DE2029014C3 - Vorrichtung zum Vakuumaufdampfen von Werkstoffgemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vakuumaufdampfen gemäß der Gattung des Patentanspruchs.

Bei einer solchen bekannten, in der CH-PS 4 27 744 offenbarten Vorrichtung ist eine Ringnute zur Aufnah- ίο me des zu verdampfenden Stoffgemisches vorgesehen, deren Breite der Breite des Elektronenstrahls entspricht oder aber auch kleiner oder größer als die Strahlbreite sein kann. Da an der Auftreffstelle des Elektronenstrahls eine praktisch vollständige momentane Ver- ■'< dampfung des dort befindlichen Stoffgemisches angestrebt ist, soll das Stoffgemisch nur in einer entsprechend dünnen Schicht aufgetragen sein, die nach ihrer Verdampfung von einer Zugabevorrichtung her ergänzt werden kann. Im Falle einer die Breite des Elektronen- ■'> Strahls übersteigenden Breite des Bandes der zu verdampfenden Stoffe soll der Strahl zur Erreichung des gleichen Zieles einer praktisch vollständigen momentanen Verdampfung periodisch quer zur Vorschubrichtung des Bandes mit entsprechender Frequenz abge- ^r>^r> lenkt werden. Eine Änderung des abgedampften Gemisches unmittelbar während eines Abdampfungsvorganges ist bei der vorgenannten bekannten Vorrichtung nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die der mi Gattung des Patentanspruchs entsprechende Vorrichtung zum Vakuumaufdampfen von Werkstoffgemischen auf ein Werkstück so zu vervollkommnen, daß die auf das Werkstück aufzubringende Aufdampfschicht auch während des Aufdampfvorganges in ihrem Mischlings- >> verhältnis zuverlässig reproduzierbar verändert werden kann.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die

im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs wiedergegebene Lehre gelöst

Bei einer solchen Ausbildung der Vorrichtung ergibt sich die Zusammensetzung des jeweils aufgedampften Gemisches aHein schon aus der Steuerung des Elektronenstrahls. Bei zwei oder mehr konzentrischen Ringnuten, von denen jede mit einem anderen Werkstoff ganz gefüllt ist, ergibt sich eine gleichbleibende Mischung bei gleichartig abwechselnd beheizten Ringnuten, während unterschiedliche Beheizungszeiten der einzelnen Ringnuten zu einer entsprechenden Änderung des aufgedampften Werkstoffgemisches führen.

Im Falle der Anwendung einer einzigen, gegenüber t-jr Breite des Elektronenstrahls breiteren Ringnute mit durch gekrümmte Trennwände unterteilten Sektoren, die mit unterschiedlichen Werkstoffen gefüllt sind, ergibt sich die Auswahl des aufgedampften Werkstoffgemisches allein schon durch eine entsprechende Ausrichtung des Elektronenstrahls auf einen bestimmten Ringbereich innerhalb der radialen Gesamtbreite der Ringnute. Im übrigen hat die Kreisscheibe eine so große Wärmeträgheit, daß alle zur Abdampfung herangezogenen Ringnuten selbst bei einer nur periodisch abwechselnden Beheizung auf eine hinreichend gleichmäßige Temperatur gebracht werden, deren Höhe sodann ein Maß für die abgedampfte Werkstoffmenge ist Beide alternativ vorgeschlagenen Maßnahmen führen bei einer vorauszusetzenden gleichmäßigen Rotation der Kreisscheibe zu sehr gleichmäßigen Beschichtungen, wie sie beispielsweise zur Erzielung guter optischer Filter mit nur molekularen Schichtstärken erforderlich sind.

