DD208995A1

DD208995A1 - Einrichtung zum elektronenstrahlbedampfen sehr breiter baender

Info

Publication number: DD208995A1
Application number: DD82242202A
Authority: DD
Inventors: Manfred Neumann; Henry Morgner; Harry Foerster; Guenter Jaesch; Wilfried Kunack; Martin Godenschweg; Peter Ungaenz
Original assignee: Manfred Neumann; Henry Morgner; Harry Foerster; Guenter Jaesch; Wilfried Kunack; Martin Godenschweg; Peter Ungaenz
Priority date: 1982-08-03
Filing date: 1982-08-03
Publication date: 1984-04-18
Also published as: US4532888A

Abstract

DIE ERFINDUNG BETRIFFT EINE EINRICHTUNG ZUM ELEKTRONENSTRAHLBEDAMPFEN BREITER BAENDER AUS TEMPERATUREMPFINDLICHEM MATERIAL. DAS ZIEL IST ES, DIE SCHICHTQUALITAET ZU VERBESSERN,UND DIE AUFGABE BESTEHT DARIN, UNZULAESSIGE STREUUNG UND FEHLABLENKUNG DES ELEKTRONENSTRAHLES BEI GROSSEN STRAHLWEGEN ZU VERMEIDEN. ERFINDUNGSGEMAESS IST ZWISCHEN DER ELEKTRONENKANONE UND DEM VERDAMPFERTIEGEL EINE ABSCHIRMKAMMER ANGEORDNET, DIE DEN STRAHLWEG GEGEN DIE BEDAMPFUNGSKAMMER VAKUUMMAESSIG ABSCHIRMT.

Description

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Einrichtung zum Elektronenstrahlbedampfen sehr breiter Bänder Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Elektronenstrahlbedampf en sehr breiter Bänder aus einem senkrecht zur Bandlaufrichtung langgestreckten Verdampfertiegel. Sie dient vorzugsweise der Beschichtung von Bändern aus Papier, Kunststoff oder Metall. Die Erfindung ist auch für die Bedampfung anderer Substrate geeignet, die anstelle des Bandes uoex den Verdampfertiegel bev/egt werden,

Charakteristik der bekannten technischen lösungen

Es ist bekannt, breite Bänder durch Bl'ektronenatrahlbedampfen aus einem senkrecht zur Bandlaufrichtung langgestreckten Verdampf ertiegei zu beschichten· Für die dazu erforderliche Ablenkung des Elektronenstrahls wurden mehrere Lösungen angegeben. Die Achse der Elektronenkanone kann wie der Verdampfertiegel senkrecht zur Bandlaufrichtung angeordnet sein (DD-PS 54 154)· Diese Lösung ist für die Bedampfung sehr breiter Bänder ungeeignet, weil der Elektronenstrahl dann zum Teil eine sehr große Strecke durch den Dampfstrahl geschossen werden muS und dabei unzulässig, stark geschwächt wird·

Eine andere Lösung sieht vor, die Elektronenkanone in Bandlaufrichtung, d.h. senkrecht zum Verdampfertiegel, anzuordnen (DD-PS 64 107). Hierbei treten zwar nicht so lange Strahlwege

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im Dampfbereich, auf, aber für das Beschichten sehr breiter Bänder sind sehr große Ablenkamplituden und damit wegen des begrenzten Ablenkwinkels sehr große Strahlwege zwischen Elektronenkanone und Verdampfertiegel erforderlich. Bei diesen großen Strahlwegen ergibt sich infolge der starken Gasabgabe des zu beschichtenden Materials und der erwärmten Teile der Bedampfungskammer eine unzulässig starke Streuung des Elektronenstrahls, so daß die zum Verdampfen erforderlichen Leistungsdichten auf der Oberfläche des Yerdampfertiegels nicht mehr erreicht werden·

Ahnliche Probleme treten bei der vorgeschlagenen schrägen Anordnung der Elektronenkanone zur Bandlaufrichtung bei Zwischenschaltung eines magnetischen Sektorfeldes zwischen Elektronenkanone und Verdampfertiegel auf (WP C 23 C/239 121). Auch hier ergeben sich sehr große Strahlwege und damit unzureichende Leistungsdichten bei der Beschichtung der gegenüberliegenden Bandseite. Hinzu kommt, daß bei relativ großem Strahlweg zwischen Elektronenkanone und Sektorfeld infolge von magnetischen Streufeldern unkontrollierbare I^sehlablenkungen des Elektronenstrahls auftreten können,;, so daß. der Elektronenstrahl den relativ schmalen Spalt zwischen den Polschuhen des Sektorfeldes verfehlen kann·

