DE3420245A1 - Vakuumaufdampfanlage, insbesondere fuer die herstellung von magnetbaendern - Google Patents
Vakuumaufdampfanlage, insbesondere fuer die herstellung von magnetbaendernInfo
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- C23C14/562—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks for coating elongated substrates
Description
LEYBÖLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504
Bonner Straße 504
D-5000 Köln - 51
Vakuumaufdampfanlage, insbesondere für die Herstellung
von Magnetbändern "
Die Erfindung betrifft-eine Vakuumaufdampfanlage, insbesondere
für die Herstellung von Magnetbändern, mit einem Substrathalter, einem Verdampfertiegel mit einer Tiegel öffnung
und einer im Weg des Dampfstroms zwischen Tiegelöffnung und Substrathalter liegenden Blende für.die
räumliche Begrenzung des Dampfstroms.
Bei einer Vakuumaufdampfanlage der vorstehend beschriebenen
Art, die durch die US-PS 3 342 632 bekannt ist, wird die Blende durch eine waagrechte Platte mit einem
Fenster gebildet, dessen Kanten - in der Projektion gesehen - außerhalb der Tiegelöffnung liegen. Durch eine
Kühlschlange wird die Blende im wesentlichen auf Raumtemperatur gehalten, so daß dort ein merklicher Teil des
Verdampfungsmaterials in fester Form kondensiert und
für den Aufdampfprozeß verloren geht.
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Durch Blenden der vorstehend beschriebenen Art wird zunächst einmal erreicht, daß nur bestimmte Flächen,
vornehmlich die Substratoberflächen, vom Dampfstrom getroffen werden, wähTemcPäFdere Oberflächen, vornehmlich
die Oberflächen von Bauteilen der Vakuumaufdampfanlage, von einer unerwünschten Beschichtung "
freigehalten werden. Die Notwendigkeit hierzu beruht auf der Tatsache, daß sich der Dampfstrom auf dem
Wege vom Verdampfertiegel zum Substrat räumlich ausbreitet. Diese räumliche Ausbreitung ist insbesondere
beim Verdampfen mit Elektronenstrahlen der Fall, weil hierbei die verdampften Teilchen in
einer verhältnismäßig großen Winkel verteilung vom Auftreffpunkt des Elektronenstrahls aufsteigen und
hierbei - falls nicht besondere Maßnahmen ergriffen werden - auch auf Oberflächen auftreffen, auf denen
dies nicht erwünscht ist.
Sofern hierbei eine Dampfkondensation auf Oberflächenteilen
der Vorrichtung erfolgt, die, in der Projektion gesehen, oberhalb der Tiegelb'ffnung liegen, besteht
die zusätzliche Gefahr, daß dort im laufe der Zeit eine Schicht aufwächst, die sich nach Erreichen
einer bestimmten Dicke abschält und in die Tiegelöffnung fällt. Da die Zusammensetzung derartiger
Kondensate nicht unbedingt mit dem Verdampfungsmaterial im Tiegel übereinstimmen muß, erfolgt in
einem solchen Falle eine außerordentlich unerwünschte
Kontaminierung des Tiegelinhalts.
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Es ist durch die DE-AS 21 62 748, die DE-OS 28 21 und die US-PS 3 690 635 bereits bekannt, durch
Elektronenstrahlen verdampftes Material dadurch am -Auftreffen auf den Kammerwänden zu hindern, daß man
vor diesen Kammerwänden Abschirmungen vorsieht, auf denen der Dampf in fester Form kondensiert. Auch ein
solcher Vorgarig führt zumindest zu einem vorläufigen Material verlust, und die Wiedergewinnung des
Materials ist nur durch komplizierte Recycling-Verfahren möglich.
Bei der Herstellung von Magnetbändern durch Aufdampfen magnetischer Werkstoffe ,wie beispielsweise einer
Kobalt-Nickel-Legierung, auf einem Kunststoffband, wie beispielsweise einer Polyesterfolie, wird der Verdampfertiegel
üblicherweise mittels mindestens eines Elektronenstrahls beheizt. Zu diesem Zweck wird ein
Verdampfertiegel mit einer rechteckigen Tiegelöffnung so angeordnet, daß deren längste Achse quer
zur Bandlaufrichtung verläuft. Ein Elektronenstrahl hoher Leistung wird in die Tiegelöffnung auf das
Verdampfungsmaterial gerichtet und periodisch quer zur Bandlaufrichtung in der Weise abgelenkt, daß das
im Tiegel befindliche Material möglichst gleichmäßig verdampft wird und zur Kondensation homogener
Schichten führt.
