DE2102352B2

DE2102352B2 - Hochfrequenzbetriebene Sprühvorrichtung

Info

Publication number: DE2102352B2
Application number: DE2102352A
Authority: DE
Inventors: William Carl Hopewell Junction Lester; Carlo Poughkeepsie Nuccio; Ernest Spencer Wappingers Falls Ward
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-01-22
Filing date: 1971-01-19
Publication date: 1980-10-02
Also published as: DE2102352A1; JPS5021156B1; DE2102352C3; GB1311042A; US3630881A

Description

Die Erfindung betrifft eine hochfrequenzbetriebene Sprühvorrichtung mit einer flachen, als Substratträger ausgebildeten Anode und einer planparallel gegenüber der Anode angeordneten flachen Kathode in einer evakuierbaren Sprühkammer und mit einer auswechselbar und planparallel zur Kathode angeordneten Antikathode aus auf die Substrate zu sprühendem Material auf der der Anode zugekehrten Seite der Kathode.

Solche hochfrequenzbetriebenen Sprühvorrichtungen sind bereits bekannt (US-PS 33 69 991). Bei ihnen kommt es darauf an, daß das Antikathodenmaterial wenigstens in den Bereichen, von denen das aufzusprühende Material ausgeht, überall gleiche Temperatur hat und auch in möglichst gleichem Maße unter dem Einfluß der Hochfrequenzenergie steht, damit das abgesprühte Material möglichst gleichmäßig die auf der Anode angeordneten Substrate trifft. Aus diesem Grunde hat man dort das Antikathodenmaterial auf die Kathode aufgetragen. Das hat zur Folge, daß man dann, nachdem das Antikathodenmaterial abgetragen ist, eine neue Kathode oder eine neu beschichtete Kathode einsetzen muß, daß also die ganze Kathode, nachdem das Antikathodenmaterial einmal verbraucht ist, unbrauchbar wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Kathode ohne besondere Zwischenbehandlung immer wieder verwendet werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antikathode einen Spalt zur Kathode freilassend angeordnet ist und daß der Spalt bei Betrieb mit einer dielektrischen, wärmeleitenden Flüssigkeit gefüllt ist und gegen die Sprühkammer abgedichtet ist.

Dadurch läßt sich vorteilhafterweise die auswechselbar gegenüber der Kathode angeordnete und planparallel zu dieser gehalterte Antikathode für sich austauschen, wenn das Antikathodenmaterial verbraucht ist. Die Kathode bleibt davon unberührt, sie muß allenfalls kurzzeitig aus dem Weg geräumt werden, damit man an die Antikathode herankommt zum /.wecke des Auswechselns. Die für eine einwandfreie Funktion erforderliche gleichmäßige Erhitzung und Energiebelastung der Antikathode wird sichergestellt durch den Spalt und die Füllung des Spaltes. Mit der beschriebenen Vorrichtung kann man eine gute Sprühwirkung erzielen und dennoch die Antikathode für sich auswechseln, also zum Beispiel auch Antikathoden aus verschiedenen Materialien bereithalten, so daß mit ein und derselben Kammer und auch mit ein und derselben Kathode je nach dedarf verschiedene Materialien versprüht werden könnea

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel im Schnitt und

is Fig.2 bis 5 je ein weiteres Ausführungsbeispiel ausschnittsweise im Schnitt

In F i g. 1 ist eine hochfrequenzbetriebene Sprühvorrichtung dargestellt, in der die beschriebene Anlikathodenanordnung Verwendung finden kann. Mit 10 ist eine evakuierbare Kammer bezeichnet, die mit ionisiertem Gas gefüllt ist Die Kammerwandung besteht aus einem Zylinder 11 aus elektrisch leitendem Material, der an beiden Stirnseiten durch eine Bodenplatte 12 und eine Deckplatte 13, die beide elektrisch leitend sind, verschlossen ist Mit 14 sind Dichtringe bezeichnet, die eine vakuumdichte Abdichtung ermöglichen.

Ein Edelgas, wie zum Beispiel Argon, wird über die Leitung 15, die durch ein Ventil absperrbar ist, in die Kammer 10 eingelassen. Das Gas im Innern der

jo Kammer 10 wird mittels einer Vakuumpumpe 16 auf einem bestimmten niedrigen Druck gehalten. Die Saugseite der Vakuumpumpe 16 ist zu diesem Zweck an die Kammer 10 angeschlossen.