Die Veränderung der Zusammensetzung eines von einer Vakuum-Aufdampfvorrichtung aufgedampften Werkstoffgemisches unmittelbar während des Abdampfvorganges ist grundsätzlich bereits durch die CH-PS 4 52 312 bekannt Die dort vorgesehene Vorrichtung arbeitet statt mk einer Kreisscheibe mit einem um seine Achse drehbaren zylindrischen Topf, der an seiner zylindrischen Innenwand in einem kleinen Abstand nebeneinander zwei Ringnuten aufweist, deren eine oberhalb der Oberfläche einer für beide Ringnuten gemeinsamen Schmelze eines Werkstoffes noch eine Schmelzschicht eines weiteren Werkstoffes aufnehmen kann. Durch ein ablenkbares Elektronenstrahlenbündel ist indessen nur eine jederzeit gleichmäßige Beheizung der beiden genannten Ringnuten offenbart, während die Änderung des Mischungsverhältnisses des abgedampften Werkstoffgemisches allein dadurch erfolgen soll, daß in die Ringnuten während des Abdampfvorganges durch entsprechend abdichtbare öffnungen der Vakuumkammer abwechselnd unterschiedliche Schmelzstäbe zugeführt und abgeschmolzen werden sollen.

Durch die US-PS 24 82 329 ist es bereits bekannt, mehrere zu verdampfende Werkstoffe in voneinander getrennten kreisförmigen Ausnehmungen auf einer drehbaren Kreisscheibe entlang einem konzentrischen Kreis in gleichmäßigen Abständen verteilt anzuordnen. Die Kreisscheibe ist schrittweise um jeweils einen Teilungsabstand zwischen den einzelnen Ausnehmungen drehbar, so daß sich jeweils gerade eine der Ausnehmungen über einer entsprechend punktförmigen, unter der Kreisscheibe angeordneten Heizquelle befindet.

Durch die DE-PS 8 82 174 ist es weiterhin bekannt, voneinander getrennte kreisförmige Tiegel entlang einem Kreis gleichmäßig verteilt ortsfest anzuordnen

und ein Elektronenstrahlbündel mittels eines magnetischen Drehfeldes und einer mit zeitlich verschobenen Wechselströmen gespeisten Plattenanordnung von einem zum anderen Tiegel so wandern zu lassen, daß dadurch das Mischungsverhältnis der zu verdampfenden Werkstoffe verändert wird. Die Wärmekapazität der Tiegelinhalte genügt, um über die kurze Zeit, in der die Oberfläche vom Elektronenstrahl nicht getrocknet wird, noch weiteres Materia! zu verdampfen.

Der Gattung der vorliegenden Erfindung näherkommende Vorrichtungen zum Vakuumaufdampfen mit einem Drehtisch und einer auf dessen Kreisscheibe vorgesehenen, ein Werkstoffgemisch aufnehmenden Ringnute sind auch schon durch die DE-PS 8 82 171 bekanntgeworden. Abgesehen davon, daß eine Änderung des abgedampften Werkstoffgemisches während des Abdampfvorganges auch in dieser Druckschrift nicht angesprochen ist, ist dort auch keine Ablenkung eines zur Aufheizung des in der Ringnute befindlichen Werkstoffgemisches vorgesehenen Elektronenstrahls offenbart

Gemäß der FR-PS 13 07 017 ist es schließich im Zusammenhang mit einem Verfahren zum Herstellen von Metallringen bekanntgeworden, in einer Vakuumkammer eine mit mehreren konzentrischen Rinnen versehene rotierend antreibbare Scheibe vorzusehen, deren die angestrebte Ringform aufweisenden Rinnen den zu schmelzenden Werkstoff aufnehmen, während das Schmelzen des Werkstoffes mittels eines Elektronenstrahls bewerkstelligt wird. Der geschmolzene Werkstoff soll aber nicht verdampft, sondern im Gegenteil schnell abgekühlt und zur Erstarrung gebracht werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnung nachstehend beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Aufdampfvorrichtung in einem schematisch gehaltenen lotrechten Axialschnitt,

Fig.2 eine die zu verdampfenden Werkstoffe aufnehmende Kreisscheibe der Vorrichtung gemäß F i g. 1 in einer vergrößert dargestellten Draufsicht,

F i g. 3 in gleicher Darstellung eine gegenüber F i g. 2 abgewandelte Kreisscheibe.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Aufdampfvorrichtung weist eine Vakuumkammer in Form einer Glocke 1 auf, die über eine Abdichtung 2 vakuumdicht auf einer Grundplatte 3 aufruht. Die Vakuumkammer ist über eine Rohrleitung 4 in üblicher Weise an eine Vakuumpumpe 5 angeschlossen.

