DE3206622A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufbringen eines materials auf ein substrat - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum aufbringen eines materials auf ein substrat

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Description

WELBILT ELECTRONIC DIE CORPORATION, 5 95 Gerard Avenue, Bronx, NY 10451, USA
Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen eines Materials auf ein Substrat
Die Erfindung bezieht sich auf die Technik der Aufbringung von Material mittels Aufdampfen, und sie betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Durchführung des Aufdampfens eines Materials, im allgemeinen eines Metalls, auf ein Substrat. Spezieller Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen von Antikorrosions-, Schutz-, Dekorations- oder Halbleiter-/für Überzügen auf ein Substrat oder/die Ausbildung von Verbindungen auf dem Substrat mit dem darauf abgeschiedenen Material wie beispielsweise die Bildung von Karbiden und Siliciden.
Bei der Abscheidung von Material aus der Dampfphase auf ein Substrat, ein Verfahren das im allgemeinen im Vakuum durchgeführt wird, wird das auf dem Substrat abzuscheidende Material im allgemeinen mit hoher Energie verdampft und in eine Migrationsbewegung in Richtung auf das Substrat versetzt, auf dem die Abscheidung erfolgt.
Die bisher bekannten Techniken für die Dampferzeugung durch Aufheizung eines Körpers aus dem abzuscheidenden Stoff führen nicht immer zu hinreichend gleichförmigen Abscheidungen über große Oberflächengebiete hinweg.
Der Erfindung liegt daher in erster Linie die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung für die Abscheidung von Material auf einem Substrat unter Vermeidung der Nachteile der bisherigen Techniken zu schaffen, wobei sich Materialien verschiedener Zusammensetzung unter Einschluß praktisch aller Metalle und Legierungen auf praktisch beliebigen Substraten in weitgehend gleichförmiger Weise bei niedrigen Betriebskosten, hoher Arbeitsgeschwindigkeit und mit gutem energetischem Wirkungsgrad und auf ausgedehnten Oberflächenbezirken abscheiden und insbesondere Silicide, Karbide und andere Verbindungen auf dem jeweiligen Substrat bilden lassen sollen.
Die erfindungsgernäße Lösung der gestellten Aufgabe besteht zum einen in einem Verfahren zum Aufbringen eines Materials auf ein Substrat, wie es im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist, sowie in einer entsprechenden Vorrichtung, wie sie sich aus dem Patentanspruch 7 ergibt. Vorteilhafte Weiterbildungen sowohl des Verfahrens als auch der Vorrichtung im Sinne der Erfindung ergeben sich jeweils aus den Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Schritt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbringen eines Materials auf ein Substrat ist die Zündung eines elektrischen Lichtbogens zwischen einem Bad aus einer Schmelze und aufzudampfendem Material, wobei dieses Material an der Oberfläche des Schmelzebades unmittelbar verdampft und dieses dampfförmige Material beispielsweise in einer Vakuumkammer in dampfförmigem Zustand auf das Substrat übertragen wird.
Gemäß der Erfindung kann auch das Bad aus geschmolzenem Metall mit Hilfe des elektrischen Lichtbogens gebildet werden, indem dieser beispielsweise zwischen einer Elektrode und einem Körper aus dem abzuscheidenden Material gezündet wird. Dabei weist der Körper aus dem zu verdampfenden Material mit Vorteil einen größeren Querschnitt auf als die Gegenelektrode für den Lichtbogen, so daß sich das Bad aus geschmolzenem Material in einerHöhlung in dem Körper bildet. Auf diese Weise entfällt die Notwendigkeit eines Schmelztiegels oder eines sonstigen Behälters für das Bad aus geschmolzenem Material.
Als vorteilhaft hat es sich weiter erwiesen, die Elektrode so zu bewegen, daß sie abwechselnd in und außer Kon~ takt mit dem Bad aus geschmolzenem Metall kommt, wobei sich jeweils etwas Schmelze auf der Elektrode abscheidet
und die Aufheizung der Elektrodenspitze eine zumindest teilweise Verdampfung des auf dem Substrat abzuscheidenden Materials bewirkt.
