DE3420246A1

DE3420246A1 - Verdampfertiegel fuer vakuum-aufdampfanlagen

Info

Publication number: DE3420246A1
Application number: DE19843420246
Authority: DE
Inventors: Volker Bauer; Albert Dr. 6451 Neuberg Feuerstein; Horst Dr. 8755 Alzenau Ranke
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1984-05-30
Filing date: 1984-05-30
Publication date: 1985-12-05
Also published as: DE3420246C2; US4613306A

Description

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LEYBOLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504

D-5Q00 Köln - 51

" Verdampfertiegel für Vakuum-Aufdampfanlagen "

Die Erfindung betrifft einen Verdampfertiegel für Vakuum-Aufdampfanlagen mit einem Tiegelboden mit mindestens einer Bodenöffnung für das Einführen von stangenförmigem Verdampfungsmaterial und mit einem im Abstand von der Bodenöffnung angeordneten, mit einem Kühlmittel kanal versehenen, metallischen Tiegelrand.

Bei einem durch die DE-OS 28 21 130 bekannten derartigen Verdampfertiegel steht das Verdampfungsmaterial, das in der Regel ein Metall oder eine Metall-Legierung ist, mit den gleichfalls ausschließlich aus Metall bestehenden Bauteilen des Tiegels in Berührung, die zur Verhinderung eines Aufschmelzens durch die Heizenergie (Elektronenstrahlbeschuß) wassergekühlt sind. Die Wasserkühlung führt zur Ausbildung einer "Schale" oder eines "Skull" aus erstarrtem Verdampfungsmaterial. Diese Schale verhindert eine unmittelbare Berührung der Schmelze mit dem Tiegelwerkstoff, nicht aber eine beträchtliche Wärmeabfuhr vom Verdampfungsmaterial an das Kühlmittel.

Dies hat einen schlechten Ausnutzungsgrad der zugeführten elektrischen Energie zur Folge, die nur zu einem geringen Teil in Verdampfungswärme umgesetzt werden kann.

In zunehmendem Maße wird auch die Herstellung von Magnetbändern mittels Elektronenstrahlverdampfern durchgeführt, üblicherweise erfolgt dabei die Materialverdampfung gleichfalls aus einem wassergekühlten Verdampfertiegel der in der DE-OS 28 21 130 beschriebenen Bauart, dessen längste Achse quer zur Bandlaufrichtung ausgerichtet ist. Das Substrat besteht dabei aus einer dünnen Kunststoff-Folie (z.B. Polyester), die zu einer Rolle aufgewickelt ist und im Vakuum nach Beschichtung unter Anlage an einer Kühlwalze auf eine zweite Rolle umgewickelt wird. Eine Charge eines derartigen Bandes hat dabei eine Länge von etwa 12.000 m. Da für eine

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derartige Substratlänge genügend Verdampfungsmaterial zur Verfügung stehen muß, ist für einen ausreichenden Materialnachschub während des Aufdampfprözesses zu sorgen.

Besondere Vorteile bietet hierbei ein Materialnachschub von der Unterseite des Tiegels her, da hierbei die ansonsten unvermeidliche Schattenbildung wegfällt, die beim seitlichen Materialnachschub von oben auftritt und zu einem teilweisen Erstarren des Schmelzbades führen kann. Der Vorteil eines Materialnachschubes von der Unterseite her ist, wie bereits gesagt, allerdings mit erheblichen Energieverlusten an das Kühlwasser verbunden.