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zum Elektronenstrahlbedampfen zu schaffen, bei der die Beschichtung sehr breiter Bänder ohne Beeinträchtigung der Schichtqualität an den Bändern des Bandes und mit gutem energetischem Wirkungsgrad erfolgt.

Darlegung; des -We sens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die eine unzulässige Streuung oder Pehlablenkung des

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Elektronenstrahls auf dem Weg von der Elektronenkanone bis auf den Verdampfertiegel verhindert.

Erfindungagemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Strahlweg zwischen Elektronenkanone und Verdampfertiegel durch eine Abschirmkammer vakuummäßig gegen die Bedampfungskammer abgeschirmt ist· Die Abschirmkammer ist bis unmittelbar an den Dampfstrahl oberhalb des Verdampfertiegels herangeführt. Die Anordnung gestattet bei Verwendung von Hochleistungselektronenkanonen mit Beschleunigungsspannungen von ca. 30 kV Strahlwege von 2 bis 3 πι, während ohne eine solche Abschirmung wegen des relativ hohen Restgasdruckes in der Bedampfungskammer nur Strahlwege von maximal 1 m ohne unzulässige Streuung möglich sind» Überraschend und für die Realisierbarkeit von entscheidender Bedeutung ist, daß: an diese Abschirmkammer keine zusätzlichen Vakuumpumpen angeschlossen werden müssen» Vermutlich wirkt der Dampfstrahl des verdampfenden Materials als Barriere gegen das Eindringen des Restgases aus der Bedampfungskammer in die Abschirmkanzmer. Es ist sogar zu vermuten, da£ der Dampfstrahl nicht nur als Barriere, sondern selbst als Pumpe für das in der Abschirmkammer noch vorhandene Restgas wirkt,., das durch Stoßprozesseι mit dem gerichteten Dampfstrahl aus dem Austrittsbereich der Abschirmkammer in die Bedampfungskammer befördert wird»

Sin weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Abschirmkammer je nach Strahlführung zwischen Elektronenkanone und Verdampfertiegel im wesentlichen aus einem nichtmagnetisierbaren oder einem weichmagnetischen Material besteht. Bei Anordnung der Elektronenkanone senkrecht zum Verdampfertiegel besteht die Abschirmkammer aus nichtmagnetisierbarem Material, damit das senkrecht zur Bandiaufrichtung über dem Verdampfertiegel vorhandene Umlenkmagnetfeld nicht kurzgeschlossen wird·

Bei schräger Anordnung der Elektronenkanone und einem ztir Strahlführung, erf.o.rde.rlich.en.. magnetischen Sektorfeld ist es vorteilhaft, vrenn die Wand der Ab schirmkammer zwecks Abschirmung magnetischer Streufelder im wesentlichen aus weichmagnetischem Mate-

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rial besteht, wobei die Polschuhplatten des magnetischen Sektorfeldes zugleich einen Teil der Abschirmkamnier bilden. Die Polschuhplatten sind dabei gegeneinander und gegen den übrigen Teil der Abschirmkammer,. der sich zwischen Polschuhplatten und Elektronenkanone befindet, durch Spalte getrennt, die mit nichtmagnetisierbarem Material ausgefüllt sind, um einen magnetischen Kurzschluß der Polschuhplatten zu vermeiden·

Ss ist weiterhin zweckmäßig, durch ein weichmagnetisches Joch und eine darauf befindliche Erregerspule zwischen einer Polschuhplatte und dem übrigen Teil der Abschirmkammer dafür zu sorgen, daß die magnetische Spannung der beiden Polschuhplatten zu dem übrigen Teil der Abschirmkammer entgegengesetzt gleich groß ist. Das ist erforderlich, damit beim Beschichten sehr breiter Bänder und bei entsprechend großen Ablenkwinkeln des Elektronenstrahls ein unerwünschtes vertikales Abknicken des Strahls beim Eintreten in das magnetische Sektorfeld vermieden wird .

