DE2823911A1

DE2823911A1 - Vakuumaufdampfanlage

Info

Publication number: DE2823911A1
Application number: DE19782823911
Authority: DE
Inventors: Thaddaeus Dr Kraus
Original assignee: Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1977-07-08
Filing date: 1978-05-31
Publication date: 1979-01-25
Also published as: NL7708991A; GB2000813A; US4217856A; CH626407A5; DE2823911C2; FR2396807A1; GB2000813B; FR2396807B1

Description

2823311

BALZERS HOCHVAKUUM GMBH, SIEMENSSTRASSE 11, D-6200 WIESBADEN-NORDENSTADT

Vakuumaufdampfanlage

Der Druck beim Evakuieren einer Aufdampfkammer lässt sich im Bereich des Hochvakuums durch eine gebrochen rationale Funktion des Saugvermögens der Pumpenanordnung sowie durch Exponentialfunktionen der Menge des Dampfes (vor allem des Wasserdampfes) , der beim vorausgehenden Kontakt mit dampfhaltiger Luft von den Innenwänden der Auf dampf kammer aufgenommen und im Hochvakuum wieder langsam abgegeben wird, und der Temperatur angenähert darstellen. Wegen der stärkeren Steigung der beiden erwähnten Exponentialfunktionen bietet das Ausheizen der Innenwände während des Abpumpens grosse Vorteile gegenüber isothermen Evakuierungsprozessen. Die Desorption des Dampfes steigt nämlich mit der Temperatur so stark an, dass sich nach Abfall

809884/0640

- if -

der Temperatur ein sehr viel niedrigerer Dampfdruck einstellt als bei isothermer Desorption.

Der Erfindung liegt die Aufagabe zugrunde, eine Vakuumaufdampfanlage zu schaffen, bei welcher die den Aufdampfraum begrenzenden Innenwände während des Evakuierens zuerst zwecks Desorption erwärmt, und anschliessend abgekühlt und auf einem niedrigeren Temperaturwert gehalten werden können, wodurch ein rascher Druckabfall erzielt wird.

Heiz- und Kühleinrichtungen für die Wände von Aufdampfanlagen sind zwar bekannt, doch kann damit die Desorption während des Aufdampfens trotzdem nicht genügend unterbunden werden, weil die vom Verdampfer ausgehende Wärmestrahlung die Wände erwärmt. Es wurde auch schon vorgeschlagen, Abschirmungen gegen die störende Wärmestrahlung vorzusehen, doch Hess sich das unerwünschte Ansteigen der Desorption beim Aufdampfen auch dadurch nicht verhindern, weil nunmehr die Abschirmung selbst die Wirkung einer sorbierenden und desorbierenden Fläche mit sich brachte. Jedenfalls wäre eine intensive und aufwendige Kühlung der Abschirmung erforderlich, um diesen Nachteil zu beheben.

Mit Hilfe getrennter Anordnungen, die einerseits aus Wärmestrahlungsquellen für das Ausheizen, andererseits aus gekühlten Abschirmungen gegen störende Strahlung bestehen, liess sich das

809884/0640

unerwünschte Ansteigen der Desorption beim Aufdampfen also nicht vermeiden.

Die Erfindungsaufgabe wird jedoch gelöst durch eine Vakuumaufdampf anlage mit einer evakuierbaren Aufdampfkammer, darin angeordnetem Verdampfer sowie mit einer Haltevorrichtung für die zu beschichtenden Substrate, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Verdampfer von einer seine Wärmestrahlung auf einen für die Bedampfung der Substrate ausreichenden Oeffnungswinkel beschränkenden Abschirmung umschlossen ist und dass die genannte Abschirmung selbst heizbar ist.