Alternativ oder auch zusätzlich dazu kann ein Schmelztiegel oder sonstiger Behälter für das Bad aus geschmolzenem Material vorgesehen und der Lichtbogen zwischen der Oberfläche dieses Bades gezündet werden. Dabei ist es weiter auch möglich, Material aus der Schmelze beispielsweise durch öffnungen im Boden des Schmelztiegels nach unten abtropfen zu lassen, wobei dann ein Lichtbogen an der Tiegelunterseite brennt, der die Verdampfung des Materials bewirkt.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Schmelztiegel oder der sonstige Behälter für die Schmelze eine Hohlkugel sein, in die entlang eines Durchmessers und vorzugsweise in radialer Richtung eine Elektrode hineinragt und die eine seitliche Öffnung aufweist, die beispielsweise durch eine Vakuumschleuse hindurch in eine sich nach außen erweiternde Kammer führt, die an dem Substrat endet, auf welches das Material aufgebracht werden soll.
Die Erfindung läßt sich mit Vorteil einsetzen für die Erzeugung von überzügen aus Siliciumdioxid, Silicid oder Karbid auf einem Substrat, für die Erzeugung von
Siliciden durch Reaktion von Silicium mit einem Substratmaterial während der Abscheidung des Siliciums auf dem entsprechenden Substrat oder zum überziehen von Substraten mit praktisch jedem gewünschten Metall oder jeder gewünschten Legierung für die Ausbildung von Schutzüberzügen oder überzügen für andere Zwecke. Dabei kann die Erfindung Anwendung finden in der Metallurgie, in der chemischen, elektrischen, elektronischen, optischen, Raumfahrt- und Kernindustrie und in der Blektrovakuum- und Raketentechnik, wobei sie sich als besonders wirksam erwiesen hat für die Erzeugung von spiegelartigen überzügen, Reflektoren, Antikorrosionsüberzügen und —filmenfür Gegenstände mit flacher oder auch komplizierter und verwinkelter Konfiguration, für die Herstellung von Mehrschichtüberzügen in der Dünn- und Dickfilmtechnik beispielsweise für die Herstellung von Halbleiterbauelementen und hochohmigen Widerständen und einfach über-all da, wo eine Oberflächenmodifikation eines Substrats erforderlich ist und sich durch die Aufbringung eines in geschmolzenem Zustand existenzfähigen Materials aus der Dampfphase auf das Substrat bewirken läßt.
Für die weitere Erläuterung der Erfindung und ihrer speziellen Merkmale und Vorteile wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele für die Erfindung veranschaulicht sind;
dabei zeigen in der Zeichnung:
Fig, 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Durchführen einer Dampfabscheidung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine ähnliche Ansicht für eine zweite Vorrichtung, bei der jedoch das aufzudampfende Material auf einer in vertikaler Richtung hin- und hergehenden Elektrode gesammelt wird,
Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung zum Abscheiden von Material auf ein unterhalb eines Bades von geschmolzenem Metall angeordnetes Substrat ,
Fig. 4 eine Fig. 3 ähnliche Darstellung für ein weiteres .Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 5 einen Axialschnitt durch noch eine Vorrichtung zum Abscheiden von Material auf einem Substrat
gemäß der Erfindung und
Fig. 6 einen Axialschnitt durch eine sehr kompakte, tragbare Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung arbeitet mit einer einfachen Lichtbogenmethode gemäß der Erfindung für die Herstellung von spiegelartigen Schutzüberzügen auf Substraten oder für das Aufdampfen verschiedener Metalle oder Metallegierungen unter Einschluß wärme-
beständiger und feuerfester Metalle zum Auftragen entsprechender Überzüge auf ein Substrat.
