DE2241634B2 - Verfahren zum fortlaufenden Aufbringen metallischer Überzüge auf ebene Werkstücke mittels Kathodenzerstäubung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum fortlaufen

den Aufbringen metallischer Überzüge auf ebem Werkstücke mittels Kathodenzerstäubung, bei dem zui Aufnahme der unbeschichteten Werkstücke eine Ma gazinkammer vorgesehen ist, deren Atmosphäre sich an die steuerbare Zerstäubungsatmosphäre einei Sprühkammer anpassen läßt, und bei dem eine Trans portvorrichtung die Werkstücke von der atmosphä risch angepaßten Magazinkammer in die Sprühkam mer befördert, in welcher die Werkstücke während einer vorwählbaren Zeitdauer mit ihrer zu beschichtenden Seite einer Zerstäubungsquelle gegenüberliegen und bei dem die Transportvorrichtung nach erfolgter Beschichtung sämtlicher Werkstücke diese in die Ma gazinkammer zurückbefördert, aus der die Werkstücke nach dem Wiederherstellen der Umgebungsalmosphäre ohne Störung der Sprühkammeratmosphäre zu entnehmen sind

Ein solches Verfahren ist bereits bekannt (DT-QS 2 100 725). Dort werden die zu beschichtenden Werkstücke aufeinandergestapelt und mittels eines Stößels aus der Magazinkampier in die Sprühkammer geschoben und durch Drehung einer Auflageplatte an eine bestimmte Stelle der Sprühkammer bewegt. Dann wer den die übereinandergestapelten Werkstücke einzeln mittels einer Greifmechanik vom Stapel abgenommen und unter die Stirnseite einer Zerstäubungsquelle ge schwenkt. Nach erfolgter^ Beschichten werden die Werkstücke durch erneute Schwenkung der Greifmechanik an einer Speichers·;die in der Sprühkammer abgesetzt. Dieser Schwenkvorgang wiederholt sich so oft wie Werkstücke übereinandergcstapelt sind, da bei jedem Schwenkvorgang immer nur ein einziges Werkstück beschichtet wird. Demzufolge nimmt der Stapel der unbeschichteten Werkstücke in dem Maße ab, wie der Stapel der beschichteten Werkstücke an der Speicherstclle zunimmt. Wenn alle Werkstücke beschichtet sind, so wird die Auflageplatte weitergedreht bis der Stapel beschichteter Werkstücke wieder mittels des Stößels in die Magazinkammer abgesenkt werden kann.

Diese bekannte Vorgehensweisc ist vergleichsweise zeitraubend, da die Werkstücke einzeln hintereinander beschichtet werden. Darüber hinaus erfolgt die Beschichtung insbesondere dann ungleichmäßig, wenn die wirksame Stirnfläche der Kathode in ihrem eine gleichmäßige Zerstäubung ergebenden zentralen Bereich nicht in aufwendiger Weise der Größe der zu beschichtenden Werkstückfläche angepaßt ist, wobei die Schichtdicke von einer dem Zerstäubungszentrum gegenüberliegenden Mittelzone des Werkstückes aus zu den vom Zerstäubungszentrum weiter entfernt liegenden Kandzonen hin abfällt.

Bei der Herstellung vieler elektronischer oder elektrischer Teile, wie etwa von integrierten Schaltkreisen, Widerständen mit einem dünnen Film aus Tantalnitrid, Kondensatoren mit Tantaloxyd u. dgl., besteht die Notwendigkeit, metalliscihe Filme auf als Träger für die Filmschicht dienende Werkstücke abzulagern. Dabei können Werkstoffe wie Gold, Tantal oder Tantalnitrid

auf Werkstücke bzw. Schichtträger aus Keramik oder Glas mittels Kathodenzerstäubung aufgetragen und sodann geätzt oder sonstwie in Schaltkreise und/oder deren Komponenten umgewandelt werden. For die Zerstäubung kann eine Kathode aus Tantal oder einem Grundmetall mit einem Tantalüberzug verwendet und in einer inerten Atmosphäre, etwa aus Argon, unter Hochspannung gesetzt werden, wobei das Argon ionisiert wird und in die freie Tantaloberfläche einfällt und dabei Atome oder Atomgruppen auslöst, die auf dem zu beschichtenden Werkstück abgelagert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, daß ohne wesentlichen apparativen Zusatzaufwand der Ausstoß an ausreichend gleichmäßig beschichteten Werkstücken erheblich vergrößert werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ebenen Werkstücke in der Sprühkammer ringförmig um die zylindrisch geformte Zerstäubungsquelle im jeweils gleichen Abstand zu ihr angeordnet sind, wobei die zu beschichtenden und der Zerstäubungsquelle zugewandten Seiten der Werkstükke die Quelle nach Art eines Vielecks umhüllen, und daß die in die Sprühkammer eingebrachten Werkstükke gleichmäßig beschichtet werden.

