DE2823911C2 - Vakuumaufdampfanlage - Google Patents

Description

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

Es sind Heiz- und Kühleinrichtungen für die Wände von Aufdampfanlagen bekannt, doch kann damit die Desorption während des Aufdampfens trotzdem nicht genügend unterbunden werden, weil die vom Verdampfer ausgehende Wärmestrahlung die Wände immer noch zu stark erwärmt. Zwar wurde (in US-PS 36 49 339) auch schon vorgeschlagen, eine Abschirmung gegen die störende Wärmestrahlung und die Bedampfung der Wände vorzusehen, doch ließ sich das unerwünschte Ansteigen der Desorption beim Aufdampfen auch dadurch nicht verhindern, weil nunmehr die Abschirmung selbst die Wirkung einer (beim Fluten) sorbierenden und (beim Aufdampfen) desorbierenden Fläche mit sich brachte. Jedenfalls wäre eine intensive, Kühlung der Abschirmung auf tiefe Temperaturen erforderlich, um diesen Nachteil zu beheben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumaufdampfanlage zu schaffen, bei der die den Aufdampfraum begrenzenden Wände während des Evakuierens zuerst zwecks Desorption erwärmt, anschließend abgekühlt und während der Aufdampfung gegen Verschmutzung und Wiedererwärmung geschützt werden können.

Die Erfindungsaufgabe wird gelöst durch eine Vakuumaufdampfanlage mit einer evakuierbaren Aufdampfkammer, darin angeordnetem Verdampfer sowie mit einer Haltevorrichtung für die zu beschichtenden Substrate, wobei der Verdampfer von einer seine Wärmestrahlung auf einen für die Bedampfung der Substrate ausreichenden Öffnungswinkel beschränkenden Abschirmung umschlossen ist, die vom Verdampfer einen kleineren Abstand aufweist als von den den Aufdampfraum begrenzenden Wänden und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Abschirmung selbst heizbar ist

Dadurch wird einerseits rascher ein genügend tiefer Druck für das Aufdampfen erreicht, andererseits werden die Wände vor unerwünschter Bedampfung und Wiedererwärmung geschützt, ohne daß die Abschirmung zur Vermeidung störender Desorption auf tiefe Temperatur gebracht werden muß.

Die F i g. 1 zeigt schematisch ein Ausfühmngsbeispiel 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 zykindermantelförmiger Kohleheizkörper sein, (wie er in DE-PS 15 65 420 beschrieben worden ist) der von Stromzuführungen 7 getragen und mit Heizstrom versorgt wird. (Im Schnittbild der F i g. 1 ist nur eine der beiden Siromzuführungen 7 sichtbar)

F i g. 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 werden 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, so daß 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 Verschalungen versehene Aufdampfkammer wurde

in der früheren Anmeldung P 28 16 6123 beschrieben; in der F i g. 1 der vorliegenden Anmeldung ist die Verschalung mit 12 angedeutet Bei solchen Aufdampf-.·; nlagen 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 größer ist der Zeitgewinn für das Erreichen des erforderlichen tiefen Druckes. Nachteilig war jedoch bisher, daß sc'che 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 F i g. 2 dargestellt. F i g. 2a i.eigt eine Draufsicht Fig. 2b die Seitenansicht eines Querschnitts nach der mit Pfeilen in der F i g. 2a angedeuteten Schnittverlaufslinie.

Die heizbare Abschirmung nach der F i g. 2 besteht aus mehreren ebenen Platten 14 mit tiefen Einschnitten 15 zwischen den Befestigungsenden 16, die in der Weise angeordnet sind, daß sie die Mantelfläche eines 6seitigen Prismas oder eines Pyramidenstumpfes bilden. Die Befestigung erfolgt durch Einsetzen (Eintreiben) der keilförmigen Befestigungsenden 16 in Keilnuten 17 der Stromzuführungen 18. 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 DE-PS 15 65 420.)

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 mm und einer ίο Wandstärke S = 6 mm, die sich naci. oben auf S' = 2 mm verjüngt

Der Vorteil einer aus Heizplatten zusammengesetzten Abschirmung liegt vor allem in den niedrigeren Herstellkosten im Vergleich zu zylindermantelförmigen Heizkörpern, was insbesondere bei größeren Abmessungen ins Gewicht fällt Die F i g. 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 F i g. 2a ersichtlich.

Die Schnittdarstellung der F i g. 2b zeigt ferner eine Stromdurchführung 23 des Verdampfers 19 und die Stromdurchführung 24 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. Hierfür kann eine Bodenplatte aus Aluminium vorgesehen werden, die mit einer Aluminiumoxidschicht überzogen (eloxiert) ist; letztere ist elektrisch isolierend, beeinträchtigt die Wärmeleitung aber nicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vakuumaufdampfanlage mit einer evakuierbaren Aufdampfkammer, darin angeordnetem Verdampfer sowie mit einer Haltevorrichtung für die zu beschichtenden Substrate, wobei der Verdampfer von einer seine Wärmestrahlung auf einen für die Bedampfung der Substrate ausreichenden öffnungswinkel beschränkenden Abschirmung umschlossen ist, die vom Verdampfer einen kleineren Abstand aufweist als von den den Aufdampfraum begrenzenden Wänden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung selbst heizbar ist

2. Vakuumaufdampfanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschir- '5 mung durch elektrische Widerstandsheizung beheizbar ist

3. Vakuumaufdampfanlage nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung durch plattenförmige Widerstandheizkörper gebildet ist

4. Vakuumaufdampfanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung mit einem Kühlkörper wärmeleitend verbunden ist

5. Vakuumaufdampfanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Innenwänden der Aufdampfkammer dünne Hilfswände angeordnet sind, die eine die genannten Innenwände bis auf Öffnungen zur Evakuierung abdeckende Verschalung bilden.