Innerhalb der Vakuumkammer ist an einem Ständer 6 ein Halter 7 aufgehängt, an dessen Unterseite ein Werkstück 8 gehalten ist, dessen nach unten gekehrte Oberfläche in nachstehend noch erläuterter Weise mit einer Mischung aus mehreren verdampften Substanzen in einem während der Bedampfung veränderbaren Mischungsverhältnis bedampft werden soll. Außerdem ist unter dem Halter 7 auf der Grundplatte 3 ein Elektronenmotor 9 angeordnet, auf dessen nach oben ragender Abtriebswelle eine Kreisscheibe to festgelegt ist. Eine an der Oberseite der Kreisscheibe 10 befindliche, verhältnismäßig breite und in ihrer Ausbildung nachstehend noch erläuterte konzentrische Ringnute 11 dient zur Aufnahme der zu verdampfenden Werkstoffe.

Die Elektronenquelle besteht aus einem Kalhodenhcizdraht 12, der an einer Randstelle der Kreisscheibe 10 unter dieser gehalten ist. Die vom Kathodenheizdraht ausgesandten Elektronen können mittels einer elektrisch und magnetisch arbeitenden Ablenkvorrichtung 13 so abgelenkt und beschleunigt werden, daß sie sich an einer über die radiale Breite beliebig wählbaren Stelle der Ringnute 11 sammeln und den jeweils dort befindlichen Werkstoff zum Verdampfen bringen können. Auf diese Weise wird jeweils nur ein kleiner Teil der in der Ringnute 11 befindlichen Werkstoffe verdampft Da die Kreisscheibe 10 jedoch eine im Verhältnis zur zugeführten Heizenergie große Wärmeträgheit besitzt und vom Elektromotor 9 her rotierend

κι angetrieben wird und sich dabei zugleich relativ zur Beheizungsstelle bewegt, ergibt sich im Verlaufe ihrer Drehung eine gleichmäßige Beheizung der jeweils ausgewählten schmalen Ringfläche der Ringnute U und damit eine sehr gleichmäßige Abdampfung der auf

r> dieser Ringfläche befindlichen Werkstoffe und somit auch eine sehr gleichmäßige Dicke der auf das Werkstück 8 aufgedampften Schicht

Gemäß der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform ist die durch die beiden konzentrischen Zylinderflächen

jo 14 und 15 begrenzte Ringnute 1* durch jeweils kreisbogenfönnig gekrümmte, im wesentlichen aber etwa radial verlaufende Trennwände 17 in zur Aufnahme je eines unterschiedlichen Werkstoffs bestimmte Teilräume unterteilt Dabei werden zwischen

2^ri den in Umfangsrichtung der Kreisscheibe 10 aufeinanderfolgenden Teilräumen gleich große Verdampfungsringflächen nur im Bereich der schraffiert angedeuteten Ringfläche 16 gebildet Liegt die zur Drehachse der Kreisscheibe 10 konzentrische Verdampfungsringfläche

in aber innerhalb oder außerhalb der genannten Ringfläche 16, so ergeben sich in jeweils zwei aufeinanderfolgenden Teilräumen entsprechend den Krümmungen der Trennwände 17 entsprechend unterschiedlich große Ringsegmentflächen und damit entsprechend unter-

J5 schiedliche Anteile verdampfter Werkstoffe. Die Trennwände 17 können z. B. aus wassergekühlten Metallwänden bestehen.

Wird nun die Ablenkvorrichtung 13 im Sinne einer Änderung des Radius der jeweiligen Verdampfungsstel-

M) Ie auf der Kreisscheibe 10 gesteuert, dann wird mit der Aufd.-impfvorrichtung das gegenseitige Verhältnis der aufgedampften unterschiedlichen Werkstoffe während des Aufdampfens verändert.