Dadurch kann eine Vielzahl von Werkstücken unter erheblicher Zeitersparnis und damit unter Vergrößerung des Ausstoßes beschichtet werden. Da die Beschichtung nicht von der Stirnseite, sondern vielmehr vom Mantel der als zylinderförmige Kathode ausgebildeten Zerstäubungsquelle aus erfolgt, tritt auch bei einer Kathode vergleichsweise kleinen Durchmessers in Richtung der Kathodenachse keine merkliche Schwankung der Überzugsdicke an den Werkstücken auf. je größer die Anzahl der ringförmig um die Zer- 3; stäubungskathode angeordneten Werkstücke ebener Oberfläche ist, d. h. je mehr das von den Werkstücken gebildete Vieleck der Kreisform angenähert ist, um so gleichmäßiger wird auch die Schichtdicke auf den Werks.ücken in Umfangsrichtung der Zerstäubungsquelle. Insgesamt kann die Beschichtung daher beim beschriebenen Verfahren ohne apparativen Zusatzaufwand gleichmäßiger erfolgen, und zwar in vorteilhafter Weise um so gleichmäßiger, je mehr Werkstücke das Vieleck in der Sprühkammer bilden und gleichmäßig beschichtet werden.

Eine vorteilhafte Möglichkeit, die Gleichmäßigkeit der Beschichtung je nach Bedarf noch weiter zu erhöhen, ergibt sich, wenn die als Träger der Schicht dienenden WcrksiÜLR.c schrittweise durch cüic Vielzahl von Haltestellunger, um die zylindrisch geformte Zerstäubüngsquelle gedreht werden, wodurch jedes Werkstück einmal eine Kreisbahn durchläuft, wenn weiterhin nach jeder Weiterdrehung der Werkstücke eine Kathodenzerstäubung erfolgt, und wenn während jeder Zerstäubung innerhalb des gesamten Zerstäubungszyklus der mittlere Oberflächenbereich einer bestimmten Anzahl von Werkstücken von dem Metallniederschlag abgeschirmt wird.

Dadurch, daß beim beschriebenen Verfahren die zylindrische Mantelfläche der Quelle und nicht deren Stirnfläche zur Erzeugung des zerstäubten Metalls ausgenutzt wird, wird im Falle sonst gleicher Abmessungen der Zenviäubungsquelle vorteilhafterweise die aktive Oberfläche der Quelle um ein Mehrfaches vergrö-Bert und damit die Lebensdauer der Quelle erheblich verlängert. Der hiermit einhergehenden erhöhten Wärmeentwicklung ν ird hier vorteilhaft dadurch Rechnung getragen, daß >.ur Kühlung der Quelle im Inneren der Quelle ein Kühlflössigkeitsstrom erzeugt wird, und daß zur Kühlung der Werkstücke ein weiterer KQhlflßssigkeitsstrom an der Außenseite des Gehäuses der Sprühkammer erzeugt wird.

Vorteilhaft wird durch eine Anzahl von Auslassen in der Wandung der zylindrischen Quelle ein Gassirom erzeugt, der gegen Schirmplatten gerichtet ist, welche das Gas über die Zylinderfläche der Quelle verteilen, so daß das resultierende Plasma eine im wesentlichen einheitliche Zusammensetzung aufweist Während des Sprühvorganges liegen die Werkstücke zwischen einem Paar von Schirmplatten. Diese können aus demselben Material wie die Kathode und ebenfalls der Kathodenspannung ausgesetzt sein, so daß die Schirmplatten als Teile der Kathode wirken, also der Werkstoff der Schirmplatten zur Zerstäubung der Metallteilchen auf die zu beschichtenden Werkstücke herangezogen wird. Im Hinblick darauf, daß die Schirmplatten mit den Rändern der Werkstücke fluchten und diesen Rändern näher liegen ais der Rest der zylindrischen Quelle, wird auch durch diese Maßnahme die stärkere Besprühung der zentralen Bereiche der vVerkstücke insoweit kompensiert, als dadurch die Ranazonen der Werkstücke im wesentlichen dieselbe Sprühmenge erhalten wie deren mittlere Bereiche. Die Schirmplatten verhindern cußerdem, daß Ionen in die Gasauslässe eindringen und sich dort Metalldämpfe ablagern.

