CH626654A5

CH626654A5 - Vacuum vapour deposition system

Info

Publication number: CH626654A5
Application number: CH333177A
Authority: CH
Inventors: Erich Zollinger
Original assignee: Balzers Hochvakuum
Priority date: 1977-03-17
Filing date: 1977-03-17
Publication date: 1981-11-30
Also published as: GB1570052A; DE2810811C2; DE2810811A1; NL167733C; NL7706259A; FR2384033B1; FR2384033A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumauf dampf-anlage mit einer in einer durch einen Absaugkanal evakuierbaren Aufdampfkammer angeordneten, als Halterung für die zu bedampfenden Substrate ausgebildeten drehbaren Trommel und mit einer der Innenseite der Trommel zugewandten Dampfquelle. Aufdampfanlagen mit drehbarer Haltevorrichtung für die Substrate werden viel verwendet. Oft ist der Träger der zu beschichtenden Gegenstände als um eine vertikale Achse drehbare Kalotte ausgebildet, wobei die Substrate an der konkaven Innenseite befestigt werden. Die Kalotte wird während der Bedampfung um ihre Achse gedreht, um eine gleichmässige Schichtverteilung zu erreichen. Es gibt auch Aufdampfanlagen mit Kalotten, die aus einzelnen, je um eine eigene Achse drehbaren Segmenten bestehen, welche mit einer Betätigungseinrichtung verbunden sind und während des Stillstandes der Kalotte das Wenden der Segmente erlauben, so dass nach dem Wenden die zuvor die Aussenseite bildenden Segmentflächen nunmehr die Innenseite bilden und die Bedampfung der daran angebrachten Substrate ermöglicht wird. Die Segmente können auch Durchbrechungen aufweisen, in welche die zu beschichtenden Substrate, z.B. Linsen, eingesetzt werden, so dass eine beidseitige Bedampfung derselben möglich ist. The present invention relates to a vacuum on steam system with a vapor deposition chamber arranged in an evacuation chamber that can be evacuated by a suction channel, designed as a holder for the substrates to be vaporized, and with a steam source facing the inside of the drum. Evaporator systems with a rotatable holding device for the substrates are widely used. The carrier of the objects to be coated is often designed as a spherical cap rotatable about a vertical axis, the substrates being fastened to the concave inside. The spherical cap is rotated around its axis during steaming in order to achieve an even layer distribution. There are also vapor deposition systems with domes, which consist of individual segments, each of which can be rotated about its own axis, which are connected to an actuating device and which allow the segments to be turned while the domes are at a standstill, so that after the turning, the segment surfaces previously forming the outside now form the inside and allow vapor deposition of the substrates attached to it. The segments can also have openings into which the substrates to be coated, e.g. Lenses are used, so that a vapor deposition on both sides is possible.

Auch Anlagen mit sogenanntem Planetengetriebe sind bekannt, bei denen eine zylinderförmige Anordnung von Substratträgern um eine Dampfquelle herum drehbar angeordnet ist und die einzelnen Substratträger ihrerseits ebenfalls um zur Zylinderachse parallele Achsen drehbar sind. Solche Anlagen mit Planetengetriebe erlauben eine allseitige Bedampfung und werden daher häufig für die Beschichtung von Gebrauchsgegenständen oder Teilen davon z.B. Kunststoffteilen eingesetzt. Sie sind baulich aufwendig und nur für eine Grossfertigung wirtschaftlich interessant. Plants with a so-called planetary gear are also known, in which a cylindrical arrangement of substrate carriers is rotatably arranged around a steam source and the individual substrate carriers are in turn also rotatable about axes parallel to the cylinder axis. Such systems with planetary gears allow vapor deposition on all sides and are therefore often used for the coating of everyday objects or parts thereof e.g. Plastic parts used. They are structurally complex and only economically interesting for large-scale production.

Die vorliegende Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, eine Konstruktion für eine Aufdampfanlage zu finden, welche mit wesentlich geringerem Aufwand eine beidseitige Beladung des Substratträgers mit Substraten bzw. eine beidseitige Bedampfung der Substrate ermöglicht und daher besonders für Kleinbedampfungsanlagen geeignet ist, und die ausserdem verschiedene weiter unten beschriebene aufdampftechnische Vorteile aufweist. The present invention has now set itself the task of finding a construction for a vapor deposition system, which enables the substrate support to be loaded on both sides with substrates or the substrates to be vaporized on both sides with much less effort and is therefore particularly suitable for small vapor deposition systems, and which is also different Evaporation advantages described below.