Die Figur 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 bezeichnet die evakuierbare Aufdampfkammer, die über den Saugstutzen 2 an einem Pumpstand 3 angeschlossen ist. In der Aufdampfkammer befindet sich der elektrische Verdampfer 4 für ein Verdampfungsmaterial, dem der Heizstrom über vakuumdichte Stromdurchführungen 5 zugeführt wird. Der Erfindung entsprechend ist der Verdampfer zusätzlich mit einer Abschirmung 6 umgeben, die selbst heizbar ist. Diese Abschirmung kann z.B. ein elektrisch beheizbarer zylindermantelförmiger Kohleheizkörper sein, (wie er in der DT-PS Nr. 1 565 420 beschrieben worden ist) der von Stromzuführungen 7 getragen und mit Heizstrom versorgt wird. (Im Schnittbild der Fig. 1 ist nur eine der Stromzuführungen 7 sichtbar)

809884/0640

Figur 1 zeigt ferner eine drehbare Kalotte 8 als Haltevorrichtung für die Substrate, eine mit einem Schauglas 9 versehene Tür 10 der Aufdampfkammer sowie eine Strahlungsabschirmung 11 vor der Absaugöffnung.

Wenn die beschriebene Anlage geöffnet wird und dampfhaltige Luft Zutritt zu den Innenwänden hat, dann sorbieren diese eine bestimmte Dampfmenge. Nach Schliessen der Anlage v/erden die Innenwände zwecks Desorption durch Beheizen der Abschirmung erwärmt und der desorbierte Dampf abgepumpt.Sobald ein bestimmtes Vakuum erreicht ist, wird die Beheizung der Abschirmung abgeschaltet, sodass die von der Abschirmung nun nicht mehr bestrahlten Innenwände der Aufdampfkammer sich abkühlen und der Druck rasch abfällt. Bei der nachfolgenden Aufdampfung werden die Innenwände durch die nunmehr kalte Abschirmung vor der Wärmestrahlung des Verdampfers geschützt. Die bisher unvermeidliche Wiedererwärmung dieser Wände und damit auch eine weitere Gasabgabe durch Desorption wird damit verhindert.

Dieser Vorteil der Erfindung kommt ganz besonders zur Geltung bei Aufdampfkammern, deren Innenwände durch eine dünnwandige Verschalung abgedeckt sind, wobei in den Zwischenraum zwischen der Rezipientenwand und der Verschalung beim Kontakt mit Luft ein Schutzgas eingeführt wird. Dieses Verfahren und eine mit

809884/0640

~ et ~

Verschalungen versehene Aufdampfkammer wurde in der früheren Anmeldung Nr.P 2816612.3 vom 17.4.1978 beschrieben; in der Fig. 1 der vorliegenden Anmeldung ist die Verschalung mit 12 angedeutet. Bei solchen Aufdampfanlagen kann, der Temperaturwechsel der Verschalung sehr rasch durchgeführt und damit die für einen Evakuierungs- und Aufdampfzyklus erforderliche Zeit wesentlich abgekürzt werden.

Je dünner die Verschalungen sind, desto rascher kann der Temperaturwechsel bewerkstelligt werden und desto grosser ist der Zeitgewinn für das Erreichen des erforderlichen tiefen Druckes, Nachteilig war jedoch bisher, dass solche dünne Verschalungen durch die beim Aufdampfen unvermeidbaren Strahlungsquellen besonders leicht wieder erwärmt wurden und ein unkontrollierbares Ansteigen der Desorption verursachten, was die Reproduzierbarkeit von Aufdampfschichten beeinträchtigte. Durch die Erfindung ist der genannte Nachteil auch bei solchen verschalten Rezipienten beseitigt.

Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Fig. 2a zeigt eine Draufsicht, Fig. 2b die Seitenansicht eines Querschnitts nach der mit Pfeilen in der Fig. 2a angedeuteten Schnittverlaufslinie.

Die heizbare Abschirmung nach der Fig. 2 besteht aus mehreren

809884/0640

ebenen Platten 14 mit tiefen Einschnitten 15 zwischen den Befestigungsenden 16, die in der Weise angeordnet sind, dass sie die Mantelfläche eines 6-seitigen Prismas oder eines Pyramidenstumpfes bilden. Die Befestigung erfolgt durch Einsetzen (Eintreiben) der keilförmigen Befestigungsenden 16 in Keilnuten 17 der Stromzuführungen l8. Die Neigung für den Keilanzug wird so bemessen, dass sich die Heizleiter leicht austreiben lassen, z.B. 1:10. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht in den niedrigen Herstellkosten und der leichten Austauschbarkeit der Heizleiterplatten. Besonders vorteilhaft sind Platten, die sich auch nach oben verjüngen. (Bezüglich weiterer Einzelheiten siehe DT-PS 1 565 ^20).