Insbesondere bei Erzeugung eines Überzuges aus Tantalnitrid für eine nachfolgende Fertigung von Widerstandselementen wird für das aus den Auslässen ausströmende Gas eine Mischung aus Stickstoff und Argon verwendet. Die zylindrische Quelle besteht aus Tantal. In diesem Falle ist es erforderlich, die Wärme in den Werkstücken zu halten, um Widerstandselemente mit einem geringen Temperaturkoeffizienten für den Widerstand zu erhalten. Diesem Erfordernis wird hier in einfacher Weise dadurch Rechnung getragen, daß die bei der Ablagerung des Metalls auf den Werkstükken entstehende Wärme mittels einet reflektierenden Oberfläche des Gehäuses der Sprühkammer auf die Werkstücke zurückgestrahlt wird.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Figuren näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 in perspektivischer Ansicht einen rahmenförmigen Halter zur Aufnahme eines Paares von zu beschichtenden Werkstücken bzw. Schichtträgern,

F i g. 2 schematisch vereinfacht in Draufsicht eine zur Anwendung des beschriebenen Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung: sie läßt die Bewegung der Werkstücke bzw. Schichtträger von einer Lade-Entladestellung zu einer Entgasungsstellung, zu einer Beschichtungssteilung und dann zurück zur ursprünglichen Stellung erkennen,

F i g. 3 in Vergrößerung einen Schnitt gemäß Linie Hl-Hl aus Fig.2 zur Veranschaulichung der Einrichtungen zur Aufnahme einer Charge der Schichtträger und der Einrichtungen zur Übergabe der Schichtträger in die Sprühkammer,

F i g. 4 ein Schnitt durch die Sprühkammer zur Veranschaulichung der Kanäle und Schirmplatten zur Einführung und Verteilung der Gase in die Sprühkammer und eines Kühlsystems zur Steuerung der Atmosphäre in der Sprühkammer,

F i g. 5 einen Schnitt gemäß der Linie V-V aus F i g. zur Veranschaulichung der Schirmplatten zur Verteilung der Gase und zur lokalen Abschirmung der Sprühstrahlen, um ein gleichförmiges Plasma und eine gleich-

förmige Beschichlung der Schichtträger zu erhalten.

Fi g. 6 einen Teilschnitt durch die Kathode zur Verdeutlichung weiterer Einzelheiten der Kanäle. Auslässe und Schirmplatten für die Gase,

F i g. 7 teilweise im Schnitt eine Ansicht eines Bolzens zur Verteilung der Gase, der alternativ zu den Schirmplatten nach F i g. 6 verwendbar ist und

F i g. 8 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des zeitlichen Ablaufs der Arbeitstakte der einzelnen Teilmechanismen.

Halter für die Schichtträger und Grundaufbau

In Fig. 1 ist ein Halter 20 für ein Paar ebener Schichtträger 21 dargestellt, welche aus Glas oder sonstigem keramikähnlichem Material hergestellt sein können. Der tablettartige Halter 20 wird durch seitliche Rahmenglieder 22 mit einer Nut zur Erfassung der Seitenkanten des Schichtträgers gebildet. An der Ober- und Unterseite sind Querglieder 23 und 24 an den aufrecht stehenden Rahmengliedern 22 befestigt. Das untere Querglied 24 trägt ein Paar von Rädern 26 und 27. welche eine Bewegung des Halters 20 während des Sprühvorgangs ermöglichen oder erleichtern. Zur Ebene der Räder 26,27 versetzt ist eine Führungsplatte 28 vorgesehen.

