体活化蒸发法"(DE 4336681 Al)。在这种情况 下，借助在蒸发装置和基材之间的附加等离子体源(大多是电弧放电或者HF源)，产生致密的等离子体。当横穿等离子体时，部分蒸发粒子被电 离并且由于基材和集团等离子体之间的电势差(在最简单情况下通过自 偏效应，有时通过施加外偏电压而得到加强(US3，791,852)),在等离子体边缘层内加速移向基材，结果，冷凝粒子的平均能提高，即便冷凝速度 高，膜层质量也明显改善。这种布置结构的缺点是，部分丧失了热蒸发装置的重要技术优势，即就相同的动态镀覆速率而言具有比溅射法小许多(2倍至3倍)的基材 热负荷。这是因为在此活化机理中在基材附近必然存在高的等离子体密 度并由此产生附加的基材热负荷。
技术实现思路
因而，本专利技术基于上述技术问题，提供一种装置，可以借助该装置 克服电子束蒸发装置中的现有技术缺点。尤其是与现有技术相比，该装 置应能实现紧凑且成本低的机械结构、镀膜长时间保存、少维修、对镀 覆室的磁干扰最少、在基材上高效利用蒸气、无序膜层少、由热辐射或 反散射电子造成的基材热负荷最小、蒸发装置至基材的间距d、的情况下 的膜厚均匀 一 致、坩锅二次填充物料时形成更少的飞溅以及通用的安装 方式。通过具有权利要求1特征的主题得到了该技术问题的解决方案。从 属权利要求给出了本专利技术的其它有利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子束蒸发装置，包括真空加工室（２）、产生用于加热待蒸发物料（５）的电子束（７）的轴向电子枪（６）、和设置在待蒸发物料（５）和待镀膜基材（３）之间的隔挡（９），该隔挡具有至少一个蒸发孔（１０），物料蒸气穿过该蒸发孔到达该基材（３），其特征在于，该隔挡（９）包括磁系统（１４），借助该磁系统，该电子束（７）可经过该蒸发孔（１０）转向到该待蒸发物料（５）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G马陶什，H弗拉斯克，JS利比格，V柯克霍夫，JP海因斯，L克洛斯，
申请(专利权)人：弗劳恩霍弗实用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：DE[德国]