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" Vakuumbeschichtungsanlage mit einer
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Kondensat-Auffangeinrichtung " Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vakuumbeschichtungsanlage mit einer Quelle für das Beschichtungsmaterial, einer
Vakuumkammer und einer Auffangeinrichtung für das nicht auf den Substraten niedergeschlagene
Material.
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Bei Vakuumbeschichtungsanlagen wird nur ein Teil des für die Schichterzeugung
benötigten Materials auf den Substraten niedergeschlagen. Wenn beispielsweise in
einer Vakuumaufdampfanlage oder in einer Katodenzerstäubungsanlage mehrere Substrate
im Strom des Beschichtungsmaterials angeordnet sind, so trifft ein Teil des Beschichtungsmaterials
notwendigerweise nicht auf den Subs-traten auf, sondern kondensiert beispielsweise
auf dem Substrathalter, wenn dieser die Substrate beispielsweise in Form eines kalottenförmigen
Substrathalters an den Substraträndern umgibt, oder das Material tritt durch die
Lücken zwischen den Substraten hindurch und kondensiert auf den inneren Kammerwänden
bzw. auf Einbauteilen der Vakuumkammern. So ist beispielsweise beim Bedampfen einer
Vielzahl von Einzelteilen im Dampfstrom eine Ausnutzung von 5% des Verdampfungsmaterials
als gut zu bezeichnen, d.h. 95% des Verdampfungsmaterials kondensieren auf den Innenflächen
der Vakuumaufdampfkammer sowie auf Einbauteilen. Aber selbst wenn einzelne, flächige
Substrate bedampft oder bestäubt werden sollen, so gelangt stets ein Teil des Beschichtungsamterials
an den Substraten vorbei auf substratfremde Kondensationsflächen, weil entweder
die Substrate aus Gründen einer gleichmäßigen Schichtdickenverteilung kleiner sein
müssen als die Materialquelle, oder weil beispielsweise bei einer GlimmentTadung
stets ein Teil des abgestäubten Materials die Entladungszone verläßt.
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Unabhängig davon, daß das nicht auf den Substraten konden-
sierende
Material eine Quelle ständigen Verlustes von teilweise teuerem Beschichtungsmaterial
darstellt, so bilden die Ablagerungen des Beschichtungsmaterials auf anderen als
den Substratflächen eine Ursache für Betriebsstörungen. Die in der Vakuumkammer
kumulativ aufgebauten Schichten nehmen im Laufe der Zeit eine beträchtliche Dicke
an, die bis zu mehreren Millimetern betragen kann.
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Da auf den substratfremden Oberflächen keine ausreichenden Kondensationsbedingungen
eingehalten werden können, haben die kondensierten Schichten keine haftfeste Verbindung
mit dem Untergrund, spricht: den Kammerteilen. Sie beginnen infolgedessen, sich
früher oder später abzuschälen und herunterzufallen, wobei sie auf die Substrate
selbst oder auf die Quelle für das Beschichtungsmaterial gelangen können und dort
den Beschichtungsvorgang in erheblichem Maße stören. Insbesondere beim Verdampfen
von Legierungsmaterialien haben die kondensierten Schichten eine andere Legierungszusammensetzung
als das zu verdampfende Material, so daß ein Fallen von bereits kondensiertem Beschichtungsmaterial
in den Verdampfertiegel zu einer Anderung der Legierungszusammensetzung führen würde,
ein Vorgang, der unbedingt verhindert werden muß.
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Sofern in der Beschichtungsanlage eine Wärmedämmung wie ein Strahlungsschutz
etc. angeordnet ist, führt eine Kondensation von Beschichtungsmaterial auf dieser
Wärmedämmung zu einer unerwünschten Veränderung der thermischen
Eigenschaften
der Wärmedämmung..