Vor dem Besprühen der Schichtträger 21 sind diese zusammen mit den Haltern 20 in radialer Anordnung in einem Magazin 30 gelagert und werden zur Entgasung dieser Elemente in einem Ofen vorbehandelt. Wie F i g. 2 zeigt, werden die Halter 20, während sie im Magazin 30 angeordnet und immer noch warm sind, in eine Magazinkammer 31 eingesetzt. Die Magazinkammer 31 ist eine von dreien, welche alle von einem Joch 32 unterstuzt werden. Dabei sind die Magazinkammern im Inneren eines Gehäuses 33 angeordnet, welches ein ähnliches Vakuum enthält wie die Sprühkammer 34. Während des Einsetzens des Magazins 30 in die Magazinkammer 31 in der Stellung 31/4 ist diese gegenüber dem Gehäuse 33 abgedichtet und offen, um den Ladevorgang zu ermöglichen. Im Anschluß an das Beladen mit Schichtträgern 21 wird die Magazinkammer 31 so weit evakuiert, daß ihre Druckbeöingungen denen innerhalb des Gehäuses 33 entsprechen. Das Joch wird um 120° weitergetaktel. um die Magazinkammer 3t in die Entgasungsstellung 313 zu bringen, in dieser Stellung wird die Magazinkammer 31 eine gewisse Zeitspanne tang gehalten, während der EntgasungsprozeB läuft, um jegiiche Gasrückstände in den Haltern 20 oder den Schichtträgern 21 zu entfernen. Anschließend wird die Magazinkammer 31 in eine Übergabe-Position 31C weiterbewegt, wo das Magazin 30 schrittweise gedreht wird, um jeden Halter 20 in eine Stellung zu bringen, in der er zur Sprühkammer 34 befördert werden kann. Nach jeder Beförderung eines Halters 20 in die Sprühkammer 34 wird ein Halter 20 mit völlig besprühten Schichlträgem an dem freien Platz in das Magazin 30 eingesetzt. Die Halter 20 werden in einer Kreisbahn um eine zylindrische Kathode herumgeführt, die in der Sprühkammer angeordnet ist. Die Weilerbe ~gung der Schichtträger 21 wird von einem Drehhalter 36 vorgenommen, welcher in aufeinanderfolgenden Takten weitergedreht wird und dabei jeden Halter 20 für die Schichtträger 21 von der Ladeposilion aus um die Kathode herum und zurück zur ursprünglichen Position transportiert, wo die Halter 20 wieder in das Magazin 30 zurückgegeben werden. Die Magazinkammer 31 wird anschließend in die anfängliche Ladestellung 314 zurückgeführt, wo Luft in die Magazinkammer 31 gelangt und das Magazin 30 der Halter 20 für die Schichtträger 21 entnommen wird. Danach wird ein neues Magazin 30 mit aufgeheizten Haltern 20 und neuen zu beschichtenden Schichtträgern 21 eingesetzt.

Beschickungs- und Transporteinrichtungen

ίο An Hand der F i g. 3 werden nachfolgend die Verfahrensschritte und die Einrichtungen zur Beladung einer Magazinkammer 31 mit einem Magazin 30 für Schichtträger 21, die Weiterbeförderung der Magazinkammern 31 durch die Entgasungsstcllung 310 und zur

Stellung 31Cfiir die Übergabe der Schichtträger 21 in die Sprühkammer 34 näher erläutert. Jede Magazinkammer 31 weist eine bottich- oder trommelartige Kammer 41 aus rostfreiem Stahl auf. mit einem zentrisch angeordneten Tragzapfen 42, der am Boden der Kammer 41 befestigt ist. Im Inneren des Tragzapfens

42 ist eine mit einem Flansch versehene Welle 43 vorgesehen, an der ein abnehmbares Magazin 30 gelagert ist. Das Magazin 30 weist eine Vielzahl von sich radial erstreckenden U-förmigen Rahmen 44 auf mit nach oben — parallel zur Achse der Kammer 41 — verlaufender' Nuten zur Aufnahme der Halter 20. Die Welle

43 unterstützt das Magazin 30 mit einer Schulter 45.
Durch die radiale Anordnung der Rahmen 44 liegen

die Halter 20 für die Schichtträger 21 annähernd so.

daß die Vorderseite des einen Halters der Rückseite des anderen Halters gegenüberliegt. Diese Anordnung gewährleistet zusammen mit den reflektierenden inneren Oberflächen der Kammer 41 aus rostfreiem Stahl die Erhaltung der durch die Vorerwärmung den Schichtträgern 21 mitgeteilten Hitze und sichert so die weitere Entgasung der Halter 20 und der Schichtträger 21. F.ine Verschlußstange 46 ist glcitbar innerhalb der Welle 43 angeordnet. Am unteren Ende der Welle 43 ist ein Antriebsflansch 47 befestigt, der eine Vielzahl am Umfang mit Abstand voneinander angeordneter Ausnehmungen 48 aufweist, die der Aufnahme von Treibzapfen 49 dienen, die aus der Oberfläche einer Nabe 50 einer Nutenwelle 51 ausragen, welche ihrerseits durch eine im Takt solenoidgesteucrte Antriebseinheit 52 in Drehung versetzt wird. Die Verschlußstange 46 weist einen Querzapfen 53 auf, der sich durch längliche Schlitze im Schaft 43 hindurch erstreckt und in einem sich gegenüberliegenden Paar einer Gruppe von HaHeschlhzen 54 gelagert ist, die um die obere Außenfläche des Tragzapfens 42 angeordnet sind. Das obere Ende der Verschlußstange 46 wird von einer Druckfeder 55 erfaßt und nach unten gedrückt. Der obere Bereich der Verschlußstange 46 weist eine konische Schulter 59 auf, welche mit drei radial und übei den Umfang verteilt angeordneten federbelasteter Verschlußbolzen 56 (von denen nur einer sichtbar ist zur Lagesicherung des Magazins 30 gegenüber dei Welle 43 zusammenarbeitet

