DE2216959A1

DE2216959A1 - PROCEDURE FOR OPERATING AN EVAPORATOR IN EVAPORATION PLANTS

Info

Publication number: DE2216959A1
Application number: DE19722216959
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Umrath; Ingo Dr Wilmanns
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1972-04-08
Filing date: 1972-04-08
Publication date: 1973-10-11

Description

Verfahren zum Betrieb eines Verdampfers in Aufdampfanlagen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines mit elektrischer Energie versorgten Verdampfers in Hochvakuum-Aufdampfanlagen und ein Steuergerät zur Durchführung dieses Verfahrens. Method for operating an evaporator in vapor deposition systems The invention relates to a method of operating a powered one Evaporator in high vacuum evaporation systems and a control unit to carry out this Procedure.

Eine wesentliche Schwierigkeit beim Betrieb bekannter Verdampfer besteht darin, daß die aufgedampften Schichtdicken nicht genau reproduzlerbar sind. Dafür gibt es vor allem zwei Ursachen, die manchmal auch gemeinsam auftreten: 1. schwankende VerdampfSngsrate 2. hohe Verdampfungsrate Ein typisches Beispiel ist der Kohlebogenverdampfer. Durch starke Temperaturänderungen, denen die Kohlen unterworfen sind, ändern sich sowohl die Brenneigenschaften der Kohle als auch der Kontakt längs der Berührungsfläche der Kohlen sehr stark. Mit elnem derart unkontrollierten Kohle-Bogen, der starke Schwankungen der in der Zeitelnheit verdampfenden Kohle-Mengen zur Folge hat, ist das Aufdampfen von dünnen Schichten mit reproduzierbarer Dicke beispielsweise dadurch, daß der Verdampfer für eine bestimmte Zeit (in der Größenordnung von Sekunden) betrieben wird, nicht möglich.There is a major difficulty in operating known evaporators in that the vapor-deposited layer thicknesses are not exactly reproducible. Therefore there are two main causes, which sometimes also occur together: 1. fluctuating Evaporation rate 2. High evaporation rate A typical example is the carbon arc evaporator. Due to the strong temperature changes to which the coals are subjected, change both the burning properties of the coal and the contact along the interface the coals very strong. With such an uncontrolled coal bow, the strong one Fluctuations in the amount of coal evaporating in the time is the consequence the vapor deposition of thin layers with reproducible thickness, for example, that the vaporizer operated for a certain time (on the order of seconds) becomes, not possible.