Eine hinreichend rasche Abkühlung der Abschirmung erreicht man durch geringe Höhe, niedrige Dichte und spezifische Wärme, sowie durch hohe Wärmeleitfähigkeit. Passende Werkstoffeigenschaften findet man bei Graphiten. Beispielsweise eignet sich als heizbare Abschirmung für eine Aufdampfkammer, deren Durchmesser und Höhe 600 mm beträgt, ein rohrförmiger Heizleiter aus Graphit mit einem Durchmesser D = 100 mm, einer Höhe H » 50 ram und einer Wandstärke S = 6 mm, die sich nach oben auf S¹ = 2 mm verjüngt.

Der Vorteil einer aus Heizplatten zusammengesetzten Abschirmung liegt vor allem in den niedrigeren Herstellkosten im Vergleich

809884/0640

zu zylindermantelförmigen Heizkörpern, was insbesondere bei grösseren Abmessungen ins Gewicht fällt. Die Fig. 2 zeigt die Möglichkeit der Unterbringung von drei Verdampfern 19, 20 und 21 im Innenraum der aus den Platten 14 gebildeten heizbaren Abschirmung, wobei dann auch vorteilhafterweise Drehstrom für die Beheizung der Abschirmung angewendet werden kann; die Drehstromanschlüsse 22 sind in Fig. 2a ersichtlich.

Die Schnittdarstellung der Fig. 2b zeigt ferner eine Stromdurchführung 27) des Verdampfers 19 und die Stromdurchführung für die elektrische Beheizung der Abschirmung durch die Grundplatte 25 des Rezipienten.

Es ist zu empfehlen, die heizbare Abschirmung oder wenigstens deren Stromzuführungen zu kühlen, um dadurch eine kürzere Abkühlzeit nach Abschalten der Beheizung zu erzielen. Auch kann dann die durch Strahlung vom Verdampfer der Abschirmung zugeführte Wärme besser abgeführt werden. Zur Kühlung kann die Abschirmung mit einem Kühlkörper wärmeleitend verbunden werden. Hiefür kann eine Bodenplatte aus Aluminium vorgesehen werden, die mit einer Aluminiumschicht überzogen (eloxiert) ist; letztere ist elektrisch isolierend, beeinträchtigt die Wärmeleitung aber nicht.

809884/0640

Claims

2823311

PATENTANSPRÜCHE

, 1 .,· Vakuumaufdampfanlage mit einer evakuierbaren Aufdampfkammer, darin angeordnetem Verdampfer sowie mit einer Haltevorrichtung für die zu beschichtenden Substrate, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer von einer seine Wärmestrahlung auf einen für die Bedampfung der Substrate ausreichen· den Oeffnungswinkel beschränkenden Abschirmung umschlossen ist und dass die genannte Abschirmung selbst heizbar ist.
2. Vaküumaufdampfanlage nach Patentanspruch !,dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Abschirmung vom Verdampfer kleiner ist als der Abstand von der den Aufdampfraum begrenzenden Wänden.
3. Vakuumaufdampfanlage nach Patentanspruch 1 ,d a d u r c h gekennzeichnet, dass vor den Innenwänden der Aufdampfkammer dünne Hilfswände angeordnet sind, die eine die genannten Innenwände bis auf Oeffnungen zur Evakuierung abdeckende Verschalung bilden.
4. Vakuumaufdampfanlage nach Patentanspruch 1,d a d u r c h gekennzeichnet, dass die Abschirmung durch elektrische Widerstandsheizung beheizbar ist.

809884/0640

ORIGINAL. INSPECTED
5. Vakuumaufdampfanlage nach Patentanspruch 1 ,d a d u r c h gekennzeichnet, dass die Abschirmung durch plattenförmige Widerstandheizkörper gebildet ist.
6. Vakuumaufdampfanlage nach Patentanspruch 1 ,d a d u r c h

g e k e η η ζ e i c h η e t, dass die Abschirmung mit einem Kühlkörper wärmeleitend verbunden ist.

PR 7779 d

809884/0640