In der Übergabestellung 31C für die Sprühkammei 34 wird ein Luftdruckzylinder 57 betätigt, der die Nu tenwelle 51 und deren Nabe 50 anhebt und so di< Treibzapfen 49 in die Ausnehmungen 48 einfuhr) Wenn die Nabe 50 angehoben ist, so berührt ein mittij angeordneter Schubzapfen 58 die Verschlußstange 4( und drückt sie nach oben, um den Querzapfen 53 au den Haltcschlitzen 54 zu heben und so die Drehbarkei der Welle 43 herzustellen. Die konische Schulter de Verschlußstange 46 drückt auf die federbelastete

Schließbolzen 56 und zwingt die Schließbolzen 56 damit in formschlüssigen Kingriff mit dem Magazin 30. Die Nutenwelle 51 wird zusätzlich gedreht, wobei sich die Nabe MK die geflanschte Welle 43 und das Magazin 10 mitdrehen und die Rahmen 44 weitcrschalten in Stellungen, in denen die Halter 20 in die Sprühkammer 34 gefördert werden können. Wenn die taktweise Vv2iterschaltung der Rahmen 44 vollendet ist, wird die Nabe 50 zurückgezogen und der Querzapfen 53 durch die Druckfeder 55 erneut nach unten in seine Blockierlage in einem Paar der Halleschlii/c 54 gedruckt, wodurch die Welle 43 und die Magazinrahmen 44 an einer weiteren Bewegung gehindert sind, während die Magaz.inkammer 31 in die Entladcsteliung 3M weiterbewegt wird.

Der Boden der Magazinkammer 31 ist des weiteren mit einer Reihe von über den Umfang im Abstand angeordneten öffnungen 61 versehen, welche laktweise in eine Lage geschaltet werden, in der eine Schubstange 62 im Takt durch die Ausnehmungen 62 geschoben ^ao werden kann, um jeden Halter 20 in die Sprühkammer 34 zu befördern.

Es soll nun das Beladen oder Beschicken einer Magazinkammer 31 mit einem Magazin von Schichtträgern 21 erläutert werden, was in der Ladestellung 3M gc- »5 schicht. Die Magazinkammer 31 weist in ihrem mittleren Bereich ein äußeres Gürtclband 66 auf. Das Gürtclband 66 ruht auf den Rändern eines Armes 67 des Joches 32. Wenn eine Magazinkammer 31 in der Ladestellung ist. so wird eine mit einer Aushöhlung versehene, schlüsseiförmige Platte 68 von einem Luftdruckzylinder 69 vorgeschoben und gelangt mit der Unterseite der Magazinkammer 31 in Berührung. Die Platte 68 ist mit einem im Querschnitt O-förmigen Dichtring 71 bestückt, der an der Unterseite der Magazinkammer 31 anliegt und die öffnungen 61 gegen das Vakuum im Gehäuse 33 abdichtet. Durch das Vorschieben bzw. Hochschieben der Platte 68 bewegt sich die Magazinkammer 31 nach oben, so daß ihr oberer Flanschbereich einen im Querschnitt O-förmigen Dichtring 72 in einer Nut an einer entgegenragenden vorspringenden Mündungspartie eines Eintrittszylinders 73 berührt, welcher sich durch eine Öffnung im Gehäuse 33 erstreckt. Das obere Ende des Eintrittszylinders 73 ist durch einen schweren Metalldecke! 74 abgedichtet. Wenn die Magazinkammer 31 in ihrer angehobenen Stellung ist, wird Luft oder trockenes Gas durch eine Öffnung 76 eingelassen, um den Druck innerhalb der Magazinkammer 31 dem der Umgebungsatmosphäre anzugleichen. Der Metalldeckel 74 wird sonach abgehoben und ein fertig mit Haltern 20 bestücktes Magazin 30 in die Magazinkammer 31 eingesetzt. Nach der Beendigung des Ladevorganges wird der Metalldeckel 74 wieder in die Dichtstellung gebracht. Sodann wird die Verbindung der öffnung 76 mit der Umgebung unterbrochen und zur Herstellung eines Vakuums Luft durch die öffnung 76 abgesaugt. Dieses Vakuum kann zunächst durch eine mechanische Pumpe erzeugt und anschließend mit Hilfe einer Diffusionspumpe seinem endgültigen Wert angenähert werden. Wenn das Vakuum in der Magazinkammer 31 wiederhergestellt ist. wird die Platte 68 abgesenkt, worauf die Magazinkammer 31 wieder von dem Arm 67 des Joches 32 unterstützt wird.

