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Die Erfindung betrifft eine Beschichtungseinrichtung
für eine
Vakuumbeschichtungsanlage zur Bedampfung mindestens eines großen Substrates oder
einer Vielzahl kleinerer Substrate, die in der Art eines großen Substrates
auf einer Substrathalterung angeordnet sind.
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Als große Substrate werden in der
Praxis insbesondere große
Reflektoren oder Teleskopspiegel für astronomische Einrichtungen
verstanden. Derartige Substrate benötigen eine optische Spiegelschicht, die
bevorzugt durch Aufdampfen einer dünnen Silber- oder Aluminiumschicht
hergestellt wird und periodisch erneuert werden muss.
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Die Erfordernisse einer Spiegelschicht
bei einem Teleskopspiegel sind beispielsweise in der
DE 43 01 463 A1 für ein Verfahren
zur Beschichtung von Spiegeln hoher Reflektivität und einen Spiegel mit einer
Beschichtung beschrieben. Die Beschichtung des Spiegels weist zwischen
dem Grundkörper
und der Reflexionsschicht eine Grundschicht auf, die als Trägerschicht
primär
ablösbar
ist oder als Sperrschicht bei einer chemischen Ablösung der
Reflexionsschicht unversehrt bleibt. Nach der Ablösung der ursprünglichen
Reflexionsschicht kann diese durch Bedampfen des Grundkörpers erneuert
werden.
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In der DD 243 051 A1 ist eine Glimmelektrode
zum Reinigen der Schichtträgerfläche von
kreisförmigen
Substraten großer
Durchmesser angegeben. Als kreisförmiges Substrat ist ein großer astronomischer
Spiegel auf einem drehbaren Substratträger innerhalb einer Vakuumkammer
gehaltert. Auf mehreren parallelen Stromschienen sind vor der zu beschichtenden Oberfläche des
Substrates als Verdampferquellen mehrere Widerstandsverdampfer angeordnet.
Zum Beschichten des Substrates werden die Verdampferquellen in empirisch
flächiger Verteilung
auf den Stromschienen angeordnet und das Beschichtungsmaterial,
z.B. Aluminium, in der Regel in einem Verfahrensschritt restlos
thermisch verdampft.
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Je nach Beherrschung des Verdampfungsprozesses
wird eine mehr oder weniger homogene Schicht auf der Oberfläche des
Substrates abgeschieden. Ein Regeln des Beschichtungsprozesses ist
nach dem Stand der Technik nur sehr begrenzt möglich.
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Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine
Beschichtungseinrichtung zur Bedampfung großer Substrate in einer Vakuumbeschichtungsanlage der
eingangs genannten Art anzugeben, mit der bei einfachem technischen
Aufwand mindestens eine Schicht, z. B. eine homogene Reflexionsschicht,
definiert und effektiv auf die zu beschichtende Oberfläche aufgedampft
werden kann.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch die im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und werden
nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der
Erfindung, einschließlich
der Zeichnung, näher
dargestellt.
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Die Beschichtungseinrichtung ist
in bekannter Weise innerhalb der Vakuumkammer einer Vakuumbeschichtungsanlage
angeordnet. Die Beschichtungseinrichtung ist innerhalb der Vakuumkammer
an mindestens einem Festpunkt gelagert und weist mindestens eine
Bewegungseinrichtung und mindestens einen Verdampfer auf. Der Verdampfer
ist derart an der Bewegungseinrichtung angeordnet, dass der Verdampfer
gegenüber
dem Festpunkt bewegbar ist. Die Bewegungseinrichtung weist eine
Steuerung, insbesondere eine programmierbare Steuerung, auf, mittels
der die Bewegungseinrichtung den Verdampfer definiert zur zu beschichtenden
Oberfläche
des Substrates bewegen kann.
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Die Verdampferblende und die Messeinrichtung
zur Bestimmung der Verdampfungsgeschwindigkeit, z.B. eine Schwingquarz-Messeinrichtung, sind
statisch mit dem Verdampfer verbunden, d.h. sie sind unabhängig von
der geometrischen Lage des Verdampfers innerhalb der Vakuumkammer
definiert dem Verdampfer zugeordnet.
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Die konkrete technische Ausbildung
der erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung
kann in einem relativ breitem Umfang variiert werden. Erfindungswesentlich
ist, dass die Bewegungseinrichtung mindestens ein Bewegungselement
aufweist, welches den Verdampfer gegenüber dem Festpunkt in mindestens
einer Achse verschieben kann, derart dass der Verdampfer mittels
der Bewegungseinrichtung definiert zur Oberfläche des Substrates bewegt wird.
