DE4238514A1 - Verfahren zum Beschicken eines Verdampferschiffchens für eine Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschicken eines Verdampferschiffchens für eine Vorrichtung zum Beschichten von Substraten in einer Vakuumbeschich­ tungskammer mit einem flachen, trogförmigen Verdampfer­ schiffchen aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, wobei das Schiffchen durch direkten Stromdurchgang beheizbar ist und das Beschichtungsmaterial, z. B. Aluminium, beispielsweise in Form eines Drahtabschnitts dem Verdampferschiffchen entsprechend der Dicke der abzuscheidenden Schicht von einer Materialbevorratung aus zuführbar ist.

Es sind Verdampferschiffchen - insbesondere für Reihen­ verdampfer - bekannt, deren Grundrißflächen Rechtecke sind und die an ihren beiden lotrechten Schmal- bzw. Stirnseiten mit Einspannflächen versehen sind, mit denen sie sich an der Schiffchenhalterung abstützen.

Bei einer älteren Vorrichtung zur laufenden Beschich­ tung von bandförmigen Substraten (P 40 27 034) in einer Vakuumbeschichtungskammer mit einer Vielzahl von eine Verdampferbank bildenden, parallel zueinander und längs zur Bandlaufrichtung, in etwa gleichen Abständen zuein­ ander angeordneten Verdampferschiffchen etwa gleicher Größe und Konfiguration, wobei die Verdampferschiffchen sämtlich aus einer elektrisch leitenden Keramik gebil­ det und durch direkten Stromdurchgang beheizbar sind und die eine Vorrichtung für die kontinuierliche Zufüh­ rung von zu verdampfendem Draht zu den Verdampfer­ schiffchen aufweist, sind die einzelnen Verdampfer­ schiffchen jeweils zueinander versetzt angeordnet, wobei alle Verdampferschiffchen gemeinsam eine schmale Beschichtungszone überdecken, die sich quer zur Band­ laufrichtung erstreckt.

Durch die versetzte Anordnung soll die Aufgabe gelöst werden, die gegenseitige Wechselwirkung der Einzelquel­ len zu verkleinern und dadurch die Schichtgleichmäßig­ keit zu verbessern. Die einzelnen Verdampferschiffchen selbst weisen einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei die Vertiefungen zur Aufnahme des Schmelzgutes sämtlich eine rechteckige Grundrißfläche haben.

Bei einer anderen, seit langem bekannten Vorrichtung zur laufenden Bedampfung endloser Gebilde (DE 9 70 246) mit mehreren direkt beheizten, in einer Reihe hinter­ einanderliegenden Verdampfern hat man bereits versucht, einen Nachteil des bekannten Verdampfertyps mit recht­ eckiger Grundfläche für die Vertiefung zu beseitigen, der sich daraus ergibt, daß das verdampfende Gut als ausgezeichneter Leiter für den elektrischen Strom den Verdampfer zum Teil kurzschließt, so daß nur die zwischen den einzelnen Vertiefungen vorhandenen Teile des Verdampfers als Wärmegenerator dienen, so daß eine ungleichmäßige Beschichtung erfolgt. Gemäß dieser vor­ veröffentlichten Druckschrift soll dieser Nachteil dadurch beseitigt werden, daß der Verdampfer zwischen den einzelnen Vertiefungen eine Schwächung des Ver­ dampferquerschnitts aufweist, so daß der elektrische Widerstand des Verdampfers etwa konstant und unabhängig von der Füllmenge des Verdampfungsgutes in den Kammern ist.

In einer älteren Patentanmeldung (P 40 16 225.7) ist ein Reihenverdampfer für Vakuumbedampfungsanlagen, insbesondere für Bandbedampfungsanlagen, beschrieben, bestehend aus mehreren, einzeln in der Leistung steuer­ baren, durch Stromdurchgang beheizten, an stützenförmig ausgebildeten elektrischen Zuleitungen anliegenden Verdampfern, wobei die stützenförmigen Zuleitungen von einem sich über die gesamte Länge des Reihenverdampfers erstreckenden, elektrisch leitfähigen Tragkörper gehal­ ten sind und die Zuleitungen der einen Polarität elek­ trisch leitend mit dem Tragkörper verbunden sind, wäh­ rend die Zuleitungen der anderen Polarität isoliert durch den Tragkörper hindurchgeführt und mit isoliert angeordneten Leitungsdrähten verbunden sind, wobei sich die Verdampfer über vorzugsweise als Zylinderabschnitte ausgeformte Lagerelemente an den oberen Enden oder Nasen der Zuleitungen abstützen, wozu die Lagerelemente aus einem stromleitenden Werkstoff, beispielsweise einer Keramik, gebildet sind.

