DE1176957B - Device for vapor deposition of thin layers in a high vacuum - Google Patents
Device for vapor deposition of thin layers in a high vacuumInfo
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- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/26—Vacuum evaporation by resistance or inductive heating of the source
Description
Vorrichtung zum Aufdampfen dünner Schichten Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auf- im Hochvakuum dampfen dünner Schichten im Hochvakuum, in welcher das zu verdampfende Material durch einen Hochfrequenzstrom beheizt wird.Apparatus for vapor deposition of thin layers The invention relates to a device for evaporating thin layers in a high vacuum, in which the material to be evaporated is heated by a high frequency current.
Zum Herstellen dünner Metallschichten auf Glas, Porzellan, Glimmer und anderen derartigen Unterlagen bedient man sich häufig eines Verfahrens, bei welchem das aufzubringende Material im Hochvakuum verdampft und auf der Unterlage niedergeschlagen wird. Das Material wird dabei meist auf einem von einem elektrischen Strom durchflossenen Blech auf die erforderliche Temperatur erhitzt. Es sind auch Vorrichtungen bekannt, bei welchen das zu verdampfende Material unmittelbar oder in einem Tiegel durch die Induktionswirkung eines Hochfrequenzstromes erhitzt wird, welcher durch eine das Material oder den Tiegel umgebende Spule fließt. Es ist auch bekannt, die Ankoppelspule für diesen Hochfrequenzstrom als einen längs einer Mantellinie geschlitzten Metallblechzylinder auszuführen.For producing thin metal layers on glass, porcelain, mica and other such documents, a procedure is often used which the material to be applied evaporates in a high vacuum and on the base being knocked down. The material is mostly based on one of an electrical Electricity flowing through the sheet is heated to the required temperature. There are too Devices known in which the material to be evaporated directly or is heated in a crucible by the induction effect of a high-frequency current, which flows through a coil surrounding the material or the crucible. It is also known, the coupling coil for this high-frequency current as one along a surface line run slotted sheet metal cylinder.
Die bisher bekannten Vorrichtungen zum Aufdampfen dünner Schichten im Hochvakuum weisen den Nachteil auf, daß sich bei ihnen die Verdampfungsgeschwindigkeit und die Menge des verdampften Materials nicht genau genug steuern lassen, so daß mit diesen Vorrichtungen nur sehr schwer gleichmäßige Schichten in vorbestimmter Stärke zu erreichen sind.The previously known devices for vapor deposition of thin layers in a high vacuum have the disadvantage that they reduce the rate of evaporation and not allow the amount of material vaporized to be controlled accurately enough so that with these devices it is very difficult to achieve uniform layers in predetermined Strength can be achieved.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Aufdampfen dünner Schichten im Hochvakuum, in welcher das zu verdampfende Material durch einen Hochfrequenzstrom beheizt wird und mindestens ein Teil der Ankoppelspule aus einem längs einer Mantellinie geschlitzten Metallblechzylinder besteht, welche den genannten Nachteil nicht mehr aufweist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Metallblechzylinder stirnseitig mit der Hochfrequenzspule verbunden ist, so daß sich der Hochfrequenzstrom infolge des Skineffektes in einer dünnen Randzone des Zylindermantels konzentriert und dort eine Erwärmung bewirkt, und daß der Zylindermantel aus dem zu verdampfenden Material besteht oder mit ihm überzogen ist. In einer solchen Vorrichtung läßt sich die Verdampfungsgeschwindigkeit auf einfache Weise und sehr genau durch Verändern der Frequenz des Hochfrequenzstromes steuern.The invention relates to a device for thin evaporation Layers in a high vacuum, in which the material to be evaporated is driven by a high-frequency current is heated and at least a part of the coupling coil from one along a surface line slotted sheet metal cylinder, which no longer has the disadvantage mentioned having. This is achieved according to the invention in that the sheet metal cylinder the end face is connected to the high-frequency coil, so that the high-frequency current Concentrated due to the skin effect in a thin edge zone of the cylinder jacket and there causes heating, and that the cylinder jacket from the to be evaporated Material consists of or is coated with it. In such a device can the evaporation rate easily and very precisely by changing it control the frequency of the high frequency current.
