DE2821131C2 - Vakuumbeschichtungsanlage mit einer Kondensat-Auffangeinrichtung - Google Patents

Description

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.

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 Beschichtungsmateriab notwendigerweise nicht auf den Substraten 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, das heißt 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 Beschichtungsmaterials 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 Glimmentladung stets ein Teil des abgestäubten Materials die Entladungszone verläßt.

Unabhängig davon, daß das nicht auf den Substraten kondensierende 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. Da auf den substratfremden Oberflächen keine ausreichenden Kondensationsbedingungen eingehalten werden können, haben die kondensierten Schichten keine haftfeste Verbindung mit dem Untergrund, sprich: 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

to können und dort den Beschichtungsvorgang in erheblichem MaQe 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 Änderung der Legierungszusammensetzung führen würde, ein Vorgang, der unbedingt verhindert werden muß. Sofern in der Beschickungsanlage eine Wärmedäm mung wie ein Strahlungsschutz etc. angeordnet ist, führt eine Kondensation von Beschichtungsmaterial auf dieser Wärmedämmung zu einer unerwünschten Veränderung der thermischen Eigenschaft der Wärmedämmung. Zum Schutz von Vakuum-Aufdampfanlagen ist es be reits 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 kompli ziert geformte Innenflächen von Vakuumkammern ab zudecken, 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.

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 Auffang einrichtung aufgefangen, zuverlässig festgehalten and zusammen mit der Auffangeinrichtung aus der Beschichtungsanlage entfernt werden kann, ohne daß hierfür unvertretbar hohe Investitions- oder Betriebskosten in Kauf genommen werden müssen.

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.

Ein solches Flächengebilde kann beispielsweise ein Drahtgewebe oder ein Lochblech sein, welches hinsichtlich seiner Raumform der Vakuumkammer ähnlich ist.

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.

Das nicht von den Substraten aufgefangene Beschichtungsmaterial schlägt sich beim Betrieb einer solchen Vorrichtung auf der Auffangeinrichtung nieder und durchdringt dabei teilweise die Durchbräche. Dieser

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Vorgang setzt sich so lange fort, bis sämtliche Durchbrüche geschlossen sind, wodurch eine innige »Verzahnung« zwischen der Auffangeinrichtung und dem niedei-geschlagenen Material entsteht Dieser Vorgang kann sich über eine längere Zeitdauer fortsetzen, wobei selbst beträchtliche Schichtdicken 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 Auffangeinriciitung 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.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes sei nachfolgend anhand der F i g. 1 bis 4 näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Vakuumaufdampfanlage für die Beschichtung einer Vielzahl von Substraten,

Fig.2 einen Schnitt durch den Gegenstand nach F i g. 1 entlang der Linie H-II,

F i g. 3 einen Schnitt durch eine Auffangeinrichtung in Form eines Drahtgewebes mit einem dickeren Überzug von kondensiertem Material und

F i g. 4 einen Schnitt analog F i g. 3, jedoch mit dem Unterschied, daß an die Stelle eines Drahtgewebes ein Lochblech getreten ist.

In F i g. 1 ist eine Vakuumkammer 10 dargestellt, die an beiden Enden mit Schleusenventilen 11 und 12 versehen ist 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 Elektronenstrahlkanonen 18 und 19 erzeugt werden.

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.

Im Innern der Vakuumkammer 10 befindet sich, die Quelle 13 und die Substrate 22 möglichst allseitig umgebende, 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.

Aus Fi g. 2 geht noch zusätzlich hervor, daß die Wärmedämmung 23 noch mit einer weiteren öffnung 25 versehen 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 F i g. 2 wird die Vakuumkammer 10 über einen Saugstutzen 28 evakuiert

Die gesamte Innenfläche der Wärmedämmung 23 sind von einer Auffangeinrichtung 29 überzogen, die aus einem Drahtnetz oder Drahtgewebe 30 (F i g. 3) oder aus einem Lochblech 31 (F i g. 4) bestehen kann. Selbstverständlich ist auch die Auffangeinrichtung 29 an den Stellen der Durchtrittsöffnungen 24 bzw. der Öffnung 25 unterbrochen.

Die Wirkungsweise der Auffangeinrichtung 29 geht aus den F i g. 3 und 4 hervor. Die Richtung des Materialstroms ausgehend von der Quelle 13, ist durch Pfeile gekennzeichnet Zunächst kondensiert auf dem Drahtgewebe 30 bzw. auf dem Lochblech 31 eine Materialschicht in asymmetrischer Verteilung, wie dies durch die gestrichelten Linien angedeutet 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 außerordentlich gut »verzahnt«, und kann infolgedessen nicht herunterfallen. Sie bilden mit der Auffangeinrichtung ein sich gegenseitig versteifendes Gebilde, welches auch durch eine zunehmende Ablagerung des Beschichtungsmaterials nicht verformt werden kann. Nach dem 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 aufgeführt ist.

Aus den F i g. 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 übereinstimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vakuumbeschichtungsanlage mit einer Quelle für das Beschichtungsmaterial, einer Vakuumkammer und einer Auffangeinrichtung für das nicht auf den Substraten niedergeschlagene Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangeinrichtung mindestens vor den nicht mit den Substraten identischen Kondensationsflächen stationär angeordnet ist, und aus einem Rächengebilde mit einer Vielzahl von über die Oberfläche verteilten Durchbrüchen besteht

2. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangeinrichtung (29) aus einem Drahtgewebe besteht

3. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangtinrichtihig (29) aus einem Lochblech besteht

4. Vakuumbeschichtungsanlage nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangeinrichtung hinsichtlich ihrer Raumform der Vakuumkammer ähnlich ist.