Wie Fig. 1 zeigt, besitzt die dargestellte Vorrichtung, zu der auch eine in Fig. 1 nicht eigens gezeigte Vakuumkammer gehören kann, die von ähnlicher Bauart sein kann wie die in Fig. 6 dargestellte Vakuumkammer, eine stabförmige Elektrode 1 aus Metall, die mit Hilfe eines Elektrodenspeisers 7 in Richtung auf eine blockförmige Elektrode 2 zu bewegt werden kann, um ein Bad 3 aus geschmolzenem Metall zu bilden, zu dem ein Lichtbogen 4 gezündet wird. Die Elektrode 2 wird in einem Halter 5 gehalten, und eine Gleichstromquelle 9 führt den Elektroden 1 und 2 den Lichtbogenstrom über eine herkömmliche Lichtbogenstabilisierschaltung 8 zu. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, die mit relativ kleinem Querschnitt ausgeführte Elektrode 1 mit einem Temperaturregler 6 zu versehen, um einer überhitzung der Elektrode 1 vorzubeugen. Da der Querschnitt der blockförmigen Elektrode 2 erheblich größer ist als der der stabförmigen Elektrode 1, findet das Bad 3 Aufnahme in einer konkaven Höhlung 11, die sich in situ in der Elektrode bildet.
Beim Betriebe der Vorrichtung von Fig. 1 kann unter Verwendung von Elektroden 1- und 2 aus Titan, Aluminium, Wolfram, Tantal oder Kupfer der Lichtbogen 4 mit einer Temperatur von 5.000 bis 7.000°Cgezündet werden, um Dampf aus dem Metall in dem Bad 3 zu bilden, der dann
einen Abstand von 10 bis 15 cm bis zu einem Substrat 10 durchquert und darauf einen Überzug aus dem entsprechenden Metall bildet. Dabei kann das Bad 3 aus einer Mischung der Metalle gebildet werden, die von den Elektroden 1 und 2 stammen, so daß sich eine Legierung aus den Metallen der beiden Elektroden 1 und auf dem Substrat 10 niederschlagen läßt. Vorzugsweise besteht die Elektrode aus Titan, während das geschmolzene Metall sich überwiegend aus Aluminium, Wolfram, Tantal oder Kupfer zusammensetzt.
Die Vorrichtung von Fig. 1 läßt sich ohne wesentliche Modifikation im Rahmen von tiegellosen Verfahren zum Erzeugen von Schutzüberzügen aus Karbiden, zum Herstellen von Silicidüberzügen auf Substraten oder zum Ausbilden von Karbid- oder Silicid- oder sogar von Siliciumkarbidschichten auf Substraten verwenden.
In diesem Falle wird die Vorrichtung von Fig. 1 wiederum in einer üblichen Vakuumkammer eingesetzt, wobei die Elektrode 1 aus Silicium oder Kohlenstoff bestehen kann, während die Elektrode 2 aus einem Metall aufgebaut ist, dessen Silicid oder Karbid gebildet werden soll, oder im Falle einer Abscheidung vom Silicium auf dem Substrat ebenfalls aus Silicium bestehen kann.
Wenn beispielsweise eine Abscheidung von Siliciumkarbid auf dem Substrat 10 gewünscht wird, kann die Elektrode 1 aus Silicium bestehen, während die Elektrode 2 ein Kohlenstoffblock sein kann, in dem ein Bad 3 aus Silicium und gelöstem Kohlenstoff Aufnahme findet.
Dämpfe aus dem Bad 3 werden zu dem Substrat 10 hin übertragen und schlagen sich darauf in einer Siliciumkarbidschicht nieder. Das Substratmaterial kann Titan sein, und der sich darauf bildende Überzug ist dann eine Mischung aus Titan-Silicid und Titan-Karbid;
Alternativ dazu kann mit einer Elektrode 1 aus Silicium oder Kohlenstoff und einer Elektrode 2 aus Titan auf einem Substrat 10 von unterschiedlicher Zusammensetzung Titan-Karbid oder Titan-Silicid abgeschieden werden.