Die in F i g. 3 dargestellte, gegenüber dem vorstehend

4~> beschriebenen Ausführungsbeispiel abgewandelte Kreisscheibe 10 weist zwei konzentrische Ringnuten 18 und 19 unterschiedlicher Breite auf und dient zur Aufnahme von zwei verschiedenen Werkstoffen in je einer der beiden Ringnuten. Auch in diesem Falle ist

Vi davon ausgegangen, daß die Ablenkvorrichtung der im übrigen dem ersten Ausf'Jhrungsbeispiel entsprechenden Heizvorrichtung steuerbar ist, und zwar so, daß wahlweise jeweils eine Stelle der äußeren Ringnute 18 oder der inneren Ringnute 19 über einen einstellbaren

γ, Zeitraum beheizt werden kann. Aufgrund der Wärmeträgheit der Kreisscheibe wird sich dabei die Verdampfung an einer vorher beheizten Ringsegmentstelle auch nach Beendigung der Beheizung noch für eine bestimmte Zeit fortsetzen. Durch Umschalten der

mi Ablenkvorrichtung 13 zwischen den beiden Ringnuten 18 und 19 in einem bestimmten Zeitverhältnis läßt sich dann die auf das Werkstück 8 aufgedampfte Mischung zwischen den beiden unterschiedlichen Werkstoffen auch während des Aufdampfvorganges verändern. Auch

η-, wenn sich durch eine solche Hintereinanderaufdampfung unterschiedlicher Werkstoffe auf dem Werkstück 8 theoretisch keine genau homogene Mischung der beiden Substanzen erzielen läßt, so kann durch eine

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entsprechend schnelle Aufeinanderfolge der Umschal- Beheizungszeit der einen und der anderen Ringnute

tungen der Ablenkvorrichtungen 13 doch erreicht verändert werden.

werden, daß die erzielte Mischung der auf das Bei der in F i g. 2 dargestellten Kreisscheibe 10 sind

Werkstück 8 aufgedampften Schicht zumindest für alle die Trennwände 17 zwischen den einzelnen Teilräumen

optischen Anwendungen des bedampften Gegenstandes ■-. als je Teilraum spiegelbildlich zueinander verlaufende

als homogen betrachtet werden kann. Dies gilt auch für Kreisbogenabschnitte ausgebildet, die alle durch die

den Fall, daß die Anteile der verdampften Werkstoffe Drehachse der Kreisscheibe 10 verlaufen,
während des Verdampfens durch Ändern der jeweiligen

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Vakuumaufdampfen von Werkstoffgemischen auf ein Werkstück, bestehend aus "» einer an eine Vakuumpumpe angeschlossenen Vakuumkammer, in der das zu bedampfende Werkstück über einer eine konzentrische, Werkstoff aufnehmende Ringnute aufweisenden Kreisscheibe eines Drehtisches angeordnet ist, aus einer Elektro- ι» nenstrahlquelle als Heizvorrichtung zum Beheizen eines Ringnutbereiches während der Drehung der Kreisscheibe gegenüber dem Elektronenstrahl und aus einer Vorrichtung zum Ablenken des Elektronenstrahls radial zur Kreisscheibe, dadurch ι·· gekennzeichnet, daß die Kreisscheibe (10) eine große Wärmeträgheit besitzt und entweder mindestens eine weitere konzentrische Ringnute aufweist, wobei in den Ringnuten unterschiedliche Werkstoffe angeordnet sind, oder bei einer die 2ii radiale Breite des Heizbereiches des Elektronenstrahls übersteigenden Breite einer einzigen Ringnute (11) dieselbe in Sektoren! zur Aufnahme unterschiedlicher Werkstoffe unterteilende gekrümmte Trennwände (17) aufweist, und daß die -'"> Ablenkvorrichtung während des Aufdampfvorganges so steuerbar ist, daß eine vorgegebene Änderung des Mischungsverhältnisses der aus den beiden Ringnuten (18 und 19) bzw. aus den Sektoren der einzigen Ringnute (11) abgedampften Werkstoffe ;< > erfolgt