Bei dem zuvor beschriebenen Verfahren kommt noch ein weiterer Gesichtspunkt hinzu: Um magnetische
Schichten mit optimalen Eigenschaften zu erhalten,
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muß eine definierte-Geometrie deram Aufdampfprozeß
beteiligten Elemente gewährleistet sein. Wie aus der bereits genannten US-PS 3 342 632 hervorgeht, darf
die aufzudampfende Substanz nur unter bestimmten
Raumwinkeln auf die Substratoberfläche auftreffen. Aus wärmetechnischen Gründen wird das Substrat,
nämlich die Kunststoff-Folie, hierbei mit ihrer dem Verdampfer abgekehrten Rückseite über eine
Kühlwalze geführt. Hierbei ist insbesondere zu ver-,.hindern,
daß die Dampf teilchen in senkrechter Richtung auf das Substrat auftreffen. Dies kann in ,
der Regel nur durch Blenden der eingangs beschriebenen Art geschehen, die aber zumindest vorübergehend
zu einem Materialverlust führen, dann nämlich, wenn das Verdampfungsmaterial auf ihnen in fester
Form kondensiert. Auch bleibt hierbei die Gefahr bestehen, daß im Laufe der Zeit angesammeltes und nicht
mit dem Tiegelinhalt übereinstimmendes Material in unerwünschter Weise in die Tiegelöffnung fällt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumaufdampfanlage der eingangs beschriebenen Art
anzugeben, bei der die Blende bestimmte Oberflächenbereiche innerhalb der Anlage vor einem Bedampfen
schützt, ohne daß ein übermäßiger Anteil des Verdampfungsmaterials
dem Aufdampfprozeß entzogen wird und die Gefahr besteht, daß Teile dieses Aufdampfmaterials
zu unkontrollierbaren Zeitpunkten den Tiegel
inhalt verunreinigen.
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Die Lqsung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Vakuum-Aufdampfanlage erfindungsgemäß
dadurch, daß die Blende eine dem Dampfstrom zugekehrte, nicht waagrechte Oberfläche
aufweist, die auf eine Temperatur zwischen der Verdampfungstemperatur und der Erstarrungstemperatur
des Verdampfungsmaterials aufheizbar ist und daß die tiefste Stelle dieser Oberfläche innerhalb der
Projektionsfläche der Tiegelöffnung liegt.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird also bewußt
auf eine Kühlung der Oberfläche verzichtet und vielT
mehr dafür Sorge getragen, daß sich die betreffende Oberfläche auf eine Temperatur aufheizen kann, die
in dem angegebenen Temperaturbereich liegt. Die Grenzen dieses Temperaturbereichs lassen sich in
Kenntnis des Verdampfungsmaterials leicht aus
Tabellenwerken bestimmen; es wird bevorzugt durch
konstruktive Maßnahmen dafür Sorge getragen, daß die Oberflächentemperatur möglichst knapp oberhalb
der Erstarrungstemperatur liegt.
Auf die angegebene Weise wird erreicht, daß der auf die genannte Oberfläche auftreffende Teil des Dampfstromes
zwar kondensiert, aber in flüssiger und nicht in fester Form. In Verbindung mit der Maßnahme, die
betreffende Oberfläche schräg, d.h. nicht waagrecht, anzuordnen und ihre tiefste Stelle innerhalb der
ProjektionsfTäche der Tiegelöffnung vorzusehen, wird
erreicht, daß das kondensierte Material von der Ober-
fläche abläuft und äußerst kurzfristig wieder in den Verdampfertiegel zurückläuft und von hier aus erneut
dem Aufdampfprozeß zugeführt werden kann.
Dadurch werden vorgegebene Oberflächen ebenso wirksam gegen eine Bedampfung geschützt, wie durch eine
Blende, auf der das Material in fester Form kondensiert. Gleichzeitig aber wird der sogenannte Materialwirkungsgrad,
d.h. das Verhältnis des auf dem Substrat kondensierten Materials zu dem insgesamt verdampften
Material, wesentlich verbessert und ein kompliziertes
Recycling für diesen Materialanteil ist nicht erforderlich. Darüberhinaus wird wirksam verhindert, daß
Materialanhäufungen zu unerwünschten Zeitpunkten in die Tiegelöffnung zurückfallen.