Wenn in der Vakuumkammer für eine leicht oxydierende Atmosphäre gesorgt wird, bilden sich auf dem Substrat Überzüge aus siliciumdioxyd.
Offensichtlich erweist sich die Vorrichtung von Fig. als besonders wirkungsvoll bei der Herstellung von Halbleitern.
Der Temperaturregler 6 kann entlang der Länge der Elektrode 1 mehrfach angeordnet werden, und zusätzliche Temperaturregler können für die Elektrode 2 vorgesehen werden, um deren Überhitzung zu verhindern.
Wenn entweder die Elektrode 1 oder die Elektrode 2 aus Silicium besteht und die jeweils andere Elektrode aus Kohlenstoff aufgebaut ist, bildet sich durch die Reaktion Silicium-Karbid, das in höherer Reinheit als der des ursprünglichen Siliciumdioxyds und Kohlenstoffs zur Abscheidung gelangt.
Wenn beide Elektroden 1 und 2 aus Silicium bestehen, lassen sich Siliciumdioxyd- und Siliciumabscheidungen von hoher Dichte erhalten, wie sie zum überziehen von Halbleitern besonders erwünscht sind.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung gleicht in ihrem allgemeinen Aufbau dem der Vorrichtung von Fig. 1 , sie wird jedoch nach einem etwas abweichenden Prinzip betrieben, indem die Verdampfung des abzuscheidenden Materials zumindest teilweise von einer damit benetzten oberen Elektrode 101 erfolgt. Im übrigen sind Bauteile der Vorrichtung von Fig. 2, die bei der Vorrichtung von Fig. 1 bereits ein Vorbild haben, mit den entsprechenden Bezugszahlen unter Voranstellung der Hunderterstelle bezeichnet.
In Fig. 2 ist der Elektrodenspeiser 107 mit einem Vertikalkolbenmechanismus 112 gekoppelt, welcher der Elektrode 101 eine hin- und hergehende Bewegung in durch einen Pfeil 114 angedeuteter Richtung aufprägt, so daß die Spitze der Elektrode 101 periodisch in das in der Elektrode 102 gebildete Bad 103 aus geschmolzenem Metall eintaucht.
Beim Herausheben der Elektrode 101 aus dem Bad 103 zur Wiederzündung des Lichtbogens 104 wird ein auf der Elektrode 101 haftender Überzug 113 aus geschmolzenem Metall verdampft und gelangt zur Abscheidung auf den Substraten 110.
Die wieder blockförmig ausgebildete Elektrode 102 wird durch den Halter 105 festgehalten, und die Zuführung des Lichtbogenstromes erfolgt von der Gleichstromquelle 109 über die Lichtbogenstabilisierschaltung 108 in der bereits beschriebenen Weise, wobei die Elektrode 101 mit dem Temperaturregler 106 ausgerüstet ist.
Die Vorrichtung von Fig. 2 hat sich als besonders wirkungsvoll für eine Abwandlung des oben beschriebenen Beispiels erwiesen, wobei die Elektrode 101 aus Titan bestand und das Bad 103 aus Aluminium gebildet war.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung wird dampfförmiges Material auf einem Substrat 210 niedergeschlagen, das sich unterhalb eines Schmelztiegels 217 befindet, der in einem Halter 205 sitzt und die Form eines oben offenen Ringes aufweist, der ein Bad 203 aus geschmolzenem Metall enthält.
Bei der Vorrichtung von Fig. 3 weist die obere Elektrode 201 die Form eines Kugelsegments auf, das gleichzeitig die Funktion eines Reflektors übernimmt, so daß bei Zündung eines Lichtbogens 204 zwischen der Elektrode 201 und der Schmelze im Schmelztiegel 217 zunächst in der in Fig. 3 durch Pfeile 219 angedeuteten Richtung nach oben aufsteigen und dann nach unten umgelenkt werden, wobei sie auf das Substrat 210 konzentriert werden, wie dies in Fig. 3 durch Pfeile 218 angedeutet ist.