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Zum Schutze von Vakuum-Aufdampfanlagen ist es bereits bekannt, in
unmittelbarer Nähe des Verdampfers zwei endlose Metallbänder vorzusehen, die über
senkrecht stehende Umlenkwalzen geführt sind und auf der dem Verdampfer abgekehrten
Seite über ein Schälmesser geführt werden, welches die sich auf den Bändern bildenden
Ablagerungen erfaßt. Eine solche Vorrichtung ist aufwendig in der Herstellung und
im Betrieb und außerdem unter Vakuumbedingungen in hohem Maße störanfällig. Sie
hat den weiteren Nachteil, daß es unmöglich ist, mit einem endlosen Förderband kompliziert
geformte Innenflächen von Vakuumkammern abzudecken, da für die Führung eines Endlosbandes
über jede ebene Teilfläche der Vakuumkammer zwei Umlenkwalzen mit den notwendigen
Lagern und Antrieben vorgesehen werden müssen. Die bekannte Vorrichtung hat daher
in der Praxis nur einen beschränkten Wert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumbeschichtungsanlage
der eingangs beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß das nicht auf den Substraten
kondensierende Material von der Auffangeinrichtung aufgefangen, zuverlässig festgehalten
und zusammen mit der Auffangeinrichtung aus der Beschichtungsanlage entfernt werden
kann, ohne daß hierfür unvertretbar hohe Investitions- oder Betriebskosten in Kauf
genommen werden müssen.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs angegebenen
Vakuumbeschichtungsanlage erfindungsgemäß dadurch, daß die Auffangeinrichtung mindestens
vor den nicht mit den Substraten identischen Kondensationsflächen stationär angeordnet
ist und aus einem Flächengebilde mit einer Vielzahl von über die Oberfläche verteilten
Durchbrüchen besteht.
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Ein solches Flächengebilde kann beispielsweise ein Drahtgewebe oder
ein Lochblech sein, welches hinsichtlich seiner Raumform der Vakuumkammer ähnlich
ist.
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Vereinfacht ausgedrückt besteht die Auffangeinrichtung aus einem kastenförmigen
Gebilde, welches in die Vakuumkammer eingesetzt werden kann und deren innere Oberfläche
und gegebenenfalls auch Einbauteile soweit wie möglich abdeckt.
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Das nicht von den Substraten aufgefangene Bescnichtungsmaterial schlägt
sich beim Betrieb einer solchen Vorrichtung auf der Auffangeinrichtung nieder und
durchdringt dabei teilweise die Durchbrüche. Dieser Vorgang setzt sich solange fort,
bis sämtliche Durchbrüche geschlossen sind, wodurch eine innige "Verzahnung" zwischen
der Auffangeinrichtung und dem niedergeschlagenen Material entsteht. Dieser Vorgang
kann sich über eine längere Zeitdauer fortsetzen, wobei selbst beträchtliche Schicht
dicken auf der Auffangeinrichtung in Kauf genommen werden
können.
Die betreffenden Schichten können sich nicht von der Auffangeinrichtung lösen; sie
werden vielmehr nach Erreichen einer bestimmten Schichtdicke zusammen mit der Auffangeinrichtung
aus der Vakuumkammer entfernt. Es hängt dann von dem Wert des niedergeschlagenen
Materials ab, ob eine Aufbereitung und Wiederverwendung vertretbar ist, oder ob
der Verbund aus Auffangeinrichtung und kondensiertem Material verworfen werden muß.
Die Auffangeinrichtung kann auf eine sehr billige Weise hergestellt werden, in dem
man beispielsweise Drahtgewebe und/ oder Lochbleche mit oder ohne Stützrahmen zu
einem in sich steifen Gebilde vereinigt, welches in die Vakuumkammer eingesetzt
werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes sei nachfolgend
anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Vakuumaufdampfanlage
für die Beschichtung einer Vielzahl von Substraten, Figur 2 einen Schnitt durch
den Gegenstand nach Figur 1 entlang der Linie II - II, Figur 3 einen Schnitt durch
eine Auffangeinrichtung in Form eines Drahtgewebes mit einem dickeren Oberzug von
kondensiertem Material und
Figur 4 einen Schnitt analog Figur 3,
jedoch mit dem Unterschied, daß an die Stelle eines Drahtgewebes ein Lochblech getreten
ist.
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In Figur 1 ist eine Vakuumkammer 10 dargestellt, die an beiden Enden
mit Schleusenventilen 11 und 12 versehen ist.
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Auf dem Boden der Vakuumkammer 10 ist eine Quelle 13 für das Beschichtungsmaterial
dargestellt, die aus einem langgestreckten Verdampfertiegel 14 besteht, der mit
dem Beschichtungsmaterial 15 gefüllt ist, welches einen Badspiegel 16 aufweist.