Dieser ältere Reihenverdampfer löst das Problem der paarweisen Einspannung der Verdampfer zwischen den elektrischen Zuleitungen bzw. des guten elektrischen Kontakts während des Verdampfungsprozesses. Aber auch bei dieser paarweisen Anordnung von Verdampfern ist das Problem einer optimal gleichmäßigen Beschichtung noch nicht vollständig gelöst.

Weiterhin ist eine Vorrichtung zum Beschichten von Werkstückflächen, beispielsweise von Kondensatorfolien mit einem zu verdampfenden Beschichtungsmaterial, vor­ zugsweise Reinaluminium bekannt (DE 41 25 350), bei der das Beschichtungsmaterial in einem in einer Vakuumkam­ mer angeordneten Verdampferschiffchen aufschmelzbar ist und in Gestalt eines Drahtabschnitts dem Verdampfer­ schiffchen entsprechend der Schmelzbadhöhe von einer Drahtvorratsrolle aus zuführbar ist und zu diesem Zweck nach Art eines Capstan-Triebs zwischen einer motorisch angetriebenen Welle und einer den Gegendruck bewirken­ den Rolle hindurchgeführt ist, wozu eine mit einem zumindest weitgehend elektrisch isolierenden Überzug versehene, vorzugsweise aus eloxiertem Aluminium (anodisch oxidiertem Aluminiumwerkstoff) gefertigte einstückige Antriebswelle mit der Gegenwolle zusammen­ wirkt, die auf einem beweglich gelagerten Hebel gela­ gert ist, der seinerseits über einen Hubmagneten gegen die Kraft eines federnden Elements bewegbar ist, wodurch die zwischen dem Draht einerseits und der An­ triebswelle andererseits wirksame Friktion veränderbar ist. Diese bekannte Vorrichtung löst das Problem, eine präzise arbeitende Drahtzuführung für ein Verdampfer­ schiffchen zu schaffen, die insbesondere eine feinfüh­ lige Regelung des Drahtvorschubs gestattet.

Schließlich ist ein Verdampferschiffchen für eine Vor­ richtung zur Beschichtung von Substraten in einer Vakuumbeschichtungskammer im Gebrauch (DE 41 39 792), bestehend aus einem flachen, trogförmigen Teil aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, wobei das Schiff­ chen durch direkten Stromdurchgang beheizbar ist und eine im wesentlichen rhombus- oder rhomboidförmige Grundrißfläche aufweist, wobei die Konfiguration der Vertiefung in etwa derjenigen des Schiffchens ent­ spricht und wobei zwei einander diametral gegenüber­ liegende Ecken des Verdampferschiffchens jeweils mit einer etwa rechteckigen, lotrechten Abplattung versehen sind, die zusammen die einander parallelen Einspann­ flächen des Verdampferschiffchens bilden. Durch die rhomboidförmige Grundrißfläche soll ein gleichmäßiges Abdampfen des Beschichtungswerkstoffs ermöglichen und auch eine kontrollierte Benetzung des aufgeheizten trogförmigen Teils des Schiffchens ermöglichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zu­ grunde, die Nachteile der bekannten Verdampfer bzw. Verdampferanordnungen zu vermeiden und ein Verfahren zu schaffen, durch das die Benetzung der Verdampferfläche verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das das erste Teilstück des Drahtabschnitts oder aber ein zusätzlich bereitgestelltes Materialstück aus einer Legierung gebildet ist, die neben dem Beschichtungs­ werkstoff einen Anteil von bis zu 5% Wolfram enthält und bei Beginn des Verdampfungsvorgangs in die Vertie­ fung des Schiffchens gefördert oder eingelegt wird, wobei der Werkstoff des aufgeschmolzenen Teilstücks die Verdampfungsfläche des Schiffchens vollständig benetzt.