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.The invention is based on an embodiment shown in the drawing described in more detail.
In der Figur befindet sich die Vorrichtung innerhalb einer evakuierbaren Kammer 1, die durch eine Glocke 2 gebildet wird. Diese kann durch eine Grundplatte 3 luftdicht abgeschlossen werden. Die Kammer 1 ist über eine Leitung 5 mit einer Vakuumpumpe 4 verbunden. Die Quelle zum Aufdampfen von Überzugsmaterial in der Kammer 1 besteht aus einer HF-Induktionsspule 6, die über die Rohre 8 und 9 an eine Kühlstoffpumpe 7 angeschlossen ist. Das verwendete Kühlmittel ist abhängig von den Temperaturbedürfnissen der HF-Spule. Für höhere Temperaturen können flüssiges Natrium oder Silikonöl, für geringere Temperaturen Öl oder Wasser verwendet werden. Die Spule 6 ist außerdem an einen in seiner Frequenz steuerbaren HF-Generator 10 durch Leitungen 11 und 12 angeschlossen. Weiter trägt die Spule 6 ein Blech 13 aus dem aufzudampfenden Material. Das Blech 13 kann dieselbe Form haben wie die es tragende HF-Spule 6. In dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Spule und das Blech zylindrisch geformt, da bei dieser Anordnung die Steuerbedingungen optimal sind. Auf Kosten von optimalen Bedingungen können aber auch andere als zylindrische Formen verwendet werden, z. B. rechteckige, elliptische usw. Der Stromträger, der dem Blech oder der Unterlage Wärme zuführt, kann also auch eine andere als eine kreisförmige Gestalt haben.In the figure, the device is located within an evacuable one Chamber 1, which is formed by a bell 2. This can be done through a base plate 3 are hermetically sealed. The chamber 1 is via a line 5 with a Vacuum pump 4 connected. The source of vapor deposition of coating material in the chamber 1 consists of an HF induction coil 6, which is connected to a coolant pump via tubes 8 and 9 7 is connected. The coolant used depends on the temperature requirements the RF coil. For higher temperatures you can use liquid sodium or silicone oil, for lower temperatures oil or water can be used. The coil 6 is also to a frequency controllable HF generator 10 through lines 11 and 12 connected. The coil 6 also carries a sheet metal 13 made of the material to be vapor-deposited. The sheet 13 can have the same shape as the RF coil 6 carrying it. In the one shown preferred embodiment, the coil and the sheet metal are cylindrically shaped, because with this arrangement the control conditions are optimal. At the expense of optimal However, conditions other than cylindrical shapes can also be used, e.g. B. rectangular, elliptical, etc. The current carrier, the sheet metal or the base Adds heat, so it can also have a shape other than a circular shape.