Innerhalb der Kammer 10 ist die Antikathodenanord-

nung 17, die eine Kathode 18 und eine Antikathode 19 aufweist an der Deckplatte 13 befestigt Die Antikathode 19 besteht aus demjenigen Material, das auf eine Vielzahl von Substrate 20 gesprüht werden soll. Die Antikathode 19 besieht vjraigsweise aus dielektrischem Material, wie beispielsweise Quarz, und ist scheibenförmig ausgebildet Der Rand 21 ist abgeschrägt und schwalbenschwanzartig in den entsprechend abgeschrägten inneren Rand 22 eines Tragringes 23 eingesetzt Der äußere Rand 24 des Tragringes 23 ist ebenfalls abgeschrägt und zwar mit dem gleichen Anstellwinkel wie der Rand 2! und der Rand 22.

Der Tragring 23 paßt mit seinem abgeschrägten äußeren Rand schwalbenschwanzartig hinter den in

w gleicher Weise abgeschrägten inneren Rand 25 eines Klemmringes 26. Die Abschrägungen sind alle mit zur Kathode offenem Winkel orientiert. Der Klemmring 26 ist an der Deckplatte 13 befestigt und besteht aus elektrischleitendem Material und hält mithin die

Antikathode 19 an der Deckplatte 13.

Die der Antikathode 19 zugekehrte Vorderfläche der Kathode 18 grenzt nicht unmittelbar an die Antikathode 19 an, so daß zwischen Kathode 18 und Antikathode ein Spalt 27 stehenbleibt, der mit einem Material gefüllt ist, das gute Wärmeleitungseigenschaften hat, gute elektrische Leititngseigenschaften hat, aber unter den gegebenen Bedingungen nicht aushärtet, also flüssig bleibt. Das Material hat außerdem einen niedrigen Verdampfungsdruck, so daß es nicht in nennenswertem Umfang

f)^r> verdampfen kann wenn es in ein partielles Vakuum gelangt. Bei dem Material kann es sich um ein flüssiges Metall oder eine metallische Paste handeln. Als Beispiel für ein flüssiges Metall kommt Galliumarsen oder

Quecksilber in Frage, Eine geeignete metallische Paste kann als Metallanteil Silber enthalten.

Damit das Füllmaterial in dem Spalt 27 verbleibt, ist ein Ring 28 vorgesehen, der lösbar an einem Flansch der Deckplatte 13 befestigt ist und unter Zwischenschaltung eines Dichtringes 32 an der Anticathode 19 anliegt. Für den Dichtring 32 ist eine ringförmige Nut 33 im Ring 28 vorgesehen. Die durch den Dichtring erzielte Dichtung braucht nicht vakuumdicht zu sein. Mit 30 ist ein sich einwärts erstreckender Flansch des Ringes 28 bezeichnet, dessen innerer Durchmesser kleiner ist als der äußere Durchmesser des kreisscheibenförmigen Kopfes 31 der Kathode 18. Dieser Flansch 30 bildet mithin einen vorderen Anschlag für die Kathode 18. Wenn mithin der Kathodenkopf 31 auf dem Flansch 30 lastet, dann ist die Spaltbreite des Spaltes 27 durch die konstruktiven Abmessungen der beschriebenen Teile genau festgelegt und das flüssige Metall oder die metallische Paste sind in diesem Spalt 27 eingeschlossen.

Das Material innerhalb des Spaltes 27 kann auch nicht zwischen dem Rand 21 der Antikathode 13 und dem Rand 22 des Tragringes 23 hindurch in die Ksunmer 10 fließen. Auf Grund der erwähnten physikalischen Eigenschaften des Füllmaterials für den Spalt 27 gelangt die Hochfrequenzenergie, die von einer Hochfrequenz-Spannungsquelle 34 an die Kathode gelangt mit hohem Wirkungsgrad an die Antikathode 19, während die Antikathode 19 gleichzeitig auf Grund der guten Wärmeleitfähigkeit des Füllmaterials durch den Kathodenkopf 31 gekühlt wird.

Der Kathodenkopf 31 seinerseits wird durch ein Kühlmittel gekühlt, das einen inneren Kanal 35 der Kathode 18 durchströmt Bei dem Kühlmittel kann es sich beispielsweise um Wasser handeln, das durch einen zum Kanal 35 koaxialen Kanal 36 mit ringförmigem Querschnitt zuströmt und durch den Kanal 35 wieder abströmt, und dabei Kühlschlangen, die den Kathodenkopf 31 durchziehen, aber in der Zeichnung nicht eingezeichnet sind, durchströmt. Die Antikathode 19 wird auf diese Weise durch ständiges Kühlen des Kathodenkopfes 31 ebenfalls gekühlt

Mit 40 ist eine Abdeckplatte bezeichnet, die auf die Außenfläche 41 der Deckplatte 13 aufgesetzt ist und dort befestigt ist Ein O-Ring 42, der in eine Ringnut 43 eingesetzt ist, dient als Abdichtung. Mit 45 ist eine zweite Vakuumpumpe bezeichnet, deren Sogseite an die zwischen Abdeckplatte und Deckplatte stehengebliebene Kammer 44 angeschlossen ist, die bei Betrieb evakuiert wird.