Zweckmäßigerweise ist das Wolfram enthaltene Teilstück fest mit dem von der Vorrichtung zugeführten Drahtab­ schnitt verbunden, so daß es automatisch in die trog­ förmige Vertiefung einläuft. Alternativ kann das Teil­ stück aber auch vor dem Anlaufen der Vorrichtung zum Zuführen des Drahtabschnitts von Hand in die Vertiefung eingebracht werden.

Die Erfindung lädt die verschiedensten Ausführungsmög­ lichkeiten zu; eine davon ist nachstehend beschrieben:

Bei Beginn des Aufdampfvorgangs in einer Vakuumkammer wird zunächst das Verdampferschiffchen aufgeheizt. Nach Erreichen einer bestimmten Temperatur wird von einer besonderen Vorrichtung aus der zu verdampfende Werk­ stoff in Form eines Drahtabschnitts kontinuierlich der Vertiefung im Verdampferschiffchen zugeführt. (Vorrich­ tungen dieser Art sind beispielsweise in den US-Paten­ ten 3,541,301, 3,970,820, 2,902,525 näher beschrieben und zeichnerisch dargestellt).

In der Praxis zeigt sich nun, daß die Vertiefung des Verdampferschiffchens sich regelmäßig nicht vollständig mit aufgeschmolzenem Werkstoff (Aluminium) füllt, son­ dern daß der kontinuierlich als Drahtzuschnitt zuge­ führte Werkstoff ungleichmäßig aufschmilzt und ver­ dampft und die Verdampfungsrate deshalb ungleichmäßig und damit auch nicht vorherbestimmbar bzw. berechenbar ist. Durch das Einlegen (von Hand) bzw. durch das Ein­ bringen (mit Hilfe einer Vorrichtung) eines kurzen Drahtabschnitts aus einer Legierung Aluminium/Wolfram in die Vertiefung des Verdampferschiffchens zu Beginn des Aufdampfprozesses wird nun eine sofortige Benetzung der gesamten Vertiefung des Verdampferschiffchens bewirkt. Das Aluminium/Wolfram-Material verdampft dabei vollständig aus dem Verdampferschiffchen, jedoch mit dem Effekt, daß der unmittelbar danach zugeführte Draht aus reinem Aluminium die Vertiefung weiterhin vollstän­ dig benetzt und damit gleichmäßig verdampft, wodurch die Schichtgleichmäßigkeit entscheidend verbessert wird. Es ist klar, daß der beschriebene Benetzungs­ effekt auch mit Legierungen mit anderen hochschmelzen­ den Materialien in Verbindung mit Aluminium (z. B. mit Titan) erzielbar ist.

Claims (3)

1. Verfahren zum Beschicken eines Verdampferschiff­ chens für eine Vorrichtung zum Beschichten von Substraten in einer Vakuumprozeßkammer mit einem flachen, trogförmigen Verdampferschiffchen aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, beispiels­ weise aus einer leitfähigen Keramik, wobei das Schiffchen durch direkten Stromdurchgang beheizbar ist und das Beschichtungsmaterial, beispielsweise Aluminium, beispielsweise in Form eines Drahtab­ schnitts dem Verdampferschiffchen entsprechend der Dicke der abzuscheidenden Schicht von einer Mate­ rialbevorratung aus zuführbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor Beginn des Aufdampfprozesses ein erstes Teilstück eines Drahtabschnitts oder eines Materialzuschnitts aus einer Legierung, bestehend aus dem Beschichtungswerkstoff selbst und einem Anteil von bis zu 5% Wolfram in die Vertiefung des Verdampferschiffchens eingebracht wird, wobei unmittelbar nach erfolgtem Aufschmelzen dieses Drahtabschnitts der unlegierte Beschichtungswerk­ stoff zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der die Wolfram enthaltende Legierung gebildete Drahtabschnitt von der Drahtzuführungs­ vorrichtung aus über ein motorisch angetriebenes Glied, beispielsweise einer mit einer Capstan- Welle zusammenwirkenden Transportrolle aus in die Vertiefung des Verdampferschiffchens gefördert wird.

3. Mit einer aufgedampften Schicht versehenes Sub­ strat, dadurch gekennzeichnet, daß die im Vakuum aufgebrachte Schicht aus dem Beschichtungswerk­ stoff selbst und einem geringen Anteil von bis zu 5% Wolfram gebildet ist.