Diese Erfindungsaufgabe wird gelöst mit einer Vakuumaufdampfanlage der eingangs beschriebenen Art, die dadurch gekennzeichnet, ist dass a) im Absaugkanal eine zweite auf die Aussenseite der Trommel zu gerichtete Dampfquelle angeordnet ist und b) die Drehachse der Trommel vertikal ist und die beiden This object of the invention is achieved with a vacuum evaporation system of the type described at the outset, which is characterized in that a) a second steam source which is directed toward the outside of the drum is arranged in the suction duct and b) the axis of rotation of the drum is vertical and the two

Dampfquellen für Horizontalverdampfung eingerichtet sind. Steam sources are set up for horizontal evaporation.

Ein erster Vorteil dieser erfindungsgemässen Konstruktion liegt darin, dass dank der vertikalen Anordnung der Trommelachse und der damit verbundenen Horizontalbe-dampfung weniger fehlerbehaftete Schichten erhalten werden. Bei Bedampfung in horizontalen Drehtrommeln treten Fehler häufig als Löcher in der Beschichtung oder als Stellen mit eingebautem Mikrostaub auf. Diese Fehler dürften hauptsächlich durch während der Aufdampfung auf die zu beschichtenden Flächen abgelagerte Staubpartikel verursacht sein. Eine Staubablagerung ergibt sich häufig beim Evakuieren der Anlage infolge der Auf wirb elung des auf Teilen derselben befindlichen Staubes und kann auch durch noch so sorgfältige Reinigung nicht ganz vermieden werden, weil bei jedem Öffnen der Anlage von neuem Staub in diese eindringt. Es hat sich aber gezeigt, dass bei der erfindungsgemässen Anlage die genannten Fehler wesentlich verringert werden können. Die Anordnung der zweiten Quelle im Absaugkanal wirkt sich ferner so aus, dass ein Aufdampfen von der im abgesaugten Gasstrom angeordneten zweiten Dampfquelle her nur möglich ist, wenn bereits ein solcher Unterdruck in der Aufdampfanlage erreicht ist, dass die mittlere freie Weglänge der Restgasmoleküle in der Grössenordnung der Dimensionen des Absaugkanals liegt (oder grösser ist) so dass nur mehr wenig Zusammenstösse zwischen den verdampften Molekülen des Aufdampfmaterials einerseits und den aus der Restgasatmosphäre in der Aufdampfkammer stammenden, in Absaugrichtung sich bewegenden Molekülen andererseits Zustandekommen. Das bedeutet, dass eine wirksame Bedampfung der Substrate durch die zweite Dampfquelle nur eintritt, wenn bereits ein solches Vakuum erreicht ist, dass mit Sicherheit guthaftende Niederschläge erhalten werden, soweit die Haftfestigkeit von der Vakuumgüte abhängt. Wird also bei der Bedampfung mit der Aussenseite der Trommel begonnen, dann wird die Betriebssicherheit wesentlich erhöht. A first advantage of this construction according to the invention is that, thanks to the vertical arrangement of the drum axis and the associated horizontal evaporation, fewer defective layers are obtained. When steaming in horizontal rotary drums, faults often occur as holes in the coating or as locations with built-in micro dust. These errors are likely to be caused mainly by dust particles deposited on the surfaces to be coated during the vapor deposition. A dust deposit often arises when the system is evacuated as a result of the swirling of the dust on parts of it and cannot be avoided entirely, even with the most thorough cleaning, because new dust penetrates into it each time the system is opened. However, it has been shown that the errors mentioned can be significantly reduced in the system according to the invention. The arrangement of the second source in the suction channel also has the effect that evaporation from the second steam source arranged in the extracted gas stream is only possible if such a negative pressure has already been reached in the evaporation system that the mean free path of the residual gas molecules is of the order of magnitude of the dimensions of the suction channel lies (or is larger) so that there are only a few collisions between the evaporated molecules of the evaporation material on the one hand and the molecules originating from the residual gas atmosphere in the evaporation chamber and moving in the suction direction on the other hand. This means that an effective vapor deposition of the substrates by the second steam source only occurs when such a vacuum has already been reached that surely well-adhering precipitates are obtained insofar as the adhesive strength depends on the vacuum quality. So if you start steaming with the outside of the drum, the operational safety is significantly increased.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der anliegenden schematischen Zeichnungen noch näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the attached schematic drawings.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel in einem vertikalen Schnitt; die Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie AA der Fig. 1 in einer Draufsicht von oben. Fig. 1 shows an embodiment in a vertical section; Fig. 2 shows a section along the line AA of Fig. 1 in a plan view from above.