Die Aufheizung der Oberfläche auf eine Temperatur innerhalb des angegebenen Bereichs kann durch eine
(elektrische) Fremdbeheizung erfolgen, vorzugsweise wird zu diesem Zweck aber die Strahlungswärme des
Tiegelinhalts sowie derjenige Heizeffekt ausgenutzt, der bei einer Elektronenstrahl beheizung durch vom
Tiegelinhalt ausgehende bzw. reflektierte Sekundärelektronen auftritt. Es ist in dem zuletzt genannten
Fall dann lediglich dafür zu sorgen, daß in Bezug auf die Oberfläche (Kondensationsfläche) beim Betrieb
der Vorrichtung eine bestimmte Wärmebilanz eingehalten wird. In der Regel ist der Wärmeeingang in die besagte
Oberfläche durch die Wärmebelastung beim Aufdampfen (Kondensation, Wärmestrahlung, Sekundärelektronen) vorgegeben. Es ist
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alsdann nur noch durch gezielte Einstellung des Wärmestroms zu Befestigungselementen"der Blende, die notwendigerweise
vorhanden sein müssen, dafür Sorge zu tragen, daß sich auf-der—besagten Oberfläche eine Beharrungstemperatur
einstellt, die den gewünschten Wert aufweist.
Liegt die gemessene Temperatur für den angegebenen Zweck zu tief, dann kann durch eine Verbesserung der
Wärmedämmung zwischen der besagten Oberfläche und der benötigten Tragkonstruktion dafür Sorge getragen
werden, daß sich eine höhere Beharrungstemperatur einstellt. Im umgekehrten Fall muß entsprechend die
Wärmeleitung in Richtung auf die Tragkonstruktion verbessert werden.
In besonders vorteilhafter Weise besteht hierbei die
Oberfläche der Blende aus einem keramischen Werkstoff wie Magnesiumoxid oder Zirkoniumoxid. Derartige
Werkstoffe haben eine verhältnismäßig geringe Wärmeleitfähigkeit,
so daß sich ein entsprechend hoher Temperaturgradient zwischen der besagten Oberfläche
und der mit der Tragkonstruktion verbundenen Rückseite leicht einstellen läßt.
Es ist dabei wiederum besonders vorteilhaft, wenn die Blende aus einer der Tiegelöffnung abgekehrten
metallenen Tragkonstruktion besteht, an der eine Reihenanordnung von Keramikbausteinen befestigt ist,
deren der TiegelÖffnung zugekehrten Seiten die
Oberfläche bilden.
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Durch die Aufteilung der Oberfläche auf eine größere Zahl von Keramikbausteinen wird die Gefahr von unzulässig
hohen Spannungen bei kurzzeitigen Aufheizvorgängen vermindert. 6-leichzeitig wird durch unterschiedliche
Zusammensetzung der einzelnen Keramikbauteile ein individueller Aufbau derartiger
Blenden ermöglicht.
Ein besonders vorteilhafter und insbesondere flexibler Aufbau einer derartigen Blende ist gemäß der weiteren
Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die metallene Tragkonstruktion eine Platte aufweist, auf deren
der Tiegel offnung zugekehrter Seite Stege mit Flanschen befestigt sind und daß die Keramikbausteine
zwischen die Stege eingesetzt sind.
Durch die Anordnung der Keramikbausteine zwischen den
genannten Stegen sowie durch Einhaltung entsprechender Luftspalte wird eine thermische Ausdehnung in Längsrichtung
der Blende ermöglicht, so daß es zu keinen unzulässigen Wärmespannungen kommen kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes werden in den übrigen Unteransprüchen
angegeben.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
und seine Einzelteile werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 4 näher erlä'utert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Seitenansicht eines Verdampfertiegels mit Blende,
Figur 2 einen Vertikalschnitt durch die Blende
in vergrößertem Maßstab entlang der Linie H-II in Figur 3,
L
Figur 3 eine Draufsicht auf die Blende in Richtung ■' des Pfeils III in Figur 2 und
Figur 4 . einen Schnitt durch die Blende entlang derLinieIV-IVinFigur2.