Dieser Badspiegel wird mit Elektronenstrahlen 17 beschossen, die von zwei Elektronenstrahl
kanonen 18 und 19 erzeugt werden.
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Durch das (offene) Schleusenventil 11 ragt eine Haltestange 20 in
die Vakuumkammer 10 hinein, an deren vorderem Ende ein Substrathalter 21 befestigt
ist, der gabelförmig ausgebildet ist, wobei zwischen den Schenkeln der Gabel mehrere
Substrate 22 befestigt sind, die im vorliegenden Falle durch Turbinenschaufeln gebildet
werden. Es ist ersichtlich, daß ein Teil des vom Badspiegel 16 ausgehenden Dampfes
zwischen den Substraten 22 hindurchtreten kann und notwendigerweise an anderen Stellen
kondensiert.
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Im Innern der Vakuumkammer 10 befindet sich, die Quelle 13 und die
Substrate 22 möglichst allseitig umgebend' eine Wärmedämmung 23 in Form eines kastenförmigen
Blechgehäuses, welches aus einer Vielzahl von Blechen bestehen
kann.
In der Wärmedämmung 23 sind Durchtrittsöffnungen 24 für die Elektronenstrahlen 17
und den Substrathalter 21 angeordnet, die gerade eben zur Erfüllung ihrer Aufgabe
ausreichend bemessen sind.
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Aus Figur 2 geht noch zusätzlich hervor, daß die Wärmedämmuna 23 noch
mit einer weiteren Uffnung 25 verse-hen ist, die über einen Einblickschacht 26 mit
einer Einblickeinrichtung 27 verbunden ist, die beispielsweise aus einem optischen
System in Verbindung mit einer stroboskopischen Schutzeinrichtung besteht. Gemäß
Figur 2 wird die Vakuumkammer 10 über einen Saugstutzen 28 evakuiert.
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Die gesamten Innenflächen der Wärmedämmung 23 sind von einer Auffangeinrichtung
29 überzogen, die aus einem Drahtnetz oder Drahtgewebe 30 (Figur 3) oder aus einem
Lochblech 31 (Figur 4) bestehen kann. Selbstverständlich ist auch die Auffangeinrichtung
29 an den Stellen der Durchtrittsöffnungen 24 bzw. der Uffnung 25 unterbrochen.
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Die Wirkungsweise der Auffangeinrichtung 29 geht aus den Figuren 3
und 4 hervor. Die Richtung des Materialstroms ausgehend von der Quelle 13, ist durch
Pfeile gekennzeichnet. Zunächst kondensiert auf dem Drahtgewebe 30 bzw.
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auf dem Lochblech 31 eine Materialschicht in asymmetrischer Verteilung,
wie dies durch die gestrichelten Linien ange-
deutet ist, welche
die einzelnen Querschnitte der Auffangeinrichtung umgeben. Nach dem Aufwachsen einer
entsprechenden Schichtdicke schliessen sich die Zwischenräume allmählich, so daß
sich eine dicke, geschlossene Schicht 32 aus dem von der Quelle 13 ausgehenden Material
bildet. Diese Schicht 32 ist mit den Auffangeinrichtungen außerordentlicht gut "verzahnt",
und kann infolgedessen nicht herunterfallen. Sie bildet mit der Auffangeinrichtung
ein sich gegenseitig versteifendes Gebilde, welches auch durch eine zunehmende Ablagerung
des Beschichtungsmaterials nicht verformt werden kann. Nach der Aufwachsen einer
bestimmten Schichtdicke werden das Drahtgewebe 30 und das Lochblech 31 zusammen
mit der Schicht 32 aus der Vakuumkammer 10 bzw. aus der Wärmedämmung 23 entfernt
und durch eine neue Auffangeinrichtung 29 ersetzt, die als Wegwerfartikel ausgeführt
ist.
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Aus den Figuren 1 und 2 ist noch zu erkennen, daß die Auffangeinrichtung
29 der Raumform der Vakuumkammer 10 weitgehend ähnlich ist und hinsichtlich ihrer
Abmessungen mit den Innenabmessungen der Wärmedämmung 23 weitgehend Ubereinstimmt.
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L e e r s e i t e