In beiden Figuren bezeichnet 1 die Aufdampfkammer, in der die Trommel 2 als Träger für die zu beschichtenden Substrate um eine vertikale Achse 4, die durch die Wand der Aufdampfkammer vakuumdicht hindurchgeführt ist, angeordnet ist. Es sind nur wenige Substrate 3 in Fig. 2 gezeichnet, aber natürlich kann die ganze Trommelfläche mit Substraten belegt werden. Mit 5 ist der Absaugkanal angedeutet, der von der Auf dampf kammer zu einem Vakuumpumpstand 6 führt, welcher gewöhnlich aus Hochvakuumpumpe und Vorvakuumpumpe besteht. Über dem Pumpstand 6 ist üblicherweise eine gekühlte Dampffalle 7 angeordnet, die die Aufgabe hat, vom Pumpstand in Richtung zur Aufdampfkammer zurückströmende Dämpfe (etwa eines Treibmittels oder eines Schmiermittels im Pumpstand) abzufangen. In der Aufdampfkammer selbst ist innerhalb der Trommel eine erste für horizontale Bedampfung eingerichtete Dampfquelle 8 angebracht, deren Stromzuführungen 9 durch die Kammerwand vakuumdicht nach aussen geführt sind. Mit dieser ersten In both figures, 1 denotes the vapor deposition chamber in which the drum 2 is arranged as a carrier for the substrates to be coated about a vertical axis 4, which is led through the wall of the vapor deposition chamber in a vacuum-tight manner. Only a few substrates 3 are drawn in FIG. 2, but of course the entire drum surface can be covered with substrates. 5 with the suction channel is indicated, which leads from the vapor chamber to a vacuum pumping station 6, which usually consists of a high-vacuum pump and a forevacuum pump. A cooled steam trap 7 is usually arranged above the pumping station 6 and has the task of intercepting vapors flowing back from the pumping station in the direction of the vapor deposition chamber (for example a propellant or a lubricant in the pumping station). In the evaporation chamber itself, a first steam source 8, which is set up for horizontal evaporation, is attached within the drum, the current leads 9 of which are led outward in a vacuum-tight manner through the chamber wall. With this first

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Dampfquelle können die auf der Innenseite der Trommel angebrachten Substrate bedampft werden. Im Absaugkanal 5 ist zusätzlich eine zweite horizontale Dampfquelle 10 angeordnet, mit einer Stromzuführung 11, die ebenfalls vakuumdicht durch die Wand des Absaugkanals nach aussen geführt ist Der Dampfstrahl dieser zweiten Dampfquelle ist auf die Aussenseite der Trommel hin gerichtet und erlaubt die Bedampfung der Substrate auf dieser Seite. Diese Anordnung ermöglicht eine Verdoppelung der Kapazität, so dass auch bei kleinen Anlagen ein beachtlicher Durchsatz erreicht werden kann. Wird die Trommelfläche mit Durchbrechungen vër-sehen, in welche mittels passender Befestigungsvorrichtungen Substrate z.B. Linsen eingesetzt werden können, dann ist eine beidseitige Beschichtung dieser Substrate möglich, ohne dass sie gewendet werden müssen. Es können die beiden Seiten auch gleichzeitig bedampft werden, wodurch wesentlich an Arbeitszeit eingespart wird. The substrates attached to the inside of the drum can be steamed. In addition, a second horizontal steam source 10 is arranged in the suction channel 5, with a power supply 11, which is also led outward through the wall of the suction channel in a vacuum-tight manner Page. This arrangement enables the capacity to be doubled, so that a considerable throughput can be achieved even in small systems. If the drum surface is provided with openings, into which substrates can be attached using suitable fastening devices, e.g. Lenses can be used, then a double-sided coating of these substrates is possible without having to be turned. Both sides can also be steamed at the same time, which saves a lot of working time.