Der Betrieb bekannter Verdampfer erfolgt deshalb in der-Weise, daß entweder - bei einander berührenden Kohlen - von -Hand durch Knopfdruck der Strom mehrere Male für kurze Zeit eingeschaltet wird oder - bei eingeschalteter Spannung und einander nicht berührenden Kohlen - durch Verschieben der Kohlen der Bogen einige Male für kurze Zeit gezündet wird. Um bei diesen bekannten Betriebsverfahren immer gleie}, SchichLU-ickun erzeugen zu können, ist man gezwungen, Kontrcllmlttel zu verwenden, die die Dicke der aufgedampften Schicht erkennen lassen. Derartige Kontrollmittel bestehen z.B. darin, daß bei jedem Aufdampfvorgang gleichzeitig elne vergoldete Aluminium-Folie als Vergleichsobjekt mit bedampft wird. Dleses Verfahren ist jedoch sehr ungenau und umständlich, so daß es den Ablauf der Versuche sehr stört. Es ist außerdem möglich, nach jedem Aufdampfvorgang die aufgedampfte Schichtdicke mit Hilfe eines Quarzschwingers zu messen. Abgesehen davon, daß ein solcher Quarzschwinger sehr teuer ist, stört auch dleses Kontrollverfahren den Ablauf der Versuche sehr Der wesentliche, den bekannten Betriebsverfahren anhaftende Nachteil besteht jedoch darln, daß eine genaue Dosierung der aufzudampfenden Menge nicht möglich ist, weil durch das kurzzeitige Zünden des Bogens (sei es durch Elnschalten des Stromes oder durch Verschieben der Kohle) infolge der Handbedienung und infolge des sich ändernden Brennverhaltens keine definierte Menge verdampft werden kann.Known evaporators are therefore operated in such a way that either - with brushes touching each other - by hand at the push of a button is switched on several times for a short time or - with the voltage switched on and coals not touching each other - by shifting the coals of the bow some Times is ignited for a short time. To with these known operating procedures always the same, to be able to produce a layer, one is forced to use control means to use, which reveal the thickness of the vapor deposited layer. Such Control means consist, for example, in the fact that each evaporation process takes place simultaneously gold-plated aluminum foil is vaporized as a comparison object. This procedure however, it is very imprecise and cumbersome, so that it makes the experiments very difficult disturbs. It is also possible to change the layer thickness after each vapor deposition process to measure with the aid of a quartz oscillator. Apart from the fact that such a quartz oscillator is very expensive, this control method also disrupts the course of the experiments very much However, there is the essential disadvantage inherent in the known operating methods darln that an exact dosage of the amount to be evaporated is not possible because by briefly igniting the arc (be it by switching on the current or by moving the coal) as a result of the manual operation and as a result of the changing Burning behavior, no defined amount can be evaporated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Betrieb eines mit elektrischer Energie versorgten Verdampfers in Hochvakuum-Aufdampfanlagen anzugeben, mit dem eine genaue Dosierung der zu verdampfenden Menge m8gllch ist, so daß bezüglich des Aufdampfens definierter Schichtdicken und deren Reproduzierbarkeit keine Schwierigkeiten mehr bestehen. Für schnell ablaufende Vorgänge soll außerdem die Unsicherheit bei Schichtdickenmessung jeweils zwischen den Impulsen auf die elnem Impuls entsprechende ''Tellschlchtdicke'' reduziert werden, so daß der hohe Aufwand für schnelle Mess- und Abschalteinrichtungen entfallen kann, weil es möglich ist, die Zeltspanne zwischen den Impulsen entsprechend lange zu bemessen.The invention is based on the object of a method of operation an evaporator supplied with electrical energy in high vacuum evaporation systems indicate with which an exact dosage of the amount to be evaporated is possible, so that with regard to the vapor deposition, defined layer thicknesses and their reproducibility there are no more difficulties. For fast-running processes should also the uncertainty in layer thickness measurement between the pulses on the `` Partschlchtdicke '' corresponding to a pulse can be reduced so that the high Expenditure for fast measuring and disconnection devices can be omitted because it is possible is to measure the time span between the pulses accordingly long.

Erfindungsgemäß wird dlese Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Verdampfer zumindest eln Tell der Energie in Form von bezüglich der Frequenz und/oder der Dauer vorwählbaren Impulsen zugeführt wird. Dadurch ist es möglic, die Dauer der Impulse sehr kurz - ar stets gleichbleibend - zu halten und den zeitlichen Abstand der Impulse so groß zu wählen, daß sich die Verdampfer zwlschen den Brennzeiten immer wieder abkühlen können. Bei einem in dieser Weise betriebenen Verdampfer hat sich herausgestellt, daß sich die Nachteile des ungleichmäßigen Brennens der Kohlestifte eines Kohle-Bogen-Verdampfers nicht mehr bemerkbar machen. Eine bestlmmteAnzahl von Impulsen gleicher Höhe und gleicher Dauer erzeugt also stets die gleiche Schichtdicke, welche somit immer reproduzierbar ist Besonders vorteilhaft ist es, dem Verdampfer eine eitlich konstante Energle zuzuführen und die impulsförmige EnergLezufuhr der konstanten Energiezufuhr zu überlagern, so daß sich die Kohlen des Verdampfers nicht unter eine gewisse Temperatur abkühlen.According to the invention, the object is achieved in that the evaporator at least part of the energy in terms of frequency and / or duration preselectable pulses are supplied. This makes it possible to change the duration of the impulses very in short - always constant - and to keep the time interval between the impulses to be chosen so large that the vaporizer switches off again and again between the firing times can cool down. With an evaporator operated in this way it has been found that the disadvantages of uneven burning of the carbon sticks of a coal arc evaporator no longer noticeable. A certain number of pulses of the same height and the same duration always creates the same layer thickness, which is therefore always reproducible It is particularly advantageous to give the evaporator constant energy and to superimpose the pulsed energy supply on the constant energy supply, so that the coals of the evaporator do not cool down below a certain temperature.