In Figur 1 ist ein Verdampfertiegel 1 mit einer rechteckigen Tiegelöffnung 2 dargestellt, deren längste
Achse senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Der Verdampfertiegel
1 ruht auf einem Sockel 3, der wiederum auf dem Boden einer Vakuumkammer befestigt ist. Der
Verdampfertiegel ist mit Kühlkanälen 4 und 5 ausgestattet, die über Anschlußstutzen 6, 7, 8 und 9 an
einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen sind.
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Oberhalb der Tiegelöffnung 2 und seitlich versetzt hierzu befindet sich ein Substrathalter 10, der im
vorliegenden Fall als drehbare Kühlwalze ausgeführt ist. Ober diese Kühlwalze ist ein bandförmiges
Substrat geführt, das aus einer Kunststoff-Folie besteht.
Die Kühlwalze besitzt einen Radius R., jedoch
kann auch eine Kühlwalze mit einem kleineren Radius R2
eingesetzt werden, deren Mantelfläche 10a durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist. Die Rotationsachse
des Substrathalters 10 verläuft gleichfalls senkrecht zur Zeichenebene und ist seitlich versetzt
oberhalb und neben der Tiegelöffnung 2 angeordnet.
Im Wege des Dampfstroms ist zwischen der Tiegel-Öffnung
2 und dem Substrathalter 10 eine Blende 11 angeordnet, deren Einzelheiten anhand der Figuren 2
bis 4 noch näher erläutert werden. Durch diese Blende wird der aus der Tiegel Öffnung 2 aufsteigende
Dampfstrom räumlich begrenzt und trifft infolgedessen ausschließlich auf einen Umfangsteil des Substrathalters
10 auf, der unter einem spitzen Winkel zur Vertikalen verläuft. Eine derartige Anordnung ist
bevorzugt für die Herstellung von Magnetbändern geeignet.
Die Blende 11 besitzt eine dem Dampfstrom zugekehrte Oberfläche 12, die unter einem Winkel von 50 Grad
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zur Horizontalen verläuft, also nicht waagrecht ausgerichtet ist, wobei die tiefste Stelle dieser Oberfläche,die
durch die__sfin kriecht zur Zeichenebene verlaufende
Untärkante der Blende 11 gebildet wird, innerhalb der horizontal en Projektionsfläche der Tiegel öffnung
liegt. Auf diese Weise kann auf der Oberfläche 12 · in flüssiger Form kondensierendes Material in die
Tiegelöffnung 2 zurücklaufen, und sich mit der dort
befindlichen Schmelze des Verdampfungsmaterials verei
nigen.
Aus den Figuren 2 bis 4 ist folgendes ersichtlich:
Zur Blende 11 gehört eine der Tiegelöffnung 2 abgekehrte metallene Tragkonstruktion 13, mit der die
Blende auf einer Langseite des die Tiegel öffnung 2 umgebenden Tiegelrandes 14 befestigt ist. Die metallene
Tragkonstruktion 13 besteht aus einer abgewinkelten Platte 15- aus Kupferblech, die in Abständen .durch Verstei gungsbleche
16 verstärkt ist. ■ ' .
Auf der der Tiegel öffnung 2 zugekehrten Seite besitzt die Platte 15 in äquidistanter Verteilung mehrere
Stege 19 mit Flanschen 20. Zwischen die Stege 19 sind in rasterförmiger Anordnung plattenförmige Keramikbausteine
22 und 23 übereinander und nebeneinander eingesetzt, so daß sich in der Vorderansicht gemäß
Figur 3 von oben nach unten einzelne Riegel ergeben, in denen sich zumindest keine merklichen Luftspalte
fs,:jiΛ· r"-"v-.i">--.?
befinden. Zwischen den einzelnen, aus zwei Keramikbausteinen 22 und 23 bestehenden Riegeln und den
Stegen .19 befinden sich Luftspalte. Die Keramikbausteine 22 und 23 vrerden-amHerausfallen nach
vorn und unten durch die Flansche 20 gehindert. Durch die Luftspalte wird eine thermische Ausdehnung in horizontaler Richtung ermöglicht.