Das Blech 13 ist mit der Spule 6 durch Verschweißen, Löten, Hartlöten oder ein anderes geeignetes Verfahren verbunden, wodurch ein enger elektrischer Kontakt erreicht wird. Dadurch wird im Betriebszustand der der Spule 6 zugeführte HF-Strom dem Blech 13 zugeleitet und eine konzentrierte Erhitzung an einer peripheren Bandkante 13 a (Schmelzzone) des Bleches 13 bewirkt. Diese entsteht durch den Skineffekt und die Abkühlung an der unteren Kante des Bleches 13. Dank dieser Anordnung können die Menge des aufzudampfenden Metalls und die Aufdampfungsgeschwindigkeit genau gesteuert werden, indem die Abkühlung der Spule und die Frequenz des HF-Generators verändert werden. Die Abkühlung der Spule wird durch die Eigenart und die Temperatur des durch die Spule 6 kreisenden Kühlstoffes bestimmt. Die Temperatur der peripheren Bandkante 13 a des Bleches 13 kann genau bestimmt werden, wenn man die Breite oder Länge und die Stärke des Bleches 13 kennt. Die Hitzeübertragung zu der Spule wird daher auf der Grundlage dieser Abmessungen vorher bestimmt.The sheet 13 is to the coil 6 by welding, soldering, brazing or some other suitable method connected, creating a close electrical Contact is reached. As a result, the coil 6 is supplied in the operating state HF current fed to the sheet 13 and a concentrated heating at a peripheral Band edge 13 a (melting zone) of the sheet 13 causes. This is created by the skin effect and the cooling at the lower edge of the sheet 13. Thanks to this arrangement, you can the The amount of metal to be deposited and the rate of deposition are precisely controlled are changed by cooling the coil and changing the frequency of the RF generator will. The cooling of the coil is determined by the nature and temperature of the the coil 6 determines the circulating coolant. The temperature of the peripheral belt edge 13 a of the sheet 13 can be determined exactly if you consider the width or length and the thickness of the sheet 13 knows. The heat transfer to the coil is therefore on determined beforehand based on these dimensions.
Das aufzudampfende Metall kann auf das Blech 13 durch ein beliebiges, geeignetes Verfahren, z. B. durch Aufsprühen, oder mit Hilfe eines Pinsels aufgebracht werden.The metal to be vapor-deposited can be applied to the sheet metal 13 by any suitable method, e.g. B. applied by spraying, or with the help of a brush will.
Schließlich kann das Blech 13 mit dem aufzudampfenden Metall galvanisch überzogen werden. Dabei wird es teilweise in das Galvanisierbad eingetaucht. An dieses wird ein für die Galvanisation geeigneter elektrischer Strom angelegt, der durch das Galvanisierbad und das Blech fließt. Die Eintauchtiefe des Bleches hängt von der aufzugalvanisierenden Metallmenge ab. Es können auch andere Arten der chemischen Ablagerung zur Aufbringung des Materials auf das hitzebeständige Blech verwendet werden.Finally, the sheet metal 13 can be electroplated with the metal to be vapor-deposited be coated. It is partially immersed in the electroplating bath. At an electric current suitable for galvanization is applied to this, the flows through the electroplating bath and the sheet metal. The depth of immersion of the sheet depends on the amount of metal to be electroplated. There can be other types of chemical Deposition used to apply the material to the heat-resistant sheet will.
Der hitzebeständige Blechzylinder 13 besteht aus Metallen, die erhöhten Temperaturen widerstehen und nicht von dem Aufdampfungsprozeß in Mitleidenschaft gezogen werden. Dazu gehören z. B. Wolfram, Tantal, Molybdän, Hafnium, Niobium, Rhenium und Platin. Bei den Metallen, welche auf das hitzebeständige Blech aufgebracht werden können, kann es sich um Eisen, Kobalt, Nickel, die Edelmetalle, Legierungen u. dgl. handeln.The heat-resistant sheet metal cylinder 13 is made of metals, the increased Withstand temperatures and not be affected by the vapor deposition process to be pulled. These include B. tungsten, tantalum, molybdenum, hafnium, niobium, Rhenium and platinum. With the metals, which are applied to the heat-resistant sheet It can be iron, cobalt, nickel, the precious metals, alloys act and the like.
Es können beliebige geeignete Mittel verwendet werden, um die zu bedampfende Unterlage in der Nähe des zu verdampfenden Materials zu halten. Gemäß der Figur wird eine Halterung verwendet, die aus einer Grundplatte 20 mit einer festen Welle 21 und einer einstellbaren Plattform 22 besteht, durch die die Unterlage in jede beliebige Stellung zu der Randkante 13 a des Blechzylinders 13 gebracht werden kann.Any suitable means can be used to hold the support to be vaporized near the material to be vaporized. According to the figure, a holder is used which consists of a base plate 20 with a fixed shaft 21 and an adjustable platform 22 through which the base can be brought into any position relative to the edge 13 a of the sheet metal cylinder 13.
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