Die Auslösung der Impulse kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von Hand oder automatisqh erfolgen. Der den Kohlen zugeführte Stromimpuls kann in beiden Fällen von den Unzulänglichkeiten der direkten Handbedienung freigehalten werden Bei der Verwendung eines Kohle-Bogen-Verdampfers ist es außerdem zweckmäßlg, die Kohlen während der gesamten Betriebs zeit in an sich bekannter Weise durch konstanten und vorzugsweise einstellbaren mechanischen Druck aufeinanderzupressen. Auch diese Maßnahme hat ein gleichmäßiges Abbrennen der Kohlestifte zur Folge Ein für die Durchführung des Verfahrens geeignetes Steuergerät enthält vorteilhafterweise an sich bekannte elektronlsche Mittel zur Vorwahl der Frequenz, der Höhe und/oder der Dauer der Impulse. Bei bestimmten Anwendungsfällen hat es sich außerdem herausgestellt, daß es zweckmäßig ist, wenn auch noch die Form der Impulse (An- und-Abstiegsflanke) veränderbar ist. Das zur Durchführun-g des erfindungsgemäßen Vefahrens geeignete Steuergerät enthält deshalb zweckmäß;gerweSse auch Mittel zur Vorwahl der Form der Impulse. Außerdem ist zweckinäßigerweise auch die Anzahl der Impulse vorwählbar.The impulses can be triggered in the method according to the invention be done manually or automatically. The current pulse supplied to the coals can be in kept free of the inadequacies of direct manual operation in both cases When using a coal arc evaporator, it is also advisable to the coals during the entire operating time in a known manner by constant and preferably adjustable mechanical pressure to be pressed against each other. These too Measure results in an even burning of the charcoal sticks A for implementation The control device suitable for the method advantageously contains known ones Electronic means for preselecting the frequency, the height and / or the duration of the pulses. In certain applications it has also been found to be useful if the shape of the impulses (rising and falling edge) can also be changed. Contains the control device suitable for carrying out the method according to the invention therefore expedient; in particular also means for preselecting the form of the impulses. aside from that the number of pulses can also be preselected.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines in der beiliegenden Flgur schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert werden.Further advantages and details of the invention are based on a explained in the accompanying Flgur schematically illustrated embodiment will.

Diese Figur zeigt einen an sich bekannten Impulsgeber 1 mit Einstell- und Auslöseknöpfen, deren Funktion im folgenden genauer beschrieben wird. Die vom Impulsgeber 1 abgegebenen Impulse werden dem als Block dargestellten Leistungswandler 2 zugeführt, welcher die entsprechend verstärkten Impulse dem schematisch dargestellten Bogen-Verdampfer 3 im Rezipienten 4 zuführt.This figure shows a known pulse generator 1 with setting and release buttons, the function of which is described in more detail below. The ones from Pulse generator 1 emitted pulses are the power converter shown as a block 2 supplied, which the corresponding amplified pulses to the schematically shown Arc evaporator 3 in the recipient 4 supplies.

Die auf der Frontplatte des Impulsgebers 1 dargestellten Knöpfe 5 bis 10 dienen der Voreinstellung der Höhe, der Dauer, der Frequenz, der Anzahl sowie der Form (An- und Abstiegsflanke) der abzugebenden Impulse. Durch Druck auf die Auslösetaste 11 werden die vorgewählten Impulse automatisch oder elnzeln - Je nach Stellung des Kippschalters 12 -auf den Leistungswandler 2 gegeben.The buttons 5 shown on the front panel of the pulse generator 1 to 10 are used to preset the height, duration, frequency, number and the shape (rising and falling edge) of the pulses to be emitted. By pressing the Trigger button 11, the preselected impulses are automatically or individually - depending on Position of the toggle switch 12 - given to the power converter 2.

Claims

PATENT CLAIMS

1. Method of operating a powered by electrical energy Evaporator in high vacuum evaporation systems, characterized in that the evaporator (6) at least part of the energy in terms of frequency and / or Duration of preselectable pulses is supplied.

2. The method according to claim 17, characterized in that the evaporator An energy that is constant over time is supplied, and that the pulse-shaped energy supply of constant energy supply is superimposed

3. The method of claim 1 or 2, characterized in that the impulses are triggered manually or automatically is carried out 40 method according to one of claims 1 to 3, characterized in that that when using an arc evaporator (6) the electrodes during the entire Operating time in per se known catfish by constant and preferably adjustable mechanical pressure are pressed against each other.

50 control unit for performing the method according to one of the claims 1 bls 4, characterized by known electronic means (3, 4) as a preselection the frequency of the height and / or the duration of the impulses.

6 control device according to claim 5, characterized in that additional Means (7,8) for preselecting the shape (rising and falling edge) and the number of pulses are provided Blank page