Das Joch 32 ist an einer drehbaren Welle 77 befesiigt. die mit geeigneten Abdichtungen und Lagern im unteren Bereich des Gehäuses 33 angeordnet ist. Die Welle 77 wird durch ein Kegelradgetriebe 78 getrieben.

welches seinerseits durch eine geeignete solenoidgesteuert taktweise schaltbare Antriebseinheit in Drehbewegung versetzt wird, um die Welle 77 und das Joch 32 im Takt weiterzuschalten. Die nicht näher dargestellte solenoidgestcuerte Antriebseinheit wird im Anschluß an jede abgeschlossene Beladung der Magazinkammer 31 mit einem Magazin 30 von beschichteten Schichtträgern 21 betätigt und schaltet das Joch 32 in eine um 120" gedrehte Stellung weiter. Während jeder Drehung der Welle 77 wird eine mit unbeschichteten Schichtträgern 21 beladene Magazinkammer 31 zur Entgasungssteiiung 31B (vergleiche F i g. 2) befördert. Insoweit, als das Vakuum oder der Unterdruck in dem Gehäuse 33 ständig aufrechterhalten wird, liegt die Temperatur innerhalb des Gehäuses 33 höher als in der Umgebungsatmosphäre, so daß die vorerhitzten Schichtträger 21 vor ihrer Weiterbeförderung in die Sprühkammer 34 noch weiter entgast werden.

Beschickungseinrichtungen für die Sprühkammer

Wie an Hand der Fig.3 erläutert werden kann, schaltet das |och 32 jede Magazinkammer 31 in die Stellung 31C, von wo aus die Schichtträger 21 in die Sprühkammer 34 hineinbefördert werden. Nach der Weiterschaltung der Magazinkammer 31 in diese Stellung wird der Luftdruckzylinder 57 betätigt, um die Tmibzapfen 49 in die Ausnehmungen 48 des Antriebsflanschcs 47 einzuführen. Die solenoidgesteuert schaltende Antriebseinheit 52 wird sodann betätigt und dreht einen Antriebsriemen 78, der laktweise ein Zahnrad 79 auf der Nutenwelle 51 bewegt, das seinerseits die Nutenwelle 51. die Nabe 50, die geflanschte Welle 43 und das Magazin 30 absatzweise in Drehung versetzt und jeden Halter gegen einen Schlitz 146 im Gehäuse 33 ausrichtet. Wenn jeder Haller 20 mit dem Schlitz 146 fluchtet, wird die Schubstange 62 mit ihrer oberen Rolle 80 hochgeschoben, so daß die Rolle 80 die Führungsplatte 28 des Halters 20 berührt. Die Bewegung der Schubstange 62 wird durch eint übliche Kugeimutter-Schraubenanordnung 81 bewerkstelligt, die ihrerseits durch eine solenoidgesteuerte Antriebseinheit 82 gesteuert wird. Der Halter 20 bewegt sich sodann, von Führungselementen 83 ausgerichtet, durch den Schlitz 146 im Gehäuse 33 und zwischen einem Paar seitlicher schienenförmiger Stützen 84 nach oben, bis das obere Querglied 23 des Halters 20 von einem Paar einer Gruppe von Federklammern 65 erfaßt wird, die von einem oberen Rahmenteil 86 des Drehhalters 36 nach unten ragen. Der Drehhalter 36 weist fern- » einen unteren Rahmenteil 89 (vergleiche Fig.4) auf, der an einer Nabe 91 einer Antriebswelle 92 befestigt ist. Die Antriebswelle 92 wird von einer solenoidgesteuerten Antriebseinheit 93 taktweise weitergeschaltet. Der untere Rahmenteil 99 ist gegen den übrigen Drehhalter 36 durch zwischengeschaltete Isoliersäulen 95 elektrisch isoliert, wobei der Hauptteil des Drchhal ters 36 sich auf den Isoliersäulen 95 abstützt.

Wenn die Schubstange 62 einen Halter 20 in die Sprühkammer 34 befördert, so unterstützt die Rolle 8( den Haller 20 im Bereich der Führungsplatte 28. Di« Fcderklammem 85 sind zwar an sich s'.ark genug, un den Halter 20 festzuhalten, zur Sicherung der stabilei Lage der Halter 20 während des Wcitcrschaltens durcl die Sprühkammer 34 bewegt sich der mit Rädern 26.2 versehene Halter 20 auf einer Schiene 101 (vergleich F i g. 3 und 4). Beim Wciterschalten des Drehhaltcrs 3 läuft das Rad 26 auf die Schiene 101, während die Für

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rungsplatte 28 auf der Rolle 80 anliegt. Nachdem auch das Rad 27 auf die Schiene 101 aufgelaufen ist. wird ein mit beschichteten Schichtträgern 21 versehener Halter 20 auf die Rolle 80 aufgesetzt.