Die Gleichstromquelle 209 ist in Fig. 3 über die Lichtbogenstabilisierschaltung 208 an die Elektrode 201 und den Schmelztiegel 217 angeschlossen, und die am Ende eines Stabes 216 angebrachte obere Elektrode 201 wird in vertikaler Richtung durch den Elektrodenspeiser 207 und in horizontaler Richtung durch einen Hilfsmechanismus 21^ eingestellt, der zur Justierung der Stellung der Elektrode 201 über dem verdampfenden Metall dient.
♦Dämpfe
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 kann die Elektrode 201 aus Titan, Molybdän oder Wolfram bestehen, während das geschmolzene Metall im Bad 203 aus Aluminium oder Kupfer zusammengesetzt sein und der Schmelztiegel 217 selbst aus Graphit bestehen kann.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Erfindung veranschaulicht, wobei die Dämpfe nach abwärts strömen, um auf dem Substrat 310 niedergeschlagen zu werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der das Bad 303 aus geschmolzenem Metall enthaltende, oben offene Schmelztiegel 317 aus einer Gießpfanne 322 oder einer anderen Quelle mit zusätzlicher Schmelze oder mit festem Metall beschickt werden, das dann in dem Schmelztiegel 317 erschmolzen wird. Dieser kann durch eine Hilfseinrichtung wie beispielsweise einen Induktionsheizer 323 aufgeheizt werden und wird durch einen Halter 305 gehalten.
Im Boden des Schmelztiegels 317 sind Öffnungen 321 ausgebildet, durch die hindurch Tropfen von geschmolzenem Metall austreten können, und diese Tropfen werden dann verdampft durch den Lichtbogen 304, der zwischen der Elektrode 301 und dem Boden des Schmelztiegels 317 brennt.
Die Temperatur im Bereich des Lichtbogens 304 läßt sich mit Hilfe eines zusätzlichen Induktionsheizers 324 regeln, und die Elektrode 301 kann gekühlt werden, wozu ein Kühlelement 306 vorgesehen ist.
Die Elektrode 301 wird in Richtung auf den Schmelztiegel 317 zu durch den Halter 307 vorgeschoben, und der Lichtbogen 304 wird durch eine Lichtbogenstabilisierschaltung 308 aufrecht erhalten, die mit der Gleichstromquelle 309 verbunden ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das geschmolzene Metall in dem Bad 303 Kupfer sein.
Statt des zusätzlichen Induktionsheizers 324 kann an dieser Stelle ein zu überziehendes Substrat vorgesehen werden, das beispielsweise die Form eines Ringes aus Titan aufweisen kann, der den Dampf in Form eines Überzuges zu sammeln vermag.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung verdampft das geschmolzene Metall, sowie es gebildet wird, in einem geschlossenen Raum, wobei die entstehenden Dämpfe durch Öffnungen 425 auf das Substrat 410 zu ausgestoßen werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Schmelzebad durch Schmelzen der von dem Halter 405 gehaltenen Elektrode 402 erzeugt, indem die Gegenelektrode 401 mittels des Elektrodenspeisers 407 in einer zentralen Bohrung 426 in der Elektrode 402 vorgeschoben wird, wobei die Elektrode 401 durch eine als Führung dienende Isoliermanschette 427 hindurch-geht. Rund um die beiden Elektroden 401 und 402 und koaxial dazu ist anschließend an den Lichtbogen 404 ein Temperaturregler 406 vorgesehen, um eine überhitzung des Bereichs vor den öffnungen 425 zu verhindern. Der Niederschlag bildet sich auf dem Substrat 410.
Der Lichtbogenstrom wird den Elektroden 401 und 402 von der Gleichstromquelle 409 über die Lichtbogenstabilisierschaltung 408 in der bereits beschriebenen Weise zugeführt.
Die Darstellung in Fig. 6 zeigt eine tragbare Lichtbogeneinrichtung zum Abscheiden von reflektierenden, Antikorrosions-, Schutz- und halbleitenden überzügen aus Metall, Siliciden und Karbiden unter Anwendung des oben beschriebenen Prinzips.