Durch die US-PS 3 491 992 ist es auch bereits bekannt, Verdampfertiegel aus keramischen Werkstoffen zu verwenden, die zur Erhöhung der Standzeit auch aus mehreren Schichten unterschiedlichen keramischen Materials bestehen können. Derartige Tiegel haben wesentlich geringere Wärmeverluste zur Folge, jedoch reicht ihre Lebenserwartung bei weitem nicht an die Lebenserwartung wassergekühlter Metalltiegel heran. Bei Keramiktiegeln ist aber eine Materialzufuhr durch den Tiegelboden wegen der unterschiedlichen Ausdehnung der Materialien einerseits und wegen der großen Bruchgefahr des spröden Keramikmaterials andererseits problematisch, so daß sich die sogenannte "Bodenchargierung" bei Keramiktiegeln nicht durchsetzen konnte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfertiegel der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, bei dem trotz Verwendung metallischer Werkstoffe für die wesentlichen Tiegelbauteile und trotz eines Materialnachschubs von unten her wesentlich geringere Wärmeverluste auftreten bzw. der Energie-Ausnutzungsgrad beträchtlich erh'dht wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Verdampfertiegel erfindungsgemäß dadurch, daß der Tiegelrand innen auf mindestens einem Teil seiner Höhe mit einem aus Keramikmaterial bestehenden Belag versehen ist.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme gelingt es, die kontinuierliche Materialzufuhr von der Tiegelunterseite her mit den Vorteilen eines Keramiktiegels zu kombinieren, ohne daß das Bauprinzip der überwiegenden Verwendung von metallenen Tiegelbauteilen (Kupfer) aufgegeben werden mußte. Es wurde nämlich überraschend festgestellt, daß die Leistungsverluste nicht gleichmäßig an den Oberflächen von Tiegelrand und Tiegelboden auftreten, sondern daß die Verluste überwiegend am metallischen Tiegelrand auftreten. Dieses Verhalten wurde durch Messungen mittels getrennter Kühlmittelkanäle im Tiegelboden einerseits und im Tiegelrand andererseits festgestellt und auf die entsprechenden Oberflächen umgerechnet.

Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme ließ sich ohne weiteres eine Verdoppelung des Energiewirkungsgrades erzielen.

Es ist dabei im Hinblick auf die thermische Ausdehnung der Auskleidung besonders vorteilhaft, wenn der keramische Belag aus einzelnen Keramikbausteinen zusammengesetzt ist, zwischen denen sich Dehnungsfugen befinden

Es ist dabei wiederum besonders vorteilhaft, wenn der keramische Belag aus mindestens zwei Reihen von Keramikbausteinen besteht, deren Fugen gegeneinander versetzt sind. Auf diese Weise wird verhindert, daß das metallische Verdampfungsmaterial in geschmolzenem Zustand durch die Fugen hindurch bis zum metallischen Tiegelrand durchdringt,

Weitere vorteilhafte Wirkungen stellten sich dann ein, wenn die Keramikbausteine nicht unmittelbar mit den wassergekühlten Bauteilen des Tiegels in Berührung gebracht wurden, sondern wenn zwischen die Keramikbausteine und die metallischen Tiegelbauteile Leisten oder Streifen aus NCT-Blech gelegt wurden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel und seine Einzelheiten werden nachfolgend anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.

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Es zeigen:

Figur 1 einen Vertikalschnitt durch einen Verdampfertiegel entlang der Achse einer Bodenöffnung und

Figur 2 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach

Figur 1.

In Figur 1 ist ein Verdampfertiegel 1 dargestellt, dessen wesentliche Teile ein Tiegelboden 2 und ein Tiegelrand sind. Beide Teile bestehen aus Kupfer und sind mit Kühl mittel kanälen 4 und 5 versehen. Tiegelboden und -rand werden durch einen Rahmen 6 zusammengehalten, der einen L-förmigen Querschnitt aufweist.

Im Tiegelboden 2 ist eine Reihe von Bodenöffnungen 7 angeordnet, durch die von unten (nicht dargestellt) stangenförmiges Verdampfungsmaterial nachgeführt werden kann. Der Verdampfertiegel 1 ruht auf einem Sockel 8, der gleichfalls aus Metall besteht und mit Kühlmittelkanälen 9 versehen ist. Die Bodenöffnung 7 seizt-sich im Sockel 8 fort, wobei sich nach unten hin Flihrungsleisten 10 anschliessen. Die gesamte Anordnung ruht mittels eines Stützflansches 11 auf dem nur gestrichelt angedeuteten Boden 12 einer Vakuumkammer, die den Verdampfertiegel selbst und das zu bedampfende Gut umgibt.