Sprühkammer

Die konstruktiven Einzelheiten der Sprühkammer 34 gehen insbesondere aus den Fig.4 und 5 hervor. Die Sprühkammer 34 weist einen äußeren Hohlzylinder 102 auf. der zwischen einer Kopfplatte 103 und einer Bodenplatte 104, die abgedichtet auf der Oberseite des Gehäuses 33 angeordnet ist. gehalten ist. Der Hohlzylinder 102 ist aus Aluminium hergestellt und an seiner Innenseite eloxiert, um die Wärtneabsorplion zu begünstigen. Um die Außenoberfläche des Hohlzylinders 102 herum ist ein Rohr oder ein drahtförmiger Stab 106 in Spiralwindungen gelegt. Über die Spiralwindungen ist eine trommeiförmige Manschette 107 gesetzt, so daß ein spiralförmiger Kanal zwischen den Windungen, der Außenfläche des Hohlzylinders 102 und der Innenfläche der trommeiförmigen Manschette 107 gebildet ist. Durch diesen spiralförmigen Kanal wird Wasser gefördert, um die Wärmeableitung weiter zu verbessern. Im Hohlzylinder 102 ist ein weiterer, an der Kopfplatte 103 befestigter innerer Zylinder 108 koaxial angeordnet, der ebenfalls aus Aluminium besteht. Der innere Zylinder 108 weist einen umlaufenden Kanal 109 und Verbindungskanäle 111 und 112 auf. die sich vom Kanal 109 in Längsrichtung weg erstrecken. Der Kanal 109 ist durch eine Zuleitung 113 mit einem Speicher für inertes Gas oder für eine Mischung von inertem mit reaktivem Gas verbunden, wie etwa einer Mischung aus Argon und Stickstoff. Das Gas wird durch die Kanäle 109.111. 112 verteilt und durch eine Reihe von Auslassen 114 ausgestoßen. Die Auslässe 114 fluchten mit Durchlässen 116 in einer zylindrischen Kathode 117. die aus Tantal oder einem anderen Metali besteht, welches auf die Schichtträger 21 aufgesprüht werden soll. Wie sich aus den F i g. 5 und 6 ergibt, sind die Durchtritte 116 gegen eine Reihe von streifenförmigen Schirmplatten 118 ausgerichtet, welche sich in Längsrichtung der Kathode 117 erstrecken und aus demselben Material wie die Kathode bestehen können. Die Schirmplatten 118 sind dabei mit der Kathode 117 leitend verbunden, so daß sie als Bestandteile der Kathode wirken. Das aus den Auslässen 114 und den Durchlässen 116 tretende Gas trifft auf die Schirmplatten 118 und wird zu den anschließenden Oberflächenbereichen der Kathode 117 abgelenkt.

Zur Steuerung der Hitze ist die Innenseite des inneren Zylinders 108 mit Wasser gekühlt. Das Wasser wird durch ein Rohr 121 zugeführt, tritt in ein Sackloch 122 ein und steigt sodann nach Gben, wo es von einer Rohranordnung 123 abgeführt wird.

Der Zylinder 108 ist mit Dichtringen 131 und 132 O-förmigen Querschnittes bestückt, um den Durchtritt von Wasser in die Sprühzone auszuschließen. Der äußere Hohlzylinder 102 ist ebenfalls mit Dichtringen 133 und 134 O-förmigen Querschnittes versehen, um gegen die Umgebungsatmosphäre abzuschließen Die Wirkungsweise des Dichtringes 131 soll als typisch näher erläutert werden: Die Kopfplatte 103 ^eist einen Einschnitt auf, in den der obere Abschnitt des inneren Zylinders 108 mit einer abgesetzten Kante eingreift. Der Ausschnitt in der Kante des Zylinders 108 nimmt den Dichtring 131 auf, der andererseits die Kopfplatte 103 abstützt, deren Gewicht somit den Dichtring 103 auf Druck belastet. Das Wasser im Inneren des Zylinders 108 muß die Berühmngslinien 131a und 131 b oder die Linien 131c und 131c/ passieren, bevor es zur Sprühzone gelangt. In anderen Worten, gewährleistet die Pressung der O-Ringe sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung zwei Berührungslinien, die vom abzudichtenden Medium passiert werden müssen, bevor das abzudichtende Medium durch die Dichtung dringt. Wie insbesondere aus. F i g. 5 hervorgeht, liegt jeder