Die Vorrichtung von Fig. 6 besitzt eine Vakuumkammer 500, die an ihrem oberen Ende mit einem Handgriff 530 versehen ist, der den Transport der Vorrichtung erleichtert .
Innerhalb der Vakuumkammer 500 ist ein Schmelztiegel 517 in Form einer Hohlkugel angeordnet, die in ihrem unteren Teil auf ihrer Innenseite mit einem feuerfpsten Material wie beispielsweise Aluminiumoxyd überzogen ist und in diesem Teil ein Bad 530 aus geschmolzenem Metall aufnimmt.
In ihrem oberen Bereich 531 ist diese Hohlkugel mit einer reflektierenden Schicht versehen, welche die von dem Bad 503 abgestrahlte Wärme wieder zurückreflektiert und auf das Bad 503 konzentriert.
Im Betriebe brennt innerhalb der Hohlkugel ein Lichtbogen 504 zwischen dem Bad 503 und einer Elektrode 501 , die mittels eines Elektrodenspeisers 507 in dem Maße in Richtung auf das Bad 503 vorgeschoben werden kann, wie das Elektrodenmaterial verbraucht wird.
Zusätzliches Metall beispielsweise in fester Form kann dem Bad 503 in Form einer Stange 532 zugeführt werden, die mit einem Speiser 533· verbunden ist, so daß dem Bad 503 im Maße seines Verbrauchs zusätzliches Metall zugeführt werden kann.
Die Elektrode 501 und das Bad 503 sind in der bereits früher beschriebenen Weise an die entgegengesetzten Pole einer Lichtbogenstabilisierschaltung und einer Gleichstromquelle angeschlossen.
Eine rohrförmige Elektrode 502 umgibt die Stange 532.
Im unteren Teil der Vakuumkammer 500 ist eine Luftpumpe 533 vorgesehen, die dazu dient, den den Schmelztiegel 517 aufnehmenden Teil der Vakuumkammer 500 und über einen Vakuumschlauch 534 mit einem Ventil 535 auch einen Adapter 536 von sich nach außen erweiternder Konfiguration zu evakuieren, der über eine seitliche Öffnung 525 im Schmelztiegel 517 mit diesem verbunden ist.
Rund um den Adapter 536 ist eine Heizspule 537 angeordnet, die eine unerwünschte Kondensation von Dampf an der Innenwandung des Adapters 5 36 verhindert.
Zwischen der öffnung 525 des Schmelztiegels 517 und dem Adapter 536 ist eine Vakuumschleuse 538 mit einer Passung 539 vorgesehen, die als Halterung für Adapter von unterschiedlicher Form und Größe dient.
Weiter ist der Adapter 536 mit einem Dichtring 540 versehen, mit dem er an dem zu bedampfenden Substrat 510 zu dichtender Anlage kommt.
Die in Fig. 6 dargestellte tragbare Vorrichtung kann an den Ort des zu bedampfenden Substrats 510 verbracht werden, wobei dann der passend ausgebildete Adapter 536 auf die Passung 539 aufgesetzt und mit seinem Dichtring 540 an die Oberfläche des zu überziehenden Substrats 510 angedrückt wird. Sodann wird der Lichtbogenstrom eingespeist, und die Vakuumkammer 500 und der Adapter 536 werden mittels der Luftpumpe 533 evakuiert, wobei das Metall zum Schmelzen kommt und innerhalb der Hohlkugel das Bad 503 bildet. Anschließend wird die Vakuumschleuse 538 geöffnet, und die Dämpfe können durch die Öffnung 525 hindurch in Richtung auf das Substrat 510 strömen, wobei sie ihren Antrieb zumindest teilweise durch eine Druckdifferenz erhalten, die unter Steuerung über das Ventil 535 zwischen dem Inneren des Schmelztiegels 517 einerseits und des Adapters 536 andererseits aufrechterhalten wird.
