DE10320384B3 - Vakuumbeschichtungsanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumbeschichtungsanlage und ein hierfür geeignetes Heizelement (2). Dieses besteht im Wesentlichen aus einer nichtleitenden Keramik, in der eine leitende Keramik als Heizdraht eingebettet ist, die zur Stromversorgung mit einer Spannungsquelle verbinden ist. DOLLAR A Um ein solches Heizelement (2) in einer Vakuumbeschichtungsanlage mit Hochspannung einsetzen zu können, ohne dass ein Trenntransformator vorgesehen sein muss, sind alle Zuführungen soweit wie möglich abgeschirmt. Die Kontaktierung des Heizdrahtes erfolgt durch zwei isoliert in einem metallischen Gehäuse geführten Kontaktstifte (13), die jeweils in einen Schacht (10) für die Kontaktenden (6) des Heizdrahtes hineinragen. Mittels einer dem Kontaktstift (13) gegenüberliegenden Schraube (11) werden die Kontaktenden (6) in den jeweils zugehörigen Schächten (10) fixiert.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumbeschichtungsanlage zum Aufdampfen von dünnen Materialschichten auf ein oder mehrere von einem Substrathalter gehaltene Substrate, mit einem Tiegel, aus dem Beschichtungsmaterial verdampft wird, mit einer Plasmaquelle und mit einer zum Substrathalter gerichteten Strahlungsheizeinrichtung zum Erwärmen des dort angebrachten Substrates.
• Solche Anlagen werden z. B. zum Beschichten von Brillengläsern eingesetzt. Eine Anlage – allerdings ohne Plasmaquelle, aber mit einer Heizeinrichtung – ist in der DE 31 31 583 A1 beschrieben.
• Es hat sich nämlich als vorteilhaft herausgestellt, das zu bedampfende Substrat auch während der Beschichtung zu beheizen. Dazu sieht die erwähnte Anlage einen Infrarotstrahler vor, der auf die Substrate bzw. auf den Substrathalter ausgerichtet ist.
• Um die Heizleistung zu verbessern, werden auch schon frei liegende, stromdurchflossene Heizdrähte eingesetzt, deren Strahlungswärme zu den Substraten gelangt.
• Zum Aufheizen des Beschichtungsmaterials im Tiegel wird u. a. eine Elektronenkanone verwendet, deren Kathode auf einem negativen Potential liegt. Der Tiegel befindet sich auf einem positiven Potential, welcher zusammen mit dem Gehäuse der Vakuumanlage auf Erdpotential gesetzt ist. Das Beschichtungsmaterial kann aber auch auf andere Weise verdampft werden, so z. B. durch einen thermischen Verdampfer.
• Das Plasma dient u. a. der Kontrolle des Schichtwachstums. Mit ihm kann die Substratoberfläche gereinigt werden. Außerdem kann es zum Ätzen oder zur Nachbehandlung der auf den Substraten erzeugten Schichten verwendet werden.
• Das Plasma liegt auf einem frei floatenden Potential. Die in ihm enthaltenen Ladungsträger stellen eine niederohmige Verbindung der spannungsführenden Teile der Heizeinrichtung zum Erdpotential der Anlage her. Es lässt sich daher nicht vermeiden, dass es zu Überschlägen kommt.
• Diese sind in vielerlei Hinsicht nachteilig. Die Verdampfung des Materials wird gestört, was die Gleichmäßigkeit der Beschichtung beeinträchtigt. Die Überschläge führen zu einem Stromfluss durch die das Heizelement absichernde Sicherung, die dadurch ausgelöst wird, wodurch es zu einer Prozessunterbrechung kommt. Aus diesem Grund werden Heizungen, welche direkt spannungsführende Teile besitzen, über einen Trenntransformator mit Strom versorgt, so dass sie auf einem nicht näher definierten Potential liegen, was Überschläge vermeidet. Hinzu kommt, dass bisher eingesetzte metallische Heizkörper im erhitzten Zustand auch Material abstoßen, das die Eigenschaften der Beschichtung empfindlich stören kann.
• In der Offenlegungsschrift WO 02/089530 ist eine Vakuumeinrichtung mit einer Plasmaerzeugung und einer Heizeinrichtung beschrieben. Die Heizeinrichtung weist einen keramischen Körper auf, in dem elektrisch leitende keramische Heizelemente eingebettet sind. Zur Plasmaerzeugung ist außerdem eine RF-Elektrode im keramischen Körper angordnet. Die Art der Stromversorgung für das Heizelement ist nicht näher angegeben.
• Die Erfindung beruht somit auf der Aufgabe, eine Vakuumbeschichtungsanlage mit einem Heizelement zu schaffen, mit der die vorgenannten Nachteile überwunden werden. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, die Vakuumbeschichtungsanlage so zu gestalten, dass elektrische Überschläge sowie Verunreinigungen der Beschichtung vermieden werden.
• Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die Heizeinrichtung ein Heizelement aufweist, das aus einer nichtleitenden Keramik besteht, in der ein aus einer leitenden Keramik bestehender Heizdraht eingebettet ist, wobei die Spannungsquelle für die Heizeinrichtung nicht galvanisch von der Stromversorgung der Vakuumbeschichtungsanlage getrennt ist.
• Die Verwendung von Keramiken, die äußerst stabil sind, hat den Vorteil, dass selbst bei hohen Temperaturen kein Material abgespalten wird. Des Weiteren wird durch die Einbettung des Heizdrahtes in eine Keramik eine Abschirmung erzeugt, die Überschläge verhindert. Weitere Voraussetzung ist natürlich, dass die Stromzuführungen zu dem Heizelement ebenfalls weitgehend abgeschirmt sind.
• Um dies zu erreichen, ist ein das Heizelement haltender Heizelementträger mit jeweils zwei Klemmkontakten versehen, die jeweils aus einem federnd vorgespannten Kontaktstift zum Kontaktieren der Kontaktenden des Heizdrahtes bestehen, wobei die Kontaktstifte isoliert in einem metallischen Gehäuse des Heizelementträgers geführt sind. Das metallische Gehäuse dient dabei als Abschirmung. Zur weiteren Abschirmung befindet sich unterhalb des Heizelementes ein Hitzeschild, das elektrisch leitend mit dem Heizelementträger verbunden ist.
• Dieses Hitzeschild wirkt gleichzeitig als Abschirmung für elektrische Anschlüsse an den Kontaktstiften, die unterhalb des Hitzeschildes aus dem Gehäuse im Dunkelraumabstand hervorstehen.
• Zum Befestigen des Heizelementes am Heizelementträger weist dieser zwei Schächte auf, in denen die Kontaktenden eingesteckt sind und jeweils von einer Schraube gegen Widerlager an einer Seitenwand des Schachtes gedrückt sind. Dabei kontaktiert die nichtleitende Keramik das Gehäuse und bildet somit eine geschlossene Abschirmung.
• Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
• 1 eine perspektivische Darstellung einer Strahlungsheizeinrichtung;
• 2 einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie II-II.
• 1 zeigt eine Strahlungsheizeinrichtung 1. Diese besteht aus einem plattenförmigen Heizelement 2, das an einem Heizelementträger 3 befestigt ist und über diesen mit Strom versorgt wird. Unterhalb des Heizelementes 2 befindet sich ein Hitzeschild 4, das ebenfalls am Heizelementträger 3 befestigt ist.
• Das Heizelement 2 besteht aus einer nichtleitenden Keramik, in der mäanderförmig ein Heizdraht 5 aus einer leitenden Keramik eingebettet ist. Die Leitungsführung ist in der 1 schematisch angedeutet. Anstelle des dargestellten Verlaufes kann jede beliebige Anordnung gewählt werden, mit der eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Heizelementes 2 erreicht wird.
• Die Heizdrähte führen, wie dies die 2 zeigt, in zwei Kontaktenden 6 aus der nichtleitenden Keramik heraus. Diese Kontaktenden 6 dienen einerseits der Befestigung am Heizelementträger 3, andererseits der Stromzuführung.
• Der Heizelementträger 3 ist metallisch ausgeführt und besitzt in seinem oberen Teil zwei Schächte 10, von denen einer in der 2 zu erkennen ist. In diesen Schacht 10 wird das Kontaktende 6 eingeführt und von oben durch eine Schraube 11 gegen die Schachtwand, auf der sich gegebenenfalls zwei Widerlager 12 befinden, vorgespannt. In dem Heizelementträger 3 ist für jedes Kontaktende ein Kontaktstift 13 vorgesehen, der in einer elektrisch isolierenden Hülse 14 geführt ist und auf dem vom Kontaktende 6 abgewandten Ende von einer Feder 15 belastet ist, die in einer geschlossenen Kammer angeordnet ist.
• An einer Kontaktfahne des Kontaktstiftes 13 ist eine elektrische Zuleitung befestigt, die mit einer Isolation 17 versehen durch einen unter das Hitzeschild 4 ragenden Gehäusefortsatz 18 des Heizelementträgers 3 hindurchgeführt ist und aus diesem hervorsteht, wobei das herausragende Ende in geeigneter Weise mit einer externen Stromzuführung gekoppelt werden kann. Da dieses herausragende Ende unterhalb des Hitzeschildes liegt, dient dieses gleichzeitig als elektrische Abschirmung.
• Durch diese Ausgestaltung sind alle stromführenden Teile gekapselt, so dass die Gefahr von Überschlägen nicht mehr besteht.
• Am Heizelementträger 3 befindet sich weiterhin ein Winkel 19 zur Befestigung der Heizvorrichtung im Rezipienten der Vakuumbeschichtungsanlage.

1

Strahlungsheizeinrichtung

2

Heizelement

3

Heizelementträger

4

Hitzeschild

5

Heizdraht

6

Kontaktenden

10

Schacht

11

Schraube

12

Widerlager

13

Kontaktstift

14

Hülse

15

Feder

16

Zuleitung

17

Isolation

18

Gehäusefortsatz

19

Winkel

Claims (6)

1. Vakuumbeschichtungsanlage zum Aufdampfen von dünnen Materialschichten auf ein oder mehrere von einem Substrathalter gehaltene Substrate, mit einem Tiegel, aus dem Beschichtungsmaterial verdampft wird, mit einer Plasmaquelle und mit einer zum Substrathalter gerichteten Strahlungsheizeinrichtung zum Erwärmen des dort angebrachten Substrates, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (1) ein Heizelement (2) aufweist, das aus einer nichtleitenden Keramik besteht, in der ein aus einer leitenden Keramik bestehender Heizdraht (5) eingebettet ist, wobei die Spannungsquelle für die Heizeinrichtung (1) nicht galvanisch von einer Stromversorgung der Vakuumbeschichtungsanlage getrennt ist.
2. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) plattenförmig ist und dass der Heizdraht (5) darin in der Plattenebene mäandernd eingebettet ist und die beiden Kontaktenden (6) des Heizdrahtes (5) aus der nichtleitenden Keramik hervorstehen.
3. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Heizelement haltender Heizelementträger (3) zwei Klemmkontakte mit jeweils einem federnd vorgespannten Kontaktstift (13) zum Kontaktieren der Kontaktenden (6) des Heizdrahtes (5) aufweist, wobei die Kontaktstifte (13) isoliert in einem metallischen Gehäuse des Heizelementträgers (3) geführt sind.
4. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des plattenförmigen Heizelementes (2) ein sich parallel dazu erstreckendes Hitzeschild (4) angeordnet ist, das am Heizelementträger (3) elektrisch leitend befestigt ist.
5. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstifte (13) mit Anschlüssen für eine Spannungsquelle versehen sind, die unterhalb des Hitzeschildes (4) aus dem Gehäuse des Heizelementträgers (3) hervorstehen.
6. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktenden (6) in entsprechenden Schächten (10) im Gehäuse eingesteckt sind und jeweils von einer Schraube (11) gegen Widerlager (12) an einer Seitenwand des Schachtes (10) gedrückt sind.