DE19923654A1 - In einem Rezipienten einer Vakuumbeschichtungsanlage anzuordnender Verdampfer und Verfahren zum Regeln der Verdampfungsrate einees solchen Verdampfers - Google Patents

Abstract

In einem Rezipienten (1) einer Vakuumbeschichtungsanlage ist ein Verdampfer (3) angeordnet, der einen zentralen Heizbereich (6) hat. In diesen Heizbereich (6) führt ein Zuführrohr (4), durch das hindurch ein drahtförmiges Material (5) in den Heizbereich (6) gefördert wird, wo es unmittelbar verdampft. Durch Regelung der Zuführgeschwindigkeit des drahtförmigen Materials (5) lässt sich die Verdampfungsrate des Verdampfers (3) sehr genau regeln.

Description

Die Erfindung betrifft einen in einem Rezipienten einer Vakuumbeschichtungsanlage anzuordnenden Verdampfer, wel­ cher einen Einlass für zu verdampfendes, drahtförmiges Material aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Regeln der Verdampfungsrate eines solchen Verdampfers.

Die in Vakuumbeschichtungsanlagen verwendeten Verdampfer haben üblicherweise einen Tiegel, in welchem das zu ver­ dampfende Material in flüssiger Form vorliegt und aus dem heraus es verdampft. Als Beispiel für den Stand der Tech­ nik sei auf die DE 43 11 581 A1 verwiesen, welche in Fig. 2 einen solchen Verdampfer zeigt. Bei ihm ist der Tiegel in einem sogenannten Verdampferschiffchen vorgese­ hen. Das zu verdampfende Material wird von einer inner­ halb des Rezipienten angeordneten Vorratsrolle in Form von Draht abgewickelt und gelangt zunächst in den Tiegel des Verdampferschiffchen. Die Regelung der Verdampferrate erfolgt bei solchen Verdampfern durch die Heizleistung der Verdampferschiffchen, wobei darauf zu achten ist, dass die Zuführgeschwindigkeit des zu verdampfenden Mate­ rials ausreichend hoch ist, so dass sich stets genügend Material in flüssiger Form innerhalb der einzelnen Tiegel befindet.

Die bekannte Vakuumbeschichtungsanlage dient der Be­ schichtung von Folien mit Metalldampf, die sich mit einem konstanten Abstand zum Verdampfer bewegen. Für diesen An­ wendungsfall ist mit dem bekannten Verdampfer eine aus­ reichend gleichmäßige Verdampfungsrate zu erzielen. Oft­ mals arbeiten Verdampfer mit einem Elektronenstrahl, wel­ cher durch eine Ablenkeinheit kontinuierlich über das zu verdampfende Metallbad bewegt wird. Durch die relativ un­ definierte Führung des Elektronenstrahls kommt es zum Teil zu starken Schwankungen der Verdampfungsrate. Ein weiterer Nachteil der bekannten Verdampfer liegt darin, dass entsprechend der unterschiedlichen Verdampfungsleis­ tung die entstehende "Dampfkeule" instabil wird, so dass nur ein relativ kleiner Bereich für die Beschichtung ge­ nutzt werden kann.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Verdamp­ fer der eingangs genannten Art so auszubilden, dass seine Verdampfungsrate möglichst genau zu regeln und rasch ver­ änderbar ist. Weiterhin soll ein Verfahren zum Regeln ei­ nes solchen Verdampfers gefunden werden.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, dass der Verdampfer einen zentralen Heizbereich hat und der Einlass für das drahtförmige Material zum unmit­ telbaren Verdampfen des zugeführten, drahtförmigen Mate­ rials in dem zentralen Heizbereich angeordnet ist.

Durch diese Ausbildung erzeugt man abweichend von der bisherigen Praxis mit dem zugeführte Material keine Schmelze in einem Tiegel, vielmehr lässt man das zuge­ führte Material unmittelbar verdampfen. Dadurch kann man die Verdampfungsrate sehr genau durch Ändern der Zuführ­ geschwindigkeit regeln und rasch verändern. Da der erfin­ dungsgemäße Verdampfer keinen Tiegel benötigt und der Heizbereich nur noch dort sein muss, wo das drahtförmige Material zugeführt wird, kann der Verdampfer insgesamt einfacher ausgebildet sein als die bekannten Verdampfer. Auch die Verdampfung nicht metallischer Stoffe, bei denen der Schmelzpunkt und Verdampfungspunkt eng zusammenlie­ gen, ist mit dem erfindungsgemäßen Verdampfer ohne Schwierigkeiten möglich. Deshalb kann man mit ihm auch Quarz verdampfen, welches dem Verdampfer als Faser oder Faserbündel zugeführt wird. Die bei herkömmlichen Ver­ dampfern bei solchen Materialien auftretenden starken Ra­ tenschwankungen werden auch in solchen Fällen bei dem er­ findungsgemäßen Verdampfer vermieden. Ein weiterer Vor­ teil des Verdampfers nach der Erfindung liegt darin, dass große Materialmengen ohne Unterbrechung des Verdamp­ fungsprozesses durch eine hohe Zuführgeschwindigkeit des drahtförmigen Materials dem Verdampfer zugeführt werden können.