Die beiden Vakuumpumpen 16 und 45 werden in so gegenseitiger Abhängigkeit betrieben, so daß in beiden Kammern IU und 44 möglichst weitgehend der gleiche Druck entsteht, damit über die Antikathode möglichst kein Druckabfall stattfindet. Diese Bedingung wird auch eingehalten während die beiden Kammern evakuiert werden, also der Druck in den Kammern langsam vom atmosphärischen Ausgangsdruck auf das Betriebsvakuum abgesenkt wird, desgleichen wenn nach Abschluß des Betriebes das Vakuum in den Kammern wieder aufgefüllt wird auf atmosphärischen Druck, so daß also keine Situation entstehen kann, bei der eine größere Druckdifferenz über der Antikathode abfällt beziehungsweise vom Druck der Kammer 44 zum Druck der Kammer 10 besteht. Für diesen abhängigen Betrieb werden die Drücke in den beiden Kammern ständig bi gemessen und auf Grund der so gewonnenen Meßwerte werden die Vakuumpumpen 16 und 45 in der genannten gegenseitigen Abhängigkeit betrieben.

Mit 46 sind mehrere Kühlschlangen bezeichnet, die in der Kammer 44 entlang der inneren Wandung 47 der Deckplatte 13 angeordnet sind. Durch diese Kühlschlangen 46 strömt Kühlwasser, um die Kammer 44 auf einer vorbestimmten Betriebstemperatur zu halten. Auf diese Weise wird die Kühlung der Antikathodenanordnung 17 unterstützt

Die Substrate 20 werden wie bereits bemerkt mit Material der Antikathode 19, das durch die auf die Antikathode ausgeübte Hochfrequenzenergie ausgesprüht wird besprüht Die Substrate 20 sind gegenüber der Antikathode 19 auf einem Substrathalter 51 angeordnet, der aus einer Montageplatte 52 und einer in diese eingesetzten Tragplatte 53 besteht Die Montageplatte 52 ist an Stützen 54 befestigt die aus isolierendem oder leitenden Material bestehen können und zwar so, daß zwischen den Substraten 20 und der Antikathode 19 ein Zwischenraum stehenbleibt Mit 55 ist eine Kahlschlange bezeichnet die von Kahlwasser oder anderem Kühlmittel bei Betrieb durchströmt ist und gleichzeitig als Elektrode dient und nie elektrisch leitende Montageplatte 52 mit einer äußeren Spannungsquelle verbindet Die Kühlschlange 55 dient dazu, die Montageplatte und die Tragplatte auf eine bestimmte Betriebstemperatur zu kühlen. Die Kühlschlange 55 ist an einer elektrisch isolierenden Durchführung 56 vakuumdicht durch die Bodenplatte 12 hindurchgeführt. Die Montageplatte 52 wirkt als Anode und wird durch den Kühlwasserstrom in der Kühlschlange 55 bei Betrieb gekühlt.

Bei dem in F i g. 2 nur ausschnittsweise dargestellten Ausführungsbeispiel sind die nicht dargestellten Teile genauso ausgestaltet wie in F i g. 1 gezeichnet Gleiche Teile aus F i g. 1 und 2 sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet Zwischen dem Kathodenkopf 31 und der Antikathode 19 ist wieder ein Spalt 27 ausgespart, der, wie auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, mit einem Material gefüllt ist, das die gleichen eigenschaften hat wie im Text zu F i g. 1 erläutert Unterschiedlich gegenüber F i g. 1 ist eine Dichtung 60, die aus PlastJcmaterial oder dergleichen besteht und den Spalt 27 nach außen abdichtet und zu diesem Zweck zwischen die Antikathode 19 und einen inneren Flansch 61 des dem Ring 28 entsprechenden Ringes 62 gelegt ist. Der Ring 62 ist ebenso wie der Ring 28 an der Deckplatte 13 lösbar befestigt.