Der Tiegelrand 3 besitzt auf seinem inneren Umfang eine in sich geschlossene Wandfläche 13» deren Erzeugende senkrecht verläuft. Entlang dieser Wandfläche 13 ist im Tiegelboden 2 eine umlaufende Nut 14 eingefräst, die sich nach innen und in die Tiefe erstreckt. Sowohl auf dem Grund der Nut 14 als auch vor der Wandfläche 13 befinden sich Leisten aus Blech. In die Nut 14 sind Keramikbausteine 15 und 16 aus Magnesiumoxid eingesetzt. Magnesiumoxid ist für das Verdampfen von Kobalt-Nickel-Legierungen besonders gut geeignet. Für andere Verdampfungsmaterialien bzw. geringere Anforderungen können auch andere Keramikwerkstoffe verwendet werden, die bei den hohen Betriebstemperaturen ausreichend beständig sind.

Die Keramikbausteine 15 bilden eine innere geschlossene Reihe, während die Keramikbausteine 16 eine äußere geschlossene Reihe bilden, zwischen denen Fugen in Umfangsrichtung und senkrecht hierzu angeordnet sind. Die zur Umfangsrichtung senkrechten Fugen sind gegen einander versetzt angeordnet, und zwar bevorzugt um etwa die halbe Länge eines Keramikbausteins. Die Keramikbausteine bilden gemeinsam einen Belag 17. Um diesen Belag 17 nach oben hin abzuschirmen, besitzt der metallische Tiegelrand 3 einen die Keramikbausteine und 16 mindestens teilweise ü !Ergreifenden umlaufenden Vorsprung 18. Dadurch werden die Keramikbausteine unverlierbar in der Nut 14 festgehalten.

Die Keramikbausteine bestehen, wie bereits gesagt, aus oxidischen Werkstoffen und haben die Form kleiner Plättchen mit einer Dicke von einigen Millimetern. Die Kanten sind gut abgerundet, um eine Verschmutzung des Schmelzbades durch aus den Kanten abbrechende £aßtikel zu vermeiden.

In Figur 2 sind gleiche Teile wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es ist zu erkennen, daß die Keramikbausteine 15 bzw. 16 in Zweierreihen längs des Tiegelrandes aufgestellt sind, wobei Dehnungsfugen vorhanden sind. Auch ist der Querversatz der einzelnen Bausteine gut zu erkennen. Mit 19 ist eine Kühlmittelleitung bezeichnet, die zum Tiegelboden 2 führt.

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Claims

ANSPRÜCHE:

1. Verdampfertiegel für Vakuum-Aufdampfanlagen mit einem Tiegelboden mit mindestens einer Bodenöffnung für das Einführen von stangenförmigem Verdampfungsmaterial und mit einem im Abstand von der Bodenöffnung angeordneten, mit. einem Kühlmittelkanal versehenen, metallischen Tiegelrand, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegelrand (3) innen auf mindestens einem Teil seiner Höhe mit einem aus Keramikmaterial bestehenden Belag (17) versehen ist.

2. Verdampfertiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Belag (17) aus einzelnen Keramikbausteinen (15, 16) zusammengesetzt ist.

3. Verdampfertiegel nach Anspruch Z, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Belag (17) aus mindestens zwei Reihen Keramikbausteinen (15, 16) besteht, deren Fugen gegeneinander versetzt sind.

4. Verdampfertiegel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Tiegelrand (3) einen die Keramikbausteine (15, 16) mindestens teilweise übergreifenden umlaufenden Vorsprung (18) aufweist.

5. Verdampfertiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß als Keramikmaterial verdichtetes Magnesiumoxid verwendet ist.

6. Verdampfertiegel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß zwischen den Keramikbausteinen (15, 16) und dem metallenen Tiegelrand (3) Leisten aus Metall angeordnet sind.