Die der Tiegelöffnung 2 zugekehrten Oberflächen sämtlicher Bausteine 22 und 23 liegen dabei in einer gemeinsamen
Ebene, die die Oberfläche 12 bildet. Auf dieser Oberfläche kondensiert der auftreffende Dampf
in flüssiger Form und läuft in die Tiegel Öffnung zurück, wie dies insbesondere aus Figur 2 ersichtlich
i s t.
Sobald die Vorrichtung in Betrieb genommen, d.h. das
Verdampfungsmaterial im Tiegel 1 mit Elektronenstrahlen beschossen wird, heizt sich die Oberfläche
der Blende 11 außerordentlich rasch auf eine Temperatur
auf, die oberhalb des Schmelzpunktes des Verdampfungsmaterials (bei einer Nickel-Kobalt-Legierung beträgt
diese ca. 1.700 0C), und die betreffende Beharrungstemperatur wird während des gesamten Aufdampfprozesses
aufrechterhalten. Der keramische Werkstoff der Oberfläche 12 verhindert eine Legierungsbildung, die bei
Verwendung metallischer Werkstoffe beim Verdampfen einer Kobalt-Nickel-Legierung durchaus möglich wäre.
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Claims (8)
1. Vakuumaufdampfanlage, insbesondere für die Herstellung von Magnetbändern, mit einem Substrathalter,
einem Verdampfertiegel mit einer Tiegelöffnung und einer im Weg des Dampfstroms zwischen
Tiegelöffnung und Substrathalter liegenden Blende für die räumliche Begrenzung des Dampfstroms,
dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (11) eine dem Dampfstrom zugekehrte, nicht waagrechte Oberfläche
(12) aufweist, die auf ;eine Temperatur
zwischen der Verdampfungstemperatur und der >-ö'
Erstarrungstemperatur des Verdampfungsmaterials aufheizbar ist, und daß die tiefste Stelle
dieser Oberfläche innerhalb der Projektionsfläche der Tiegelöffnung (2) liegt.
2. Vakuumaufdampfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (12) der
Blende (11) aus einem keramischen Werkstoff besteht.
3. Vakuumaufdampfanlage nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Oberfläche (12) der Blende (11) aus Magnesiumoxid oder Zirkoniumoxid
besteht.
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»·
3Α202Λ5
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4. Vakuumaufdampfanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Blende (11) aus einer der Tiegelöffnüng abgekehrten metallenen Tragkonstruktion (13)
besteht, an der eine Reihenanordnung von Keramikbausteinen (22, 23) befestigt ist, deren der
Tiegelöffnung (2) zugekehrte Seiten die Oberflache (12) bilden.
5. Vakuumaufdampfanlage nach Anspruch 4, dadurch gekenn-
-' zeichnet, daß die metallene Tragkonstruktion (13)
eine Platte (15) aufweist, auf deren der Tiegelöffnung (2) zugekehrter Seite Stege (19) mit
Flanschen (20) befestigt sind und daß die Keramikbausteine
(22, 23) zwischen die Stege (19) eingesetzt sind.
1-5 6. Vakuumaufdampfanlage nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hauptebenen der Stege-(19) in senkrechten Ebenen liegen.
7. Vakuumaufdampfanlage nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Tiegel öffnung (2) rechteckig ist und daß die längste Achse der
Blende (11) parallel zur längsten Achse der Tiegelöffnung ausgerichtet istr
8.. Vakuumaufdampfanlage nach den Ansprüchen t und tO,
dadurch gekennzeichnet, daß der Substrathalter (10) als Kühlwalze ausgeführt,ist, deren Rotationsachse
parall el zur längsten Achse der. Tiegelöffnung (2) verläuft—-jedoch oberhalb und seitlich
versetzt zu der längsten Achse angeordnet ist, derart, daß zwischen dem der Tiegelöffnung (2)
benachbarten Oberflächensektor der Kühlwalze und einer durch die Tiegelöffnung gelegten horizontalen
Ebene ein etwa keilförmiger Spalt vorhanden ist, und daß die Blende (11) in diesem keilförmigen
Spalt angeordnet ist.
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|---|---|---|---|
| DE3420245A DE3420245A1 (de) | 1984-05-30 | 1984-05-30 | Vakuumaufdampfanlage, insbesondere fuer die herstellung von magnetbaendern |
| US06/738,739 US4648347A (en) | 1984-05-30 | 1985-05-29 | Vacuum depositing apparatus |
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