Der dem Tragring 23 entsprechende Tragring 63, der aus dielektrischem Material, zum Beispiel Quarz, besteht, reicht zum Unterschied gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus F i g. 1 bis an den Ring 62 heran. Aus diesem Grunde weist der Ring 62 unten eine äußere Abschrägung 64 auf, die der Abschrägung des innerer Randes des Tragringes 63 angeformt ist. Mit 65 ist ein dem Klemmring 26 entsprechender Klemmring bezeichnet, der auch die gleiche Funktion ha*, wie der Klemmring 26.

Der Spalt 27 ist durch die Dichtung 60 abgedichtet, die durch Andruck des Ringes 62 belastet ist, so daß das im Spalt 27 vorhandene flüssige Material nicht aus dem Spalt austreten kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 sind wieder die nicht dargestellten Teile genauso ausgebildet wie nach F i g. I und gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Zwischen dem Kathodenkopf 31 und der Antikathode 76 ist aucii bei diesem Ausführungsbeispiel ein Spalt 27 vorgesehen. An Stelle der Deckplatte 13 ist eine Deckplatte 70 vorgesehen, deren unterer Flansch 72 eine innere Abschrägung 71 aufweist. Mit 73 ist ein

Ring bezeichnet, dessen iiiißerer Rand 74 abgeschrägt ist und an der Abschrägung 71 anliegt.

Der Ring 73 weist einen unteren inneren Flansch 75 auf. der von außen an der Antikathode 76 anliegt. Die Antikathode 76 ist genauso ausgebildet wie die Antikathode 19 mit der Ausnahme, daß der Rand 77 der Antikathode statt schräg wie bei den Ausführungsbeispielen nach F i g. I und 2 gerade ist.

Der Rand 77 der Antikathode 76 ist in einen Dichtring 79 eingefaßt. Der Dichtring 79 hat L-förmigen Querschnitt und sein einer Querschnittsschenkel paßt zwischen den äußeren Rand der Antikathode 76 und den inneren Rand 78 des Ringes 73, während der andere Schenkel oben auf der Antikathode 76 liegt.

Der Dichtring 79 besteht aus Plastik und ist durch eine Vielzahl von auf den Umfang verteilt angeordneten Haltern 80 nach unten gegen den Flansch 75 gepreßt. Die Halter 80 sind an dem Flansch 72 lösbar befestigt. Das Material im Spalt 27 kann nicht zwischen der Oberfläche der Antikathode 76 und der unteren Außenfläche des Dichtringes 79 oder zwischen der unteren Außenfläche der Antikathode 76 und der oberen Außenfläche des Flansches 75 hindurchfließen. Es kann also kein Füllmaterial aus dem Spalt 27 in die Kammer IO gelangen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 ist die Antikathode 85 topfförmig. Der Boden des Topfes ist mit 86 und der Mantel mit 87 bezeichnet. Die Antikathode 85 ist an der Deckplatte 88 der Sprühkammer mittels eines geschlossenen Ringes 89 befestigt. Der Ring 89 besteht aus elektrischem Isoliermaterial, wie es beispielsweise unter der Bezeichnung Teflon bekannt ist, und hat einen schrägen inneren Rand. Dem schrägen inneren Rand 90 ist der schräge äußere Rand eines verdickten Kopfringes 91 der Antikathode 85 angepaßt. Der Ring 89 ist an der Deckplatte 88 mittels nicht dargestellter Bolzen und Schrauben befestigt.

Mit 92 ist ein Dichtring bezeichnet, der /wischen der Deckplatte 88 und dem Ring 89 zur Abdichtung der Sprühkammer vorgesehen ist. Mit 93 ist ein Dichtring bezeichnet, der zwischen dem Rand 90 des Ringes 89 und dem verdickten Kopfring 91 der Antikathode 85 angeordnet ist und an dieser Stelle die Kammer dichtet. Die Dichtringe 92 und 93. die die Sprühkammer nach außen abdichten, sind also Vakuumdichtungen.

Mit 94 ist eine Kathode bezeichnet, die innerhalb der Antikathode 85 angeordnet ist. Der Kopf 95 der Kathode weist einen Abstand zur inneren Oberfläche des Bodens 86 der Antikathode 85 auf, so daß ein Spalt 96 stehenbleibt, der mit einem Material gefüllt ist, das die gleichen Eigenschaften hat wie das Füllmaterial des ersten Ausführungsbeispiels. Dieses Material gestattet den Wärmefluß vom Boden 86 zur Kathode 94 und den elektrischen Energiefluß von der Kathode 94 zum Boden 86 der Antikathode 85.

Wegen der Form des Kathodenkopfes 95 gelangt die Hochfrequenzenergie aus der Hochfrequenzenergiequelle 97 nur an Hen Boden 86 der Antikathode 85 und

an die unmittelbar angrenzenden Teile des Mantels 87, also die tiefgelegenen Teile. Der Sprühvorgang geht also in erster Linie von dem flachen Boden 86 aus, dessen untere freie Oberfläche parallel zur Anode ist.

Die Kathode 94 wird durch einen Kühlwasserstrom gekühlt, der im Innern der Röhre 98 strömt und den Kathodenkopf 95 durchsetzt.

Die Kühlflüssigkeit gelangt durch ei'.en Kanal 99 mit ringförmigem Querschnitt in das Innere des Kathodenkopfes 95 und von da zurück durch eine zur äußeren Röhre 100 koaxiale Röhre 98.

Die äußere Röhre 100 der Kathode 94 ist an einem Ring 101 befestigt und an einem Ring 102 gehaltert, welch letzterer aus elektrischem Isoliermaterial besteht. Der äußere Rand 103 des Ringes 102 ist abgeschrägt und gegen den entsprechend abgeschrägten inneren Rand 105 des Ringes 91 durch den Dichtring 105 abgedichtet.

Mit 106 ist ein weiterer Dichtring bezeichnet, der zwischen dem Ring 101 und dem Ring 102 liegi. Die Dichtringe 105 und 106 dichten die Kammer 107 im Innern der Antikathode 95 nach außen ab. Man kann mithin die Kammer 107 teilweise evakuieren, indem man sie über eine Saugleitung 109 an die Saugseite einer Vakuumpumpe 108 anschließt.

Die übrigen in F i g. I nicht dargestellten Teile sind wie in F i g 1 dargestellt ausgebildet.

F i g. 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel, das dem aus F i g. 4 sehr ähnlich ist. Im folgenden werden nur die gegenüber Fig.4 unterschiedlichen Teile erläutert. An Stelle der Kathode 94 ist eine Kathode 110 vorgesehen, deren Kathodenkopf mit Abstand zum Boden 86 der Antikathode 85 angeordnet ist, so daß ein Spalt 114 dazwischen stehenbleibt. Die Kathode 110 besteht aus einem Rohr 112 und einem flachen Kathodenkopf 111. Der innere Kanal 113 des Rohrs mündet in den Spalt 114. Mit 116 ist ein Ring bezeichnet, in den das Rohr 112 eingesetzt ist und der mit einem abgeschrägten äußeren Rand dem entsprechend abgeschrägten inneren Rand des verdickten Kopfes 91 der Antikathode 85 angepaßt und liegt an dieser an.

Der Ring 116 besteht aus einem kompressiblen. elektrisch isolierenden Material und bildet eine Flüssigkeitsdichtung zwischen dem Kopf 91 und dem Rohr 110. Durch den Kanal 113 wird bei Betrieb eine dielektrische Flüssigkeit als Kühlmittel eingeströmt, die den Spalt 114 und die Kammer 115 ausfüllt und die Kammer 115 durch den Durchbruch 117 wieder verläßt. Die Kühlflüssigkeit leitet die Wärme von dem Kopf 111 und gestattet die Hochfrequenzenergieübertragung v_s η dem Kopf 111 an den Boden 86 der Antikathode 95. Die Hochfrequenzenergie wird von einer Hochfrequenzenergiequelle 118, die an das elektrisch leitend ausgebildete Rohr 110 angeschlossen ist. eingespeist. Ein Beispiel für eine geeignete Kühlflüssigkeit ist deionisiertes Wasser.

Die in F i g. 5 nicht dargestellten Teile sind wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ausgebildet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Hochfrequenzbetriebene Sprühvorrichtung mit einer flachen, als Substratträger ausgebildeten Anode und einer planparallel gegenüber der Anode angeordneten flachen Kathode in einer evakuierbaren Sprühkammer und mit einer auswechselbar und planparallel zur Kathode angeordneten Antikathode aus auf die Substrate zu sprühendem Material auf der der Anode zugekehrten Seite der Kathode, dadurch gekennzeichnet, daß die Antikathode (19, 66, 85) einen Spalt (27, 96, 114) zur Kathode (31, Ul) freilassend angeordnet ist und daß der Spalt bei Betrieb mit einer dielektrischen, wärmeleitenden Flüssigkeit gefüllt ist und gegen die Sprühkammer (10...) abgedichtet ist

2. Hochfrequenzbetriebene Sprühvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (31) in einer nach außen abgedichteten und zur Sprühka.Timer (10) vakuumdicht abgedichteten Kathodenkattrtner (44) untergebracht ist, die von flüssigem Kühlmittel eines äußeren Kühlsystems gekühlt wird.