Die Bewegungseinrichtung kann in der Art eines Gelenkes ausgebildet
sein, es sind aber auch Ausbildungen mit teleskopartig verschiebbaren
Elementen, mit schienenartigen Elementen oder Kombinationen davon
möglich.
Dabei können
auch mehrere, z.B. zwei Bewegungseinrichtungen mit je einem Verdampfer
oder eine Bewegungseinrichtung mit mehreren Verdampfern, vorgesehen
sein. Die konkrete Ausgestaltung der Bewegungseinrichtung wird in
der Praxis an das konkrete Substrat, die vorhandene Vakuumkammer
und an die konkreten technologischen Vorgaben angepasst.
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Über
die Steuerung wird der Verdampfer mit der Verdampferblende und der
Messeinrichtung zur Bestimmung der Verdampfungsgeschwindigkeit in definierter
Weise vor der Oberfläche
des Substrates bewegt. Die Bewegung erfolgt derart, dass die zu
beschichtenden Oberflächenbereiche
des Substrates im technologisch erforderlichen Umfang homogen bedampft
werden. Der Abstand des Verdampfers von der Oberfläche des
Substrates kann konstant oder, insbesondere in Abhängigkeit
des Abstandes der aktuellen Bedampfungsfläche von der Rotationsachse des
Substrates, veränderbar
sein.
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Bei der Beschichtung kann das Substrat
statisch gehaltert oder rotierend angeordnet sein.
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Als Verdampfer können thermische Vakuumverdampfer
oder in äquivalenter
Weise auch Einrichtungen zur Kathodenzerstäubung oder Vakuumlichtbogenverdampfer
eingesetzt werden. Mehrere Verdampfer können je nach technologischem
Erfordernis parallel oder nacheinander eingesetzt werden.
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Mit der Verdampferblende kann in
bekannter Weise der Bedampfungsvorgang definiert begonnen und beendet
sowie die jeweils aktuelle Beschichtungsfläche definiert begrenzt werden,
damit im Gesamtprozess eine homogene Schicht abgeschieden wird.
Die konkrete Art der Verdampferblende oder deren Kombination, z.B.
Schwenkblende, Schachtblende oder Aperturblende, wird entsprechend
dem eingesetzten Verdampfer und der technologischen Vorgaben ausgewählt.
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Zur Gewährleistung einer ungehinderten
Abscheidung der jeweiligen Schicht auf der Oberfläche des
Substrates werden die elektrischen Zuleitungen im Bereich zwischen
Verdampfer, Verdampferblende sowie Messeinrichtung und der Vakuumkammer
als elastische oder verformbare Leitungen ausge bildet und im Wesentlichen
außerhalb
der Dampfzone des Verdampfers angeordnet.
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Bei verschiedenen technologischen
Aufgaben kann es erforderlich sein, die Abscheidung der jeweiligen
Schicht in einer Inert- oder Reaktivgas-Atmosphäre durchzuführen. In einem solchen Fall
ist es vorteilhaft, den Gasauslass statisch mit dem Verdampfer zu
verbinden. Dadurch ist das jeweilige Inert- oder Reaktivgas konzentriert
im Bereich der augenblicklichen Beschichtungsfläche wirksam.
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Die Erfindung wird nachstehend an
einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt schematisch eine
Vakuumbeschichtungsanlage zur Beschichtung großer Substrate, z. B. für Teleskopspiegel,
mit einer erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung.
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Die Vakuumbeschichtungsanlage ist
in einem Observatorium zur periodischen Erneuerung der Spiegel-Beschichtung
der vorhandenen Teleskopspiegel vorgesehen.
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Eine als solche bekannte Vakuumkammer 1 ist über einen
Vakuumanschluss 2 mit einer nicht dargestellten Vakuumerzeugungseinrichtung
verbunden. Die neu zu beschichtenden massigen Teleskopspiegel haben
beispielsweise einen Durchmesser von 2 m und sind als Substrat 3 innerhalb
der Vakuumkammer 1 auf einer nicht dargestellten drehbaren Substrathalterung
gelagert. Die untere Oberfläche 4 des
Substrates 3 ist in der Anwendung des Teleskopspiegels
die Spiegelschicht und soll durch Bedampfung neu aufgebracht werden.