Trotz dieser Symmetrierung kann es bei sehr großen Ablenkwinkeln infolge des schrägen Eintritts des Elektronenstrahls in das magnetische Sektorfeld zu StrahlVerzerrungen kommen. Diese Strahlverzerrungen werden vermieden, indem zweckmäßigerweise der Spalt zwischen den Polschuhplatten des Sektorfeldes und dem übrigen Teil der Abschirmkammer konkav gegenüber der Elektronenkanone gekrümmt ist, so daß der Elektronenstrahl auch bei großen Ablenkwinkeln diesen Spalt annähernd senkrecht schneidet. Allerdings ergibt sich dann eine verstärkte Krümmung der Auftrefflinie des Elektronenstrahls auf dem Verdampfertiegel« Um diese Krümmung auch bei sehr großen Ablenkwinkeln zu vermeiden, muß im Gegenteil der Spalt zwischen den Polschuhen des Sektorfeldes und dem übrigen Teil der Abschirmkammer konves gegenüber der Elektronenkanone.gekrümmt sein*.Der konveze Spaltverlauf ergibt sich bei exakter Konstruktion der Elektronenbahnen aus der -Forderung, daß auch bei sehr großen Ablenkwinkeln der Elektronenstrahl immer unter dem gleichen Winkel aus dem magne-

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tischen Sektorfeld austreten muß. Ob bei der Beschichtung sehr breiter Bänder ein gerader, konkaver oder konvexer Verlauf des Spaltes zwischen den Polschuhen des Sektorfeldes und dem übrigen Teil der Abs cn irmk amtier gewählt wird, hängt also davon ab, auf welche Parameter der Elektronenstrahlverdampfungseinrichtung entsprechend dem konkreten .Anwendungsfall der größte Wert gelegt wird·

Ausführungsbeispiel

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Pig, Τϊ 'eine Einrichtung mit senkrecht zum Verdampfertiegel angeordneter Elektronenkanone,

Fig. 2: eine Einrichtung mit schräg zum Verdampfertiegel angeordneter Elektronenkanone,

In Pig. 1 wird der in einer Elektronenkanone 1 erzeugte und durch das Wechselfeld eines Ablenksystems 2 über die gesamte Länge des Verdampfertiegels 3 abgelenkte Elektronenstrahl 4 durch das Gleichfeld eines magnetischen Umlenksystems 5 auf die Oberfläche des Verdampfertiegeis 3 gelenkt. Der Dampfstrahl des verdampfenden Materials trifft auf das zu beschichtende Band 6, das, parallel zur Achse der Elektronenkanone 1 über den Verdampfertiegel 3 geführt wird· Zwischen Elektronenkanone 1 und Verdampfertiegel 3 ist eine Abschirmkammer 7 angeordnet, die allseitig vakuumdicht ist und deren Austrittsöffnung 8 durch den Dampfstrahl verschlossen ist. Die Abschirmkammer 7 besteht aus nichtmagnetisierbarem Material, damit das Gleichfeld des magnetischen UmIenksystems 5 nicht kurzgeschlossen wird·

In Pig» 2 ist die Elektronenkanone 1 schräg zum Verdatnpfertiegel 3 angeordnet* Ein bekanntes dazwischen angeordnetes magnetisches Sektorfeld 9\ sorgt dafür, daß trotz der dadurch bedingten verschiedenen Ablenkwinkal der Elektronenstrahl 4 jeweils unter

