DE2102352C3 - Hochfrequenzbetriebene Sprühvorrichtung - Google Patents
Hochfrequenzbetriebene SprühvorrichtungInfo
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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 Zwecke 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 Bedarf
ι ο verschiedene Materialien versprüht werden können.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert Es
zeigt
F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel im Schnitt und
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 Antikathodenanordnung
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 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 Antikathodenanordnung 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 besteht vorzugsweise 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 21 und der Rand 22.
Die Antikathode 19 besteht vorzugsweise 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 21 und der Rand 22.
Der Tragring 23 paßt mit seinem abgeschrägten äußeren Rand schwalbenschwanzartig hinter den in
so 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 Leitungseigenschaften 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
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 Antikathode Ϊ9 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 19 und dem
Rand 22 des Tragringes 23 hindurch in die Kammer 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 gegenseitiger Abhängigkeit betrieben, so daß in beiden
Kammern 10 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 Dmck 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
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 Kühlschlange bezeichnet die von Kühlwasser oder
anderem Kühlmittel bei Betrieb durchströmt ist und gleichzeitig als Elektrode dient und die 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 Materia! 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
Plastikmaterial 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
inneren Randes des Tragringes 63 angeformt ist. Mit 65 ist ein dem Klemmring 26 entsprechender Klemmring
bezeichnet, der auch die gleiche Funktion hat 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. 1 und gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern
bezeichnet. Zwischen dem Kathodenkopf 31 und der Artikathode 76 ist auch 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 äußerer 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 stau schräg wie bei den Ausführungsbeispielen nach F i g. 1 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 10 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 zwischen 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 den 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 einen Kanal 99 mit ringförmigem Querschnitt in das Innere des Kathoden-
H) kopfes 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.
is 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
2» zwischen dem Ring 101 und dem Ring 102 liegt 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. 1 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
)o gegenüber F i g. 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 kompressibien, elektrisch isolierenden Material und bildet eine
Flüssigkeitsdichtung zwischen dem Kopf 91 und dem
*5 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 von dem Kopf 111 an den Boden 86 der Antikathode 95. Die
Hochfrequenzenergie wird von einer HocMreniienzenergiequelle
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 (2)
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 (31,111) 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 Sprühkammer (10) vakuumdicht abgedichteten
Kathodenkammer (44) untergebracht ist, die von flüssigem Kühlmittel eines äußeren Kühlsystems
gekühlt wird.
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