DE19846602A1

DE19846602A1 - Verdampfer für Aluminium oder ein anderes hochschmelzendes Metall

Info

Publication number: DE19846602A1
Application number: DE1998146602
Authority: DE
Inventors: Detlef Eller; Stefan Heinz; Dirk Hoffmann; Juergen Krischer; Guenter Klemm; Wolfgang Buschbeck
Original assignee: Leybold Systems GmbH
Current assignee: Applied Materials GmbH and Co KG
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2000-04-13

Abstract

Ein Verdampfer (3) für Aluminium oder ein anderes hochschmelzendes Metall zur Beschichtung von Substraten (2) in Vakuum-Bedampfungsanlagen hat ein Verdampfergehäuse (4), welches einen Verdampfungsraum (5) vollständig umschließt und einen zum Substrat (2) hin gerichteten Dampfaustritt (7) aufweist. Zur Beheizung besteht das Verdampfergehäuse (4) aus halbleitender Keramik und wird von elektrischem Strom durchflossen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdampfer für Aluminium oder ein anderes hochschmelzendes Metall zur Beschichtung von Substraten in Vakuum-Bedampfungsanlagen, welcher ei nen von einem elektrischen Heizer beheizten Verdampfungs raum aufweist.

Zur Bedampfung von Folien mit zum Beispiel Aluminium, Kupfer oder anderen Metallen mit hohem Schmelzpunkt ord net man meist in einer Vakuumkammer einen relativ großen Verdampfer mit einer Vielzahl von nebeneinander liegenden Verdampferschiffchen an, welche aus elektrisch leitender Keramik bestehen und durch die zum Verdampfen von zuge führtem Metall elektrischer Strom fließt. Diese Verdamp ferschiffchen bilden jeweils durch eine Aushöhlung einen Tiegel für das zu verdampfende Metall. Dabei ist der Raum oberhalb der Verdampferschiffchen völlig offen, so dass das in ihnen verdampfte Metall unmittelbar zu einer ober halb der Verdampferschiffchen geführten Folie gelangen und sich dort durch Kondensation niederschlagen kann. Solche offenen Verdampfer können nur für Metalle mit niedrigem Dampfdruck verwendet werden, weil nur dann der Dampf weitgehend gerichtet nach oben zu dem Substrat steigt. Dennoch werden relativ große Bereiche der Be schichtungsanlage von dem Dampf erreicht und durch ihn verunreinigt. Bei mit einem solchen Verdampfer arbeiten den Folienbeschichtungsanlagen gelangen erfahrungsgemäß nur etwa 50% bis 76% des verdampften Metalls auf die Fo lie, während der übrige Anteil des Metalls sich in der Anlage niederschlägt. Das führt dazu, dass die Anlage re lativ häufig stillgesetzt und gereinigt werden muss, so dass keine langen, ununterbrochenen Prozesszeiten möglich sind.

Bekannt sind für Zink Verdampfer, bei denen in einem großvolumigen Verdampfergehäuse ein Tiegel mit dem zu verdampfenden Metall angeordnet ist. Die Beheizung dieses Tiegels erfolgt indirekt durch Heizwendeln in Keramik körpern. Das Verdampfergehäuse ist nach oben hin durch einen als Platte oder Leiste ausgebildeten Düsenkörper abgedeckt, welcher den Düsenspalt aufweist, durch den der Dampf zu der zu beschichtenden Folie gelangt. Solche Ver dampfer konnten bislang wegen der indirekten Beheizung des Tiegels nur bei Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet werden.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Bedamp fungsvorrichtung der eingangs genannten Art für Aluminium oder andere hochschmelzende Metalle so auszubilden, dass das in ihr verdampfte Metall möglichst vollständig zum Substrat gelangt, so dass eine Verunreinigung der Bedamp fungsanlage möglichst weitgehend vermieden wird.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verdampfer ein den Verdampfungsraum vollständig um schließendes Verdampfergehäuse mit einem zum Substrat hin gerichteten Dampfaustritt aufweist und der Heizer ein un mittelbar mit dem flüssigen oder dampfförmigen Metall Verbindung aufweisendes, stromdurchflossenes Bauteil ist.

Durch dieses bei einem Verdampfer für Aluminium oder ein anderes hochschmelzendes Metall erstmals angewandte Prin zip, einen Verdampfer mit einem seinen Verdampfungsraum vollständig umschließenden Verdampfergehäuse auszubilden, wird erreicht, dass der erzeugte Metalldampf zu nahezu 100% auf das Substrat gelangt. Dadurch wird eine Kontami nation der Beschichtungsanlage durch Kondensation von Me talldampf an Kaltflächen weitgehend vermieden, so dass der Reinigungsaufwand der Anlage sich drastisch verrin gert. Das führt wiederum zu einer starken Verminderung der Totzeiten und entsprechend zu einer Senkung der Pro duktionskosten. Durch die geschlossene Bauweise des Ver dampfers kann man diesen kleinvolumig ausbilden, so dass die Herstellungskosten für den Verdampfer sich gegenüber der offenen Bauweise stark reduzieren. Weil die Beheizung des Verdampfers durch unmittelbaren Kontakt des Metalls mit einem stromdurchflossenen Bauteil erfolgt, lassen sich die zum Schmelzen von Aluminium erforderlichen, ho hen Temperaturen leicht erreichen. Weiterhin arbeitet der Verdampfer durch diese Art der Beheizung mit geringer Trägheit, so dass sich die Verdampferrate rasch verändern und leicht regeln lässt.

Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das Verdampfergehäuse den Heizer bildet und zum Verbinden mit elektrischer Energie an beiden Stirnseiten mit elektrischen Anschlüs sen versehen ist. Bei einem solchen Verdampfer spart man die sonst notwendigen Verdampferschiffchen vollständig ein, so dass der Verdampfer besonders wenige Teile hat und deshalb kostengünstig herzustellen ist.

Als Werkstoff für das Verdampfergehäuse kommen verschie denen Materialien infrage, beispielsweise Graphit. Man kann jedoch auf einen für Verdampferschiffchen bewährten Werkstoff zurückgreifen, wenn das Verdampfergehäuse aus halbleitender Keramik besteht.

Die Zuführung des zu verdampfenden Metalls kann auf ein fache Weise dadurch erfolgen, dass das Verdampfergehäuse ein Zuführrohr zum Zuführen des zu verdampfenden Metalles in Form von Draht aufweist.

Statt das Verdampfergehäuse als elektrischen Heizer aus zubilden, kann man jedoch auch herkömmliche Bauteile ver wenden und vorsehen, dass in dem Verdampfergehäuse ein mit elektrischer Energie verbindbares Verdampferschiff chen angeordnet ist.

Bei einer solchen Ausführungsform muss sichergestellt sein, dass der Dampf nicht in dem das Verdampferschiff chen umgebenden Verdampfergehäuse an der Wandung dieses Verdampfergehäuses kondensiert. Dass lässt sich dadurch ausschließen, dass das Verdampfergehäuse elektrisch be heizt ist.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zwei davon sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch einen Teil bereich einer Vakuum-Beschichtungsanlage mit dem erfindungsgemäßen Verdampfer,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Verdampfers,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines Verdampfers nach der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt teilweise eine Beschichtungswalze 1, die ein zu beschichtendes Substrat 2 entlang eines Ver dampfers 3 führt. Der Verdampfer 3 hat ein zylindrisches Verdampfergehäuse 4 aus halbleitender Keramik, welches einen Verdampfungsraum 5 vollständig umschließt und in dem bei Betrieb des Verdampfers 3 ein Metallbad 6 flüssi gen Aluminiums vorhanden ist. Die Verdampfung des Metalls kommt dadurch zustande, dass das Verdampfergehäuse 4 stromdurchflossen ist. Der erzeugte Dampf tritt durch ei nen Dampfaustritt 7 im oberen Bereich des Verdampferge häuses 4 aus ihm aus und gelangt unmittelbar auf das Substrat 2. Eine thermische Isolation 8 umgibt das Ver dampfergehäuse 4 vollständig, so dass die Wärmeverluste möglichst gering sind.

Die Fig. 2 zeigt, dass das Verdampfergehäuse 4 an beiden Stirnseiten jeweils von einem elektrischen Anschluss 9, 10 abgestützt wird. Über diese Anschlüsse 9, 10 fließt zur Beheizung des Verdampfergehäuses 4 elektrische Ener gie durch das Verdampfergehäuse 4. Eine Stirnseite des Verdampfergehäuses 4 ist mit einem Zuführrohr 11 verse hen, durch welches das zu verdampfende Metall in Form von Draht 12 in das Innere des Verdampfergehäuses 4 gelangt. Der Dampfaustritt 7 ist durch eine Vielzahl von in zwei parallelen Reihen angeordneten Löchern gebildet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist in dem Verdamp fergehäuse 4 ein übliches Verdampferschiffchen 13 aus halbleitender Keramik angeordnet, welches eine Aushöhlung 14 hat, in der das Metall verdampft. Eine Heizung 15 um gibt das Verdampfergehäuse 4, so dass eine Kondensation des Metalldampfes am Verdampfergehäuse 4 ausgeschlossen werden kann. 1 Beschichtungswalze
2 Substrat
3 Verdampfer
4 Verdampfergehäuse
5 Verdampfungsraum
6 Metallbad
7 Dampfaustritt
8 Isolation
9 Anschluss
10 Anschluss
11 Zuführrohr
12 Draht
13 Verdampferschiffchen
14 Aushöhlung
15 Heizung

Claims

1. Verdampfer für Aluminium oder ein anderes hochschmel zendes Metall zur Beschichtung von Substraten in Vakuum- Bedampfungsanlagen, welcher einen von einem elektrischen Heizer beheizten Verdampfungsraum aufweist, dadurch ge kennzeichnet, dass der Verdampfer (3) ein den Verdamp fungsraum (5) vollständig umschließendes Verdampferge häuse (4) mit einem zum Substrat (2) hin gerichteten Dampfaustritt (7) aufweist und der Heizer ein unmittelbar mit dem flüssigen oder dampfförmigen Metall Verbindung aufweisendes, stromdurchflossenes Bauteil ist.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfergehäuse (4) den Heizer bildet und zum Verbinden mit elektrischer Energie an beiden Stirnseiten mit elektrischen Anschlüssen (9, 10) versehen ist.

3. Verdampfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass das Verdampfergehäuse (4) aus halblei tender Keramik besteht.

4. Verdampfer nach zumindest einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampferge häuse (4) ein Zuführrohr (11) zum Zuführen des zu ver dampfenden Metalles in Form von Draht (12) aufweist.

5. Verdampfer nach zumindest einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verdampfer gehäuse (4) ein mit elektrischer Energie verbindbares Verdampferschiffchen (13) angeordnet ist.

6. Verdampfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfergehäuse (4) elektrisch beheizt ist.