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Unterhalb des Substrates 3 ist
eine erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung
vorgesehen. Die beispielhafte Beschichtungseinrichtung ist auf einer
Tragschiene 5 gelagert, die gegenüber der Vakuumkammer 1 als
Festpunkt wirkt. Als Verdampfer ist ein Elektronenstrahl-Verdampfer 6 vorhanden, der
mittels einer Bewegungseinrichtung 7 bewegbar auf der Tragschiene 5 als
Festpunkt gelagert ist.
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Oberhalb des Elektronenstrahl-Verdampfers 6 ist
eine Blendenkombination mit einer Schachtblende 8 und einer
Schwenkblende 9 vorgesehen. Eine Messeinrichtung zur Bestimmung
der Verdampfungsgeschwindigkeit ist in Form einer Schwingquarz-Messeinrichtung 10 mit
dem Elektronenstrahl-Verdampfer 6 fest
verbunden oberhalb der Schwenkblende 9 angeordnet.
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In der Zeichnung nicht dargestellt
ist eine programmierbare Steuerung, mit der die Bewegungseinrichtung 7 und
damit die Bewegung des Elektronenstrahl-Verdampfers 6 gegenüber der Oberfläche 4 definiert
gesteuert werden kann.
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Die Bewegungseinrichtung 7 beinhaltet
eine nicht dargestellte Verschiebeeinrichtung, mit der die Bewegungseinrichtung 7 auf
der Tragschiene 5 radial zur Rotationsachse 11 bewegt
werden kann sowie ein Gelenk, mit dem die Bewegungseinrichtung 7 vertikal
bewegt werden kann.
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Bei einer Anwendung der Beschichtungseinrichtung
für ein
einziges Substrat kann es auch ausreichend sein, als programmierbare
Steuerung z.B. eine einfache Kurvensteuerung vorzusehen.
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Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Einrichtung
in Funktion näher
beschrieben. Nach dem Einsetzen des Substrates 3 in die
Vakuumbeschichtungsanlage wird die Vakuumkammer 1 evakuiert
und die Oberfläche 4 in
bekannter Weise, z.B. mittels Glimmentladung, gereinigt. Die Einrichtung dazu
ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Zum Bedampfen wird das Substrat 3 in
Drehung versetzt und die Bewegungseinrichtung 7 mit dem
Elektronenstrahl-Verdampfer 6 in eine radial äußere Position
gebracht. Danach wird die Schwenkblende 9 geöffnet und
mittels der Schwingquarz-Messeinrichtung 10 in situ die
Verdampfungsgeschwindigkeit gemessen. Die Messwerte werden der programmierbaren
Steuerung zugeführt.
Innerhalb der programmierbaren Steuerung werden die konkrete Drehgeschwindigkeit
des Substrates 3 und die radiale Bewegungsgeschwindigkeit
der Bewegungseinrichtung 7 mit den Messwerten der Schwingquarz-Messeinrichtung 10 verglichen
und derart beeinflusst, dass an jeder Stelle der Oberfläche 4 in
der Zeiteinheit eine gleiche Aufdampfgeschwindigkeit eingehalten
wird.
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Der Abstand a zwischen der Oberfläche 4 und
dem Elektronenstrahl-Verdampfer 6 wird in Abhängigkeit
des Abstandes des Elektronenstrahl-Verdampfers 6 von der
Rotationsachse 11 an die konkrete Krümmung der Oberfläche 4 angepasst.
Das kann ebenfalls mit der programmierbaren Steuerung realisiert
werden oder über
eine ortsabhängige
Vertikal-Steuerung in der Bewegungseinrichtung 7.
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Während
der Bedampfung wird der Elektronenstrahl-Verdampfer 6 gegenüber der
zu beschichtenden Oberfläche 4 spiralförmig zur
Drehachse 11 bewegt, die den Mittelpunkt des Substrates
darstellt. Wenn der Mittelpunkt des Substrates erreicht ist, d.h. in
Abhängigkeit
der Größe der technologisch
bedingten Bedampfungsfläche
bereits vorher, wird die Schwenkblende 9 geschlossen und
damit die Bedampfung been det. Entsprechend der jeweiligen konkreten
technologischen Forderung können
nacheinander auch mehrere gleiche oder unterschiedliche Schichten
aufgebracht werden.
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Zur Veranschaulichung ist in der
Zeichnung der Elektronenstrahl-Verdampfer 6 einmal in einer konkreten
Position in Volllinien dargestellt und einmal mit strichpunktierten
Linien an einer möglichen
anderen Position, die der Elektronenstrahl-Verdampfer 6 im
Laufe des Verfahrens einnimmt .