Mit Hilfe der Vorrichtung von Fig. 6 läßt sich praktisch jeder Gegenstand an jeder Stelle mit einem Überzug versehen, und die Verwendung einer Vielzahl von Adaptern unterschiedlicher Form und Größe ermöglicht es, auch kompliziert geformte Körper zu überziehen, ohne daß diese von ihrem jeweiligen Einsatzort entfernt werden müßten. Insbesondere kann die Vorrichtung von Fig. 6 auch zerlegbar oder faltbar gestaltet werden, so daß sie sich auch zum Aufbringen von überzügen im
Inneren von Rohrleitungen und dgl. verwenden läßt.
Schließlich läßt sich die Vorrichtung von Fig. 6 ohne den Adapter 5 36 auch als Antrieb für Personen oder Geräte im Weltraum verwenden.
Dazu braucht man nach dem Zünden des Lichtbogens 504 lediglich die Vakuumschleuse 538 zu öffnen, so daß ein Materiestrom durch die Öffnung 525 austreten und einen Vortrieb in der entgegengesetzten Richtung bewirken kann. Dabei wirkt das Vakuum im Weltraum als natürliche Vakuumquelle für die Vorrichtung, und es bedarf dann der Luftpumpe 533 nicht. Pur die Erzeugung eines solchen Antriebs läßt sich praktisch jeglicher Abfall im Raumfahrtbereich verwenden und in dem Schmelztiegel 517 verdampfen.
Dr. HASSE · Dr. FRANKE · Dr. ULLRICH
PATENTANWÄLTE IN MÖNCHEN UND HEIDELBERG
8000 München 90, 24.2.1982/R Asamstraße 8 P 451O/We
Stückliste
(Bestandteil der Anmeldung)
1 = (St ab) Elektrode
2 = (Block)Elektrode
3 = (Schmelze)Bad
4 = Lichtbogen
5 = Elektrodenhalter
6 = Temperaturregler
7 = Elektrodenspeiser
8 = Lichtbogenstabilisierschaltung
9 = 'Gleichstromquelle
10 = Substrate
11 = Höhlung Fig.
101 = Elektrode
102 = Elektrode
103 = Bad
104 = Lichtbogen
105 = Elektrodenhalter
106 = Temperaturregler
107 = Elektrodenspeiser
108 = Lichtbogenstabilisierschaltung
109 = Gleichstromquelle
110 = Substrate
112 = Vertikalkolbenmechanismus
113 = Überzug
114 = Pfeil Fig.
201 = Elektrode
203 = Bad
204 = Lichtbogen
205 = Elektrodenhalter
207 = Elektrodenspeiser
208 = Lichtbogenstabilisierschaltung
209 = Gleichstromquelle
210 = Substrat
215 = Hilfsmechanismus
216 = Stab
217 = Schmelztiegel
218 = Pfeile
219 = Pfeile
301 = Elektrode
303 = Bad
304 = Lichtbogen
305 = Halter
306 = Kühlelement
307 = Elektrodenspeiser
308 = Lichtbogenstabilisierschaltung
309 = Gleichstromquelle
310 = Substrat
317 = Schmelztiegel
321 = öffnungen
322 = Gießpfanne
323 = Induktioa&sheizer
324 = Induktionsheizer
401 = Elektrode
402 = Elektrode
404 = Lichtbogen
405 = ■ Halter
406 = Temperaturregler
407 = Elektroden spei s er
408 = Lichtbogenstabilisierschaltung
409 = Gleichstromquelle
410 = Substrat
425 = Öffnungen
426 = Bohrung
427 = Isoliermanschette
500 = Vakuumkammer
501 = Elektrode
502 = Elektrode
503 = Bad
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
504 = Lichtbogen
507 = Elektrodenspeiser
510 = Substrat
517 = Schmelztiegel
525 = Öffnung
530 = Handgriff
531 = Bereich
532 = Stange
533 = Luftpumpe
533' = Speiser
5 34 = Vakuumschlauch
535 = Ventil
536 = Adapter
537 = Heizspule
538 = Vakuums chleuse
539 = Fassung
540 = Dichtring
Fig. 6

Claims (11)

  1. Dr. HASSE Dr. FRANKE · Dr. ULLRICH
    PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND HEIDELBERG
    8000 München 90, 24*2.1982/R Asamstraße 8 P 451O/We
    Patentansprüche