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gleichem Winkel schräg in das Gleichfeld des magnetischen Umlenksystems 5 eintritt, das den Elektronenstrahl 4 auf die Oberfläche des Verdampfertiegels lenkt. Die Abschirmkammer 7 zwischen dem magnetischen Sektorfeld 9 und dem Ablenksystem 2 besteht aus weichmagnetischem Material, um magnetische Streufelder abzuschirmen, die zum Verfehlen des relativ schmalen Spaltes zwischen den Polschuhplatten 10 des Sektorfeldes 9 führen können· Zwischen den Polschuhplatten 10 des Sektorfeldes 9 und dem übrigen Teil der Abschirmkammer 7 ist ein Spalt 11 von wenigen mm Breite erforderlich, der zur vakuummäßigen Abdichtung mit nichtmagnetisierbarem Material ausgefüllt ist» Dieses nichtmagnetisierbare Material verhindert ein Kurzschließen des magnetischen Sektorfeldes 9 durch den übrigen Teil der Abschirmkammer 7· Zur vollständigen Abdichtung der gesamten Abschirmkammer 7 gegen den umgebenden Bedampfungsraum ist auch der Spalt zwischen den Polschuhplatten 10 des Sektorfeldes 9 an den Außenseiten mit nichtmagnetisierbarem Material ausgefüllt, während die Austrittsöffnung 8 der Abschirmkammer 7 zwischen den Polschuhplatten 10 des Sektorfeldes 9 bei Betrieb der Einrichtung durch den Dampfstrahl verschlossen wird» Die untere Polschuhplatte 10 des magnetischen Sektorfeldes 9 ist durch ein nicht dargestelltes weichmagnetisches Joch mit Srregerspule mit dem übrigen Teil der Abschirmkammer 7 verbunden, so daß die magnetische ..Spannung zwischen den beiden Polschuhplatten 10 des magnetischen Sektorfeldes 9 und der Abschirmkammer 7 entgegengesetzt gleich groß eingestellt werden kann« Der zweckmäßige Verlauf des Spaltes 1.1 zwischen den Polschuhplatten 10· des magnetischen Sektorfeldes 9 und der Abschirmkammer 7 ist auch für die Fälle dargestellt, daß bei der Beschichtung sehr breiter Bänder 6 am Rand des Verdampfertiegels 3 entweder unzulässig große StrahlVerzerrungen oder zu große Strahlverschiebungen auftreten· Bei zu großen StrahlVerzerrungen ist ein gegenüber der Elektronenkanone 1 konkaver Spaltverlauf 11^f und bei zu großen Strahlverschiebungen am Hand, d. h. bei zu großer Durchbiegung der Auftrefflinie des Elektronenstrahles 4 auf dem Verdampfertiegel 3, ein gegenüber der Elektronenkanone 1 konvexer Spaltverlauf 11"· zweckmäßig»

Claims

Erfindungsanspruch 242202 2

1· Einrichtung zum Elektronenstrahlbedampfen sehr breiter Bänder aus einem senkrecht zur Bandlaufrichtung langgestreckten Verdampfertiegel mitteis eines abgelenkten senkrecht oder durch ein magnetisches Sektorfeld- schräg sum Verdampfertiegel eingeschossenen Elektronenstrahles, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlweg zwischen der Elektronenkanone (1) und dem Yerdampfertiegel (3) eine den Strahlweg gegen die Bedampfungskammer abschirmende Abschirmkammer (7) angeordnet ist und daß die Abschirmkammer (7) bis unmittelbar an den Dampfstrahl oberhalb des Yerdampfertiegels (3) geführt ist·

2· Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmkammer (7) aus einem nichtmagnetisierbaren Material besteht, wenn die Elektronenkanone (1) senkrecht zum Yerdampfertiegel (3) angeordnet ist,

3. Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmkammer (7) aus einem,weichmagiie tischen/Material besteht, wenn die Elektronenkanone (1) schräg zum Yerdampfertiegel (3) angeordnet ist, daß ein Teil der Abschirmkammer (7) die Poischuhplatten (TO) des magnetischen Sektorfeldes (9) sind und daß der Spalt (12) zwischen den Polschuhplatten (10) und der Spalt (11) zwischen den Polschuhplatten (10) und dem übrigen Teil der Abschirmkammer (7) durch nichtma— gnetisierbares Material ausgefüllt sind.

4· Einrichtung gemäß Punkt 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Polschuhplatten (10) des magnetischen Sektorfeldes (9) mit dem übrigen Teil der Abschirmkammer (7) über ein weichmagnetisches Joch mit darauf befindlicher Erregerspule verbunden

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5» Einrichtung nach Punkt 1 und 3* dadurch, gekennzeichnet, daß. der mit nichtmagnetisierbarem Material ausgefüllte Spalt (11) zwischen den Polschuhplatten .(10) und dem übrigen Teil der Äbschirmkammer (7) gegenüber der Elektronenkanone (1) gerade, konkav oder konves verlaufend ist».

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen