DE1072451B - Vorrichtung zur Herstellung von Überzügen durch Vakuumaufdampfen - Google Patents
Vorrichtung zur Herstellung von Überzügen durch VakuumaufdampfenInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
ANMELDETAG:
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:
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AUSLEGESCHRIFT:
AUSGABE DER
PATENTSCHRIFT:
PATENTSCHRIFT:
DBP 1072 451 kl. 48 b 11/03
INTERNAT. KL. C 23 C 4. JULI 19 5 6
31. DEZEMBER 1950
23. JUNI 19 6 0
STIMMT ÜBEREIN MIT AUSLEGESCHRIFT
1 072 4SI (E 12625VI/48L·)
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Überzügen durch Vakuumaufdampfen,
bei der das aufzudampfende Material durch einen Elektronenstrahl, der durch magnetische und gegebenenfalls
elektrische Mittel bogenförmig abgekrümmt wird, verdampft wird.
Es ist ein Verfahren zum Verdampfen γοη zwei
oder mehr Stoffen im Vakuum mittels Elektronenstrahlen bekannt, bei dem ein einziges Elektronenstrahlbündel
abwechselnd auf die aus getrennten Tiegeln einzeln zu verdampfenden Stoffe gelenkt wird,
und zwar wird dabei das Elektronenstrahlbündel durch ein elektrisches Feld oder auch durch ein
magnetisches Feld in seiner Richtung abgelenkt. Die Elektronenstrahlquelle befindet sich hier im wesentlichen
oberhalb der Tiegel, so daß die Gefahr besteht, daß sich Teile der verdampften Materialien auf der
Elektronenstrahlquelle festsetzen und zu Störungen führen.
Der'Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel
zu schaffen, die ein Aufdampfen von durch Elektronenstrahlen verdampften Materialien auf die zu überziehenden
Körper ohne die Gefahr einer Beeinträchtigung der Elektronenquelle ermöglichen.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Elektronenstrahlquelle mit horizontaler
Schußrichtung auf einem Schenkel eines Hufeisenmagneten
angeordnet ist, auf dessen anderem Schenkel die Auflage für das zu verdampfende Material
vorgesehen ist, so daß der geradlinige Weg des Dampfstromes von der Quelle bis zur Kondensationsfläche
von Bauteilen freigehalten ist und sich keine Teile des Verdampfungsproduktes auf der Elektronenstrahlquelle
(Elektronenkanone) festsetzen können.
Auf diese Weise wird ohne Mehraufwand die Krümmung des Elektronenstrahles erreicht, welche
den wesentlichen Vorteil mit sich bringt; daß die Elektronenkanone praktisch vollkommen dagegen geschützt
ist, daß sich Teile des Verdampfungsproduktes auf ihr niederschlagen. Außerdem kann der zum Aufnehmen
des Überzuges vorgesehene Träger od. dgl. oberhalb der verdampfenden Probe frei aufgehängt
werden, ohne daß sich irgendein Gegenstand, also etwa die Elektronenkanone, im Wege befindet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines dünnen Materialfilmes unter Verwendung eines
Elektronenstrahles zum Verdampfen des Materials arbeitet also wie folgt:
Es wird in einem luftleeren Raum eine mit magnetischem
Fluß durchsetzte Strecke geschaffen, die sich längs ihrer Ausdehnung ungefähr um einen rechten
Winkel krümmt. Dann wird ein Elektronenstrahl in diese magnetische Strecke hineingeschossen, so daß
die Flugbahn der Elektronen der Krümmung der
IO Vorrichtung zur Herstellung von überzügen durch Vakuumaufdampfen
Patentiert für:
English Electric
Valve Company Limited,
London
Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 6. Juli 1955 und 2. Mai 1956
Kurt Josef Frank, Darmstadt, ist'-als Erfinder genannt worden
magnetischen Strecke folgt. Die Elektronen werden auf einer Materialprobe am Ende der magnetischen
Raumstrecke fokussiert, um in an sich bekannter Weise eine Verdampfung des Materials durch elekironischen
Beschüß hervorzurufen. Das Verdampfungsprodukt wird schließlich auf der Oberfläche eines
Trägers oder einer Unterlage'zum Niederschlag gebracht,
welche sich eindeutig außerhalb der magnetischen Fluß strecke und der Elektronenbahn befindet.
Eine bevorzugte Vorrichtung nach der Erfindung enthält einen Magneten in einer evakuierbaren Kammer;
auf dessen ebener Stirnseite am Ende des einen Polschuhes das zu verdampfende Material aufliegt.
Der andere Polschuh umhüllt eine Elektronenkanone, die so' angebracht ist, daß sie durch eine Öffnung in
einer der Stirnseiten.dieses zweiten Polschuhes Elek-.
tronen herausschießt. Diese Stirnseite verläuft etwa rechtwinklig zu der Stirnseite am Ende des ersten
Polschuhes. Ferner sind frei und ohne Überschneidung mit den Feldlinien des magnetischen Polflusses Mittel
angebracht, auf denen das Verdampfungsprodukt kondensiert.
Wenn das Material ein Isolator. ist, sind vorzugsweise Mittel vorgesehen, mit denen die Geschwindig-
keit der auftreffenden Elektronen auf etwa jenen Wert eingeregelt werden kann, der dem Potential des
sogenannten zweiten Schnittpunktes der Sekundäremissionscharakteristik
des betreffenden Materials entspricht. .
009536/259
3 4
Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die sehe- tronenkanone angemessene Isolationen zu schaffen,
matischen Zeichnungen nachfolgend im einzelnen be- sowie durch die Schwierigkeit, einen ausreichenden
schrieben. magnetischen Fluß erzeugen zu müssen, um einen
Fig. 1 zeigt im vertikalen Schnitt eine Vorrichtung Strahl hoher Geschwindigkeit richtig auf dem Ma-
gemäß der Erfindung, 5 terial, fokussiert halten zu können. Die Leitung 6a
Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch ein Detail zeigt die Flugbahn von Elektronen, die die Elek-
von Fig. 1. tronenkanone verlassen.
Für gleiche Teile sind in allen Figuren gleiche Nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung 9
Bezugszeichen verwendet. werden die Elektronen im wesentlichen der Richtung
Fig. 1 zeigt einen Permanentmagneten, der im io der magnetischen Feldlinien 1 α folgen und auf das zu
großen und ganzen die Gestalt eines Hufeisens be- verdampfende Material 3 auftreffen. Der Auftreff-
sitzt und so dimensioniert ist, daß der magnetische punkt wird so klein wie möglich gemacht, damit die
Fluß im Raum zwischen seinen Polen in der Größen- hohen Stromdichten, die zur Verdampfung erforder-
ordnung von 1600 Gauß oder mehr liegt. Der eine Hch sind (in der Größenordnung von 25 A/cm2), er-
Polschuh 2 dieses Permanentmagneten ist so einge- 15 reicht werden können.
richtet, daß er eine Probe schwer schmelzbaren iso- Beim Beschüß durch Elektronen erfährt das Malierenden Materials 3, das zu verdampfen ist, auf- terial 3 eine sehr schnelle Temperaturerhöhung am
nehmen oder haltern kann. Der andere Polschuh 4 des Auftreffpunkt der Elektronen, und die Folge ist eine
Magneten besitzt einen hohlen Teil 5, der an einem Verdampfung, die von diesem Punkte ausgeht. Das
Ende geschlossen ist, so daß sich der zwischen den 20 Verdampfungsprodukt steigt in dem Vakuum in Rich-Polen
liegende Luftspalt von der Außenseite dieses tung des Pfeiles 13 auf, um als dünner Film auf einer
geschlossenen Endes zu der Stirnseite des Polschuhes 2 ausgedehnteren Oberfläche 14 (der Unterlage) der
erstreckt. Gestrichelte Linien 1 α skizzieren den all- Vorrichtung 15 (Platten), die oberhalb des Magemeinen
Verlauf der Feldlinien im Luftspalt zwi- terials 3 aufgehängt ist, zu kondensieren. Ein Schild
sehen den Polen. Eine Elektronenkanone 6 beliebiger 25 16 aus nichtmagnetischem Material ist als eine
bekannter Bauart ist innerhalb des Teiles 5 zentral weitere Sicherung vorgesehen, um zu verhindern, daß
gelagert und enthält eine Kathode 7, die von einem irgendetwas von dem Verdampfungsprodukt auf der
Steuerzylinder oder Gitter 8 umgeben ist. Eine Außenseite des Polschuhes 4 kondensiert. Eine solche
schmale, konisch zulaufende Öffnung 9 in dem ge- Ablagerung durch Kondensation würde auf der Wand
schlossenen Ende des zylindrischen Teiles 5 gestattet 30 der Öffnung 9 einen Überzug bilden, durch den sich
den Austritt der von der Elektronenkanone emittierten eine hohe elektrostatische Ladung auf der erwähnten
Elektronen aus dem Polschuh. Außenseite aufbauen und zu Störungen des Elek-
Die ganze Vorrichtung befindet sich, soweit bis tronenstrahls Anlaß geben könnte,
jetzt beschrieben, innerhalb eines evakuierbaren durch- Nachdem sich eine genügend dicke Schicht schwer sichtigen Behälters, der als Glasglocke 10 auf der 35 schmelzbaren Isolatormaterials auf der Unterlage 14 Grundplatte 11 dargestellt ist. Geeignete Pumpvor- abgesetzt hat, werden die der Elektronenkanone 6 zurichtungen, die nicht gezeigt sind, sind an den Rohr- geführten Spannungen abgeschaltet und die Vorrichstutzen 12 in der Grundplatte 11 angeschlossen, wo- tung 15 (Platten) entfernt. Das Isolatormaterial auf durch der Druck innerhalb der Glasglocke kontrolliert der Unterlage befindet sich dort nunmehr in der Gewerden kann. 40 stalt einer dünnen Schicht, und Experimente haben Fig. 2 zeigt einen Horizontalschnitt durch die gezeigt, daß es praktisch ohne Verunreinigung ist und Fig. 1 längs einer Linie, die durch die Mitte der Elek- keine weitere chemische Behandlung erfordert,
tronenkanone 6 geht. Zum Zwecke besserer Über- Obgleich die vorstehend beschriebene Arbeitsweise sichtlichkeit sind die Glocke 10, die Vorrichtung 15 für kurze Verdarnpfungsintervalle durchaus geeignet (Platten), der Schirm 16 und die Grundplatte 11 in 45 ist, wird der Elektronenstrahl jedoch während dieser Figur nicht mit dargestellt. längerer Zeiteq allmählich ein Loch durch das Iso-Der Magnet 1 und damit der hohle Teil 5 wird latormaterial hindurchbohren. In solchen Fällen wird durch die Leitung 5 α auf Erdpotential gehalten und, deshalb vorgezogen, Maßnahmen zu treffen, durch sofern das Material 3 ein Isolator ist (dieser Fall sei die das Material 3 langsam, in einer Ebene, die rechthier angenommen), wird ein negatives Potential von 50 winklig zum Elektronenstrahl liegt, bewegt wird, so annähernd 3 kV über die Klemmen 7 b und 8 α an die daß fortlaufend neue Oberflächenteile des Materials Kathode 7 bzw. das Steuergitter 8 gelegt. Eine kleine unter elektronischen Beschüß gebracht werden.
Spannung, die dem benutzten Kathodentyp angepaßt Die Verdampfung von Glas oder anderen Materialien, ist, wird über die Klemmen 7 α und 7 b zugeführt, um die verschiedene Komponenten mit unterschiedlichen die Kathode 7 zu heizen. Der genaue Wert des er- 55 Verdampfungstemperaturen enthalten, kann wie folgt wähnten negativen Potentials ist vorzugsweise von durchgeführt werden, um eine Verdampfung in der solcher Größe, da die Geschwindigkeit der Elektronen, Weise zu bewirken, daß der durch Kondensation auf die das Material 3 beschießen, etwa dem Potential der Unterlage gebildete Film alle diese Bestandteile entspricht, das dem sogenannten zweiten Schnittpunkt in inniger Mischung miteinander im gleichen Verauf der Sekundäremissionscharakteristik des be- 60 hältnis wie im ursprünglichen Material enthält:
treffenden, zu verdampfenden Materials zugeordnet Eine Probe des betreffenden Materials wird auf ist. Die Wahl dieser Geschwindigkeit gestattet vor- einem Schlitten gehalten, der am Auftreffpunkt in teilhäfterweise die Verwendung eines geringeren einer Ebene rechtwinklig zum Elektronenstrahl be-Anodenpotentials, als sonst für'die Elektronenkanone wegt werden kann, und zwar ist dieBewegung so, daß erforderlich wäre. Wenn das Material 3 ein Metall, 65 die Probe bei konstanter Geschwindigkeit unter dem wäre, würde im allgemeinen kein Punkt anzugeben Elektronenstrahl abgetastet wird. Die Bewegungssein, auf den das Potential zu beschränken wäre. Die geschwindigkeit und die Energiedichte des Strahles obere Grenze der Beschießungsgeschwindigkeit wäre werden so eingestellt, daß jener Teil des Materials, in vielmehr durch praktische Erwägungen gegeben, vor den der Strahl unmittelbar eindringt, innerhalb der allem durch die Notwendigkeit, innerhalb der Elek- 70 Zeitdauer des Beschüsses auf eine Temperatur ge-
jetzt beschrieben, innerhalb eines evakuierbaren durch- Nachdem sich eine genügend dicke Schicht schwer sichtigen Behälters, der als Glasglocke 10 auf der 35 schmelzbaren Isolatormaterials auf der Unterlage 14 Grundplatte 11 dargestellt ist. Geeignete Pumpvor- abgesetzt hat, werden die der Elektronenkanone 6 zurichtungen, die nicht gezeigt sind, sind an den Rohr- geführten Spannungen abgeschaltet und die Vorrichstutzen 12 in der Grundplatte 11 angeschlossen, wo- tung 15 (Platten) entfernt. Das Isolatormaterial auf durch der Druck innerhalb der Glasglocke kontrolliert der Unterlage befindet sich dort nunmehr in der Gewerden kann. 40 stalt einer dünnen Schicht, und Experimente haben Fig. 2 zeigt einen Horizontalschnitt durch die gezeigt, daß es praktisch ohne Verunreinigung ist und Fig. 1 längs einer Linie, die durch die Mitte der Elek- keine weitere chemische Behandlung erfordert,
tronenkanone 6 geht. Zum Zwecke besserer Über- Obgleich die vorstehend beschriebene Arbeitsweise sichtlichkeit sind die Glocke 10, die Vorrichtung 15 für kurze Verdarnpfungsintervalle durchaus geeignet (Platten), der Schirm 16 und die Grundplatte 11 in 45 ist, wird der Elektronenstrahl jedoch während dieser Figur nicht mit dargestellt. längerer Zeiteq allmählich ein Loch durch das Iso-Der Magnet 1 und damit der hohle Teil 5 wird latormaterial hindurchbohren. In solchen Fällen wird durch die Leitung 5 α auf Erdpotential gehalten und, deshalb vorgezogen, Maßnahmen zu treffen, durch sofern das Material 3 ein Isolator ist (dieser Fall sei die das Material 3 langsam, in einer Ebene, die rechthier angenommen), wird ein negatives Potential von 50 winklig zum Elektronenstrahl liegt, bewegt wird, so annähernd 3 kV über die Klemmen 7 b und 8 α an die daß fortlaufend neue Oberflächenteile des Materials Kathode 7 bzw. das Steuergitter 8 gelegt. Eine kleine unter elektronischen Beschüß gebracht werden.
Spannung, die dem benutzten Kathodentyp angepaßt Die Verdampfung von Glas oder anderen Materialien, ist, wird über die Klemmen 7 α und 7 b zugeführt, um die verschiedene Komponenten mit unterschiedlichen die Kathode 7 zu heizen. Der genaue Wert des er- 55 Verdampfungstemperaturen enthalten, kann wie folgt wähnten negativen Potentials ist vorzugsweise von durchgeführt werden, um eine Verdampfung in der solcher Größe, da die Geschwindigkeit der Elektronen, Weise zu bewirken, daß der durch Kondensation auf die das Material 3 beschießen, etwa dem Potential der Unterlage gebildete Film alle diese Bestandteile entspricht, das dem sogenannten zweiten Schnittpunkt in inniger Mischung miteinander im gleichen Verauf der Sekundäremissionscharakteristik des be- 60 hältnis wie im ursprünglichen Material enthält:
treffenden, zu verdampfenden Materials zugeordnet Eine Probe des betreffenden Materials wird auf ist. Die Wahl dieser Geschwindigkeit gestattet vor- einem Schlitten gehalten, der am Auftreffpunkt in teilhäfterweise die Verwendung eines geringeren einer Ebene rechtwinklig zum Elektronenstrahl be-Anodenpotentials, als sonst für'die Elektronenkanone wegt werden kann, und zwar ist dieBewegung so, daß erforderlich wäre. Wenn das Material 3 ein Metall, 65 die Probe bei konstanter Geschwindigkeit unter dem wäre, würde im allgemeinen kein Punkt anzugeben Elektronenstrahl abgetastet wird. Die Bewegungssein, auf den das Potential zu beschränken wäre. Die geschwindigkeit und die Energiedichte des Strahles obere Grenze der Beschießungsgeschwindigkeit wäre werden so eingestellt, daß jener Teil des Materials, in vielmehr durch praktische Erwägungen gegeben, vor den der Strahl unmittelbar eindringt, innerhalb der allem durch die Notwendigkeit, innerhalb der Elek- 70 Zeitdauer des Beschüsses auf eine Temperatur ge-
bracht wird, die ausreicht, alle Komponenten zu verdampfen, während die Temperatur der übrigen Teile
der Probe den Verdampfungspunkt auch des am leichtesten zu verdampfenden Bestandteils nicht erreichen
darf. In dieser Weise wird Schicht um Schicht des Materials durch Verdampfung entfernt.
Frej tragende dünne Glasschichten können mit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt
werden, indem als Unterlage eine organische Schicht, z. B. Kollodium, verwendet wird, die auf
einem Ring aus einem Werkstoff befestigt ist, dessen Ausdehnungskoeffizient dem des Glases angepaßt ist.
Nach dem Verdampfungsprozeß wird die Schicht an der Luft auf eine Temperatur erhitzt, bei der einerseits
das Glas noch genügend zähflüssig ist, um in der Schicht durch Oberflächenspannung zusammengehalten
zu werden, während andererseits die organische Schicht wegbrennt und die frei tragende Glasschicht zurückläßt.
Eine ausführliche Beschreibung des Vorgangs wird hier nicht gegeben, da eine solche in der britischen
Patentschrift 709 503 zu finden ist.
Claims (3)
1. Vorrichtung zur Herstellung von Überzügen durch Vakuumaufdampfen, bei der das aufzudampfende
Material durch einen Elektronenstrahl, der durch magnetische und gegebenenfalls elektrische
Mittel bogenförmig abgekrümmt wird, verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, ciaß die Elektronenstrahlquelle
mit horizontaler Schußrichtung auf einem Schenkel eines Hufeisenmagneten angeordnet
ist, auf dessen anderem Schenkel die Auflage für das zu verdampfende Material vorgesehen
ist, so daß der geradlinige Weg des Dampfstromes von der Quelle bis zur Kondensationsfläche von
Bauteilen frei gehalten ist und sich keine Teile des Verdampfungsproduktes auf derElektronenstrahlquelle
(Elektronenkanone) festsetzen können,
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Regelung der Anodenspannung
vorgesehen sind, um die Geschwindigkeit der beschießenden Elektronen etwa gleich der
Geschwindigkeit zu machen, die dem Potential des zweiten Schnittpunktes auf der Sekundäremissionscharakteristik
des betreffenden Materials entspricht.
3. Anwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Herstellung von Überzügen aus Silizium^
dioxyd, Aluminium-, Magnesium-, Zirkonoxyd oder anderen schwer schmelzbaren isolierenden
Werkstoffen.
In Betracht gezogene Drückschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 882 174.
Deutsche Patentschrift Nr. 882 174.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
& 909 707/184 12.59 (009 536/259 6.60)
Applications Claiming Priority (1)
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| DE1072451B true DE1072451B (de) | 1960-06-02 |
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| US6576294B1 (en) * | 1989-10-24 | 2003-06-10 | Flex Products, Inc. | Method for forming barrier film |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1204048B (de) * | 1961-03-11 | 1965-10-28 | Heraeus Gmbh W C | Verfahren zum Aufbringen von kratzfesten, transparenten oxydischen Schutzschichten auf optischen Gegenstaenden, z. B. Brillenglaesern, aus thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere Acrylharzen, durch Vakuumaufdampfen |
| DE1266608B (de) * | 1962-03-23 | 1968-04-18 | Siemens Ag | Verfahren zum Vakuumaufdampfen von Isolierstoffschichten mittels gebuendelter Elektronenstrahlen |
| DE1298833B (de) * | 1962-04-13 | 1969-07-03 | Air Reduction | Vorrichtung zum Vakuumaufdampfen einer Vielzahl von festhaftenden Schichten bestimmter Dicke aus verschiedenen Materialien auf eine Unterlage mittels Elektronenbeschuss |
| DE1199097B (de) * | 1962-09-25 | 1965-08-19 | Heraeus Gmbh W C | Vorrichtung zum Vakuumbedampfen breiter Baender, insbesondere mit Metallen, durch Erhitzen des Verdampfungsgutes mittels Elektronenstrahlen |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NL208669A (de) | |
| ES229528A1 (es) | 1956-11-01 |
| NL99895C (de) | |
| GB793635A (en) | 1958-04-23 |
| FR1154386A (fr) | 1958-04-08 |
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