    1» Verfahren zum Aufbringen eines Materials auf ein Substrat,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Bad aus dem aufzubringenden Material in geschmolzenem Zustand gebildet wird, daß zwischen wenigstens einem Teilbereich dieses Bades und wenigstens einer Elektrode ein Lichtbogen gezündet wird und daß das Substrat mit Abstand von dem Lichtbogen und im Wege von aus dem Bad gebildetem Materialdampf angeordnet wird, um dieses Material aus der Dampfphase auf dem Substrat abzuscheiden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode mit Unterbrechungen in das Bad aus dem aufzubringenden Material eingetaucht wird, um auf der Elektrode einen Überzug aus dem Material zu bilden, und daß der so erhaltene Materialüberzug auf der Elektrode mit dem Lichtbogen verdampft wird, um Material in dampfförmigem Zustand zu bilden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 ,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Bad aus dem aufzubringenden Material durch Schmelzen eines Körpers aus diesem Material gebildet und in einer darin erzeugten Höhlung erhalten wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Höhlung in dem Materialkörper durch Schmelzen dieses Körpers mit dem Lichtbogen gebildet wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß Tropfen des Bades zum Austreten aus einer im Boden eines das Bad enthaltenden Behälters gebildeten Öffnung gebracht und mit dem Lichtbogen verdampft werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen der Elektrode und dem Bad und zwischen dem Lichtbogen und dem Substrat evakuiert wird.
  7. 7. Vorrichtung zum Aufbringen eines Materials auf ein Substrat, insbesondere in Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    gekennzeichnet
    durch ein Behältnis (2; 11; 102; 217; 317; 426; 517) für ein Bad (3; 103; 203; 303; 503) aus aufzubringendem geschmolzenem Material,
    durch eine diesem Bad mit Abstand davon gegenübergestellte Elektrode (1; 101; 201; 301; 401; 501),
    durch eine zwischen dieser Elektrode und dem Bad angeschlossene elektrische Stromquelle (9; 109; 209; 309; 409) zum Zünden eines Lichtbogens (4; 104; 204; 304; 404; 504) dazwischen zwecks Verdampfung von Material aus dem Bad und
    durch eine Einrichtung zum Anordnen des Substrats (10; 110; 210; 310; 410; 510) mit Abstand zum Lichtbogen zum Abscheiden von Dampf aus dem Material auf dem Substrat.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis für das Bad (3; 103) eine in einem Körper (2; 102) aus dem aufzubringenden Material durch Schmelzen eines Teils davon gebildete Höhlung (11) ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis für das Bad (203) ein oben offener ringförmiger Schmelztiegel
    (217) und die Elektrode (201) ein oberhalb davon angeordnetes Kugelsegment ist, zwischen denen ein ■wandernder Lichtbogen (204) brennt.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis für das Bad (303) ein dieses enthaltender Schmelztiegel (317) mit bodenseitigen öffnungen (321) für den Austritt von Tröpfchen aus dem Bad ist, unterhalb dessen Boden die Elektrode (301) angeordnet ist, zwischen der und dem Tiegelboden der die Badtröpfchen verdampfende Lichtbogen (304) brennt.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (501) und das Behältnis (517) für das Bad (503) in einem tragbaren und evakuierbaren Gehäuse (500) mit einer Vakuumschleuse (538) und einer Evakuiereinrichtung (533) angeordnet sind und daß an die Vakuumschleuse ein Adapter (536) anschließbar ist, der eine dichtende Anlage an ein zu überziehendes Substrat (510) und den Durchgang von Dampf aus dem Gehäuse zur Abscheidung auf dem Substrat ermöglicht.
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