Die Fig. 2 zeigt noch die Möglichkeit der Anordnung einer Blende 11 zwischen der Trommel und der ersten Dampfquelle, um den Dampfkegel der ersten Dampfquelle zu beschränken und somit die Bedampfung der Substrate unter einem von einer senkrechten Bedampfung zu stark abweichenden Einfallswinkel der Dampfstrahlen zu vermeiden. Letzteres kann nämlich unter Umständen zu einer qualitativen Verschlechterung der Schichten führen. Es ist zweckmässig, den genannten Dampfkegel auf einen Öffnungswinkel von maximal 75° zu beschränken. Für die zweite Dampf quelle ist eine solche Winkelbeschränkung durch die Anordnung im Absaugkanal gegeben, nötigenfalls kann auch für diese zweite Dampfquelle eine entsprechende Blende vorgesehen werden. 5 Die Fig. 2 zeigt ferner noch eine Glimmelektrode 12 im Zwischenraum zwischen der an dieser Stelle mit einer Einbuchtung 13 ausgebildeten Blende und der Trommel 2. Eine solche Glimmelektrode ist oft nützlich für eine der Bedampfung vorangehende Reinigung der Substratflächen oder für io eine Nachbehandlung der fertigen Schichten. FIG. 2 also shows the possibility of arranging an aperture 11 between the drum and the first steam source in order to restrict the steam cone of the first steam source and thus to avoid the vapor deposition of the substrates at an angle of incidence of the steam jets that deviates too much from a vertical vapor deposition. Under certain circumstances, the latter can lead to a deterioration in the quality of the layers. It is advisable to limit the steam cone to an opening angle of maximum 75 °. For the second steam source, such an angle restriction is given by the arrangement in the suction channel, if necessary, a corresponding aperture can also be provided for this second steam source. 5 FIG. 2 also shows a glow electrode 12 in the space between the aperture formed at this point with an indentation 13 and the drum 2. Such a glow electrode is often useful for cleaning the substrate surfaces prior to vapor deposition or for post-treatment of the finished one Layers.

Die Fig. 2 lässt weiter die Möglichkeit erkennen, im Zwischenraum zwischen der Trommel 2 und der Wand der Aufdampfkammer 1 eine Heizeinrichtung 14 z.B. in Form elektrisch beheizter Quarzstäbe vorzusehen. Diese Heizeinrich-is tung kann der Erhitzung der Substrate vor und während der Bedampfung oder auch einer thermischen Nachbehandlung der aufgebrachten Schichten dienen. Natürlich können nach Bedarf, d.h. je nach dem durchzuführenden Aufdampfpro-zess in beiden genannten Zwischenräumen Glimmelektroden und Heizeinrichtungen angeordnet werden. Fig. 2 further shows the possibility of a heating device 14 e.g. in the space between the drum 2 and the wall of the vapor deposition chamber 1. to be provided in the form of electrically heated quartz rods. This heating device can serve to heat the substrates before and during the vapor deposition or also to provide a thermal aftertreatment of the applied layers. Of course, as needed, i.e. Depending on the evaporation process to be carried out, glow electrodes and heating devices are arranged in the two spaces mentioned.

In Fig. 2 ist ferner angedeutet, wie die die zweite Elektrode 10 tragende Wand zweckmässigerweise als Deckel 15 ausgebildet werden kann. Auch der die erste Elektrode 8 tragende Wandteil 16 (Fig. 1) der Aufdampfkammer kann als Tür gestaltet werden, um ein bequemes Herausnehmen und Beladen der Trommel zu ermöglichen. FIG. 2 also indicates how the wall carrying the second electrode 10 can expediently be designed as a cover 15. The wall part 16 (FIG. 1) of the vapor deposition chamber which carries the first electrode 8 can also be designed as a door in order to enable the drum to be removed and loaded easily.

20 20th

25 25th

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1.Vacuum evaporation system with a vapor chamber arranged in an evacuation chamber that can be evacuated, designed as a holder for the substrates to be vaporized, and with a first steam source facing the inside of the drum, characterized in that a) in the suction channel (5) a second one on the The outside of the drum (2) is arranged towards the steam source (10) and b) the axis of rotation (4) of the drum (2) is vertical and the two steam sources (8, 10) are set up for horizontal evaporation.

2. Device according to claim 1, characterized in that an aperture (11) is arranged between the drum (2) and the first steam source (8), which limits the steam jet opening angle of the latter to a maximum of 15 °.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Device according to claim 2, characterized in that a glow electrode (12) is arranged in the space between the diaphragm (11) and the drum (2).

4. Device according to claim 2, characterized in that a heating device (14) is arranged in the space between the drum (2) and the wall of the vapor deposition chamber (1).