Besonders vorteilhaft ist der Verdampfer ausgebildet, wenn er äls Elektronenstrahl-Verdampfer ausgebildet ist und der Elektronenstrahl unveränderbar auf den zentralen Heizbereich gerichtet ist. Ein solcher Verdampfer kann einfacher als vergleichbare Verdampfer ausgebildet sein, weil er keine Ablenkeinheit benötigt, die den Elektronen­ strahl über die Schmelze bewegt. Da der Heizbereich sehr klein sein kann, weil nur das freie Ende des zugeführten drahtförmigen Materials beheizt werden muss, können Elek­ tronenstrahlkanonen und Stromversorgungen mit geringer Leistung verwendet werden.

Statt einen Elektronenstrahl kann man bei dem erfin­ dungsgemäßen Verdampfer auch vorsehen, dass er eine Heiz­ spule hat und der Einlass für das drahtförmige Material koaxial zu der Heizspule angeordnet ist.

Mittels des Elektronenstrahls oder bei einer induktiven Heizung für den Fall, dass es sich bei dem zugeführten Material um ein Metall handelt, kann man das zugeführte Material unmittelbar erhitzen und verdampfen. Es ist je­ doch auch eine indirekte Wärmezufuhr möglich, indem der zentrale Heizbereich ein den Einlass umschließendes Heiz­ teil aus Metall hat, welches durch den Elektronenstrahl oder induktiv beheizt ist. Ein solches Heizteil ist bei einer induktiven Heizung dann zwingend notwendig, wenn es sich bei dem zugeführten Material um Nichtmetall handelt. Bei Verwendung eines Elektronenstrahls hat eine solche Ausführungsform den Vorteil, dass dieser nicht exakt auf das zugeführte Material ausgerichtet sein muss.

Das zu verdampfende Material kann während des Betriebs des Verdampfers von außen in den Rezipienten eingeführt werden und deshalb kontinuierlich ohne Arbeitsunterbre­ chung des Verdampfers erfolgen, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung zur Zufuhr des drahtförmigen Materials in den Rezipienten ein in den Verdampfer füh­ rendes Zuführrohr vorgesehen ist, welches den Verdampfer mit einer Schleuse verbindet, durch die das zugeführte, drahtförmige Material verläuft, die an zwei gegenüberlie­ genden Seiten eine durch zwei Dichtungen begrenzte und mit einer Zwischenabsaugung versehene Schleusenkammer für das drahtförmige Material hat.

Konstruktiv besonders einfach ist die Zufuhr des draht­ förmigen Materials gestaltet, wenn der Schleuse eine Ab­ wickelvorrichtung zum Abwickeln des drahtförmigen Materi­ als von einer Vorratsrolle vorgeschaltet ist.

Das drahtförmige Material könnte zwischen zwei angetrie­ benen Rollen geführt und dadurch dem Verdampfer zugeführt werden. Schlupf bei der Zufuhr des drahtförmigen Materi­ als, der zwangsläufig zu Unregelmäßigkeiten bei der Zu­ führgeschwindigkeit führt, lässt sich zuverlässig vermei­ den, wenn die Abwickelvorrichtung durch eine angetriebene Rolle gebildet ist, um die das drahtförmige Material von der Vorratsrolle kommend einmal herumgewickelt ist.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung eines Verfahrens zum Regeln der Verdampfungsrate eines Verdamp­ fers, welcher ein Verdampferteil und einen Einlass für zu verdampfendes drahtförmiges Material aufweist, wird er­ findungsgemäß dadurch gelöst, dass die Verdampfungsrate durch die Nachführgeschwindigkeit des drahtförmigen Mate­ rials in das Verdampferteil geregelt wird.

Ein solches Verfahren ist sehr einfach ausführbar und er­ laubt eine sehr genaue Regelung und rasche Veränderung der Verdampfungsrate. Da das zugeführte Material unmit­ telbar verdampft und nicht zunächst ein Schmelzbad bil­ det, führt eine Veränderung der Zuführgeschwindigkeit zwangsläufig unmittelbar zu einer Veränderung der Ver­ dampfungsrate.

Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar, wenn man als drahtförmiges Material Quarzfa­ sern zuführt. Eine Beschichtung mit Quarz ist beispiels­ weise bei Interferenzfiltern für die Telekommunikation notwendig. In einem solchen Fall erlaubt das erfindungs­ gemäße Verfahren sehr gleichmäßige Beschichtungen, weil die Verdampfungsrate trotz des engen Zusammenliegens des Schmelzpunktes und Verdampfungspunktes von Quarz dank der erfindungsgemäßen Regelung der Zuführgeschwindigkeit sehr gleichmäßig ist.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind eine davon sowie zwei abgewandelte Details in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Vakuum- Beschichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Verdampfer,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausfüh­ rungsform des Verdampfers,

Fig. 3 eine Materialzuführung des Verdampfers.

Die Fig. 1 zeigt einen Rezipienten 1 einer Vakuumbe­ schichtungsanlage, in welchem ein zu beschichtendes Substrat 2 oberhalb eines Verdampfers 3 angeordnet ist. In diesen Verdampfer 3 führt von unten her ein Zuführrohr 4 hinein, über das als Faser vorliegendes Material 5 ei­ nem Heizbereich 6 des Verdampfers 3 zugeführt wird. Bei dem Verdampfer 3 handelt es sich um einen Elektroden­ strahl-Verdampfer, dessen Elektronenstrahl 7 unveränder­ lich auf einen Einlass 8 gerichtet ist, aus welchem das zugeführte Material 5 austritt.

Das Zuführrohr 4 führt zu einer Schleuse 9, welche zwi­ schen zwei äußeren Dichtungen 10, 11 eine Schleusenkammer 12 hat, durch die das drahtförmige Material 5 hindurch­ führt und die durch eine Zwischenabsaugung 13 unter Un­ terdruck gehalten wird. Das drahtförmige Material 5 ist auf einer Vorratsrolle 14 aufgewickelt und wird von einer Abwickelvorrichtung 15 abgewickelt und zu dem Verdampfer 3 transportiert. Die Abwickelvorrichtung 15 besteht aus zwei Rollen 16, 17, zwischen denen das drahtförmige Mate­ rial 5 eingeklemmt ist.

Bei Betrieb des Verdampfers 3 bleibt der Elektronenstrahl 7 mit konstanter Leistung auf den Einlass 8 gerichtet. Die Verdampfungsrate wird durch die Zuführgeschwindigkeit des drahtförmigen Materials 5 mittels der Abwickelvor­ richtung 15 gesteuert.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 hat der Verdampfer 3 ein Heizteil 18 aus Metall, welches den Heizbereich 6 bildet und den Einlass 8 des Zuführrohres 4 koaxial um­ schließt. Dieses Heizteil 18 wird gemäß Fig. 2 von einer Heizspule 19 umschlossen, durch die es zur Erwärmung des Heizteiles 18 kommt. Dabei kann die Heizspule 19 induktiv wirken. Möglich ist es jedoch auch, dass es sich bei ihr um einen elektrischen Heizwiderstand handelt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Aufwickel­ vorrichtung 15 durch eine Rolle 20 gebildet, um die das drahtförmige Material 5 einmal herumgewickelt ist. Durch diese 360°-Umschlingung wird Schlupf zuverlässig vermie­ den.

Bezugszeichenliste

1

Rezipient

2

Substrat

3

Verdampf er

4

Zuführrohr

5

Material

6

Heizbereich

7

Elektronenstrahl

8

Einlass

9

Schleuse

10

Dichtung

11

Dichtung

12

Schleusenkammer

13

Zwischenabsaugung

14

Vorratsrolle

15

Abwickelvorrichtung

16

Rolle

17

Rolle

18

Heizteil

19

Heizspule

20

Rolle

Claims (9)

1. In einem Rezipienten einer Vakuumbeschichtungsanlage anzuordnender Verdampfer, welcher einen Einlass für zu verdampfendes, drahtförmiges Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (3) einen zentralen Heizbereich (6) hat und der Einlass für das drahtförmige Material (5) zum unmittelbaren Verdampfen des zugeführ­ ten, drahtförmigen Materials (5) in dem zentralen Heizbe­ reich (6) angeordnet ist.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als Elektronenstrahl-Verdampfer ausgebildet und der Elektronenstrahl (7) unveränderbar auf den zentralen Heizbereich (6) gerichtet ist.

3. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Heizspule (19) hat und der Einlass (8) für das drahtförmige Material (5) koaxial zu der Heizspule (19) angeordnet ist.

4. Verdampfer nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Heiz­ bereich (6) ein den Einlass (8) umschließendes Heizteil (18) aus Metall hat, welches durch den Elektronenstrahl (7) oder induktiv beheizt ist.

5. Verdampfer nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zufuhr des drahtförmigen Materials (5) in den Rezipienten (1) ein in den Verdampfer (3) führendes Zuführrohr (4) vorgesehen ist, welches den Verdampfer (3) mit einer Schleuse (9) verbindet, durch die das zugeführte drahtförmige Material (5) verläuft, die an zwei gegenüberliegenden Seiten eine durch zwei Dichtungen (10, 11) begrenzte und mit einer Zwischenabsaugung (13) versehene Schleusenkammer (12) für das drahtförmige Material (5) hat.

6. Verdampfer nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleuse (9) eine Abwickelvorrichtung (15) zum Abwickeln des drahtför­ migen Materials (5) von einer Vorratsrolle (14) vorge­ schaltet ist.

7. Verdampfer nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwickelvor­ richtung (15) durch eine angetriebene Rolle (20) gebildet ist, um die das drahtförmige Material (5) von der Vor­ ratsrolle (14) kommend einmal herumgewickelt ist.

8. Verfahren zum Regeln der Verdampfungsrate eines Ver­ dampfers, welcher einen Verdampferteil und einen Einlass für zu verdampfendes, drahtförmiges Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungsrate durch die Nachführgeschwindigkeit des drahtförmigen Materials in das Verdampferteil geregelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man als drahtförmiges Material Quarzfasern zuführt.