»ο Halter 20 für die Schichtträger 21. zwischen benachbarten schienenförmigen Stützen 84 des Drehhalters 36 gelagert, während des Sprühvorganges im radialen Raum zwischen zwei benachbarten Schirmplatten 118 Infolge der ebenen Ausbildung der Schichtträger 21

«5 liegt der mittlere Bereich jedes Schichtträgers 21 näher an der zylindrischen Oberfläche der Kathode 117 und würde somit eine stärkere Beschichtung erhalten. Zum Ausgleich dieser geometrischen Inhomogenität und zur Gewährleistung einer gleichförmigen Beschichtung mit Sprühmaterial ist ein Paar von Schirmplatten 136. 137 vorgesehen, die in der Spriihzone zur teilweisen Abschirmung des Spriihmaterials angeordnet sind und das Sprühmaterial während der Zeit, in der jeder Schichtträger 21 in der Sprühkammer 34 ist. an zwei Stellen

as abfangen. Die Schirmplatte 136 ist als Winkeleisen mit senkrecht aufeinanderstchenden Schenkeln ausgebt! det. um ein Verwerfen durch die beim Sprühvorgang entstehende Hitze zu verhindern. Die Absehirinwirkung durch die Schirmplatte 136 ist derart, daß die seitliehen Randbereiche jedes Sihichtträgers 21 voll den Sprühstrahlen ausgesetzt sind. Dabei ist zu beachten. daß die streifenförmiges) Schirmplatten 118 in Richtung auf dieselben Randbereiche hin vorstehen, so daß dadurch, daß die Schirmplatten 118 als Teil der Kathode 117 wirken, diese Randbereiche einer verstärkten Besprühung ausgesetzt sind. Die Wirkung dieser Maßnahmen insgesamt führt dazu, daß das Sprühmaterial die die Sprühkammer 34 verlassenden Schichtträger 21 in einer gleichförmigen Schicht bedeckt.

Wenn der Drehhalter 36 in einer Kreisbewegung die koaxial angeordnete Kathode 117 umrundet und ein mit einer filmartigen Schicht versehener Schichtträger 21 in fluchtende Stellung zum Schlitz 146 gebracht ist. so wird eine obere Schubstange 141 von einem Mecha-

.nismus 142 aus betätigt, der im Aufbau demjenigen zur Betätigung der Schubstange 62 entspricht, so daß der betreffende Halter 20 aus dem Eingriff der Federklammern 85 heraus nach unten gegen die immer noch in ihrer oberen Stellung befindliche Schubstange 62 ge-

drückt wird. Die Schubstangen 141 und 62 bewegen sich nun gemeinsam nach unten, um den Halter 20 zurück in das Magazin 30 zu befördern. Wenn das Magazin 30 vollständig mit beschichteten Schichtträgern 21 angefüllt ist. dann wird erneut der solenoidgesteuerte

Schaltmechanismus für das Joch 32 in Betrieb gesetzt und befördert die Magazinkammer 31 zurück in ihre ursprüngliche Lage 31A. Nachdem Luft in die Magazinkammer 31 eingelassen worden ist. wird der Deckel 74 abgehoben und das Magazin 30 mit den fertig beschich-

teten Schichtträgern 21 in den Haltern 20 entfernt, wonach die Magazinkammer 31 mit einem neuen Magazin 30 mit unbeschichteten Schichtträgern 21 bestückt wird.

Der Betrieb der verschiedenen solenoidgesteuerten Antriebseinheiten und ihrer Luftdruckzylinder kann hinsichtlich der einzuhaltenden Arbeitstakte durch ein nockengesteuertes Kontrolle^ment in derjenigen Folge gesteuert werden, die in dem Zeitdiasrarhm der

F i g. 8 veranschaulicht ist. Alternativ können die einzelnen Arbeitsphasen im Betrieb der verschiedenen Mechanismen der Vorrichtung jedoch auch durch eine Reihe von Endschaltern und einen elektrischen Steuer kreis gesteuert werden. Die spezielle Ausbildung der Mittel zur Steuerung der Arbeitstakte kann auch auf andere Weise erfolgen, sofern damit die verschiedenen Arbeitsschritte in der beschriebenen Reihenfolge steuerbar sind.

In F i g. 7 ist eine alternative Anordnung zur Benetzung der Kathode 117 mit inertem Gas dargestellt. Die Schirmplatten 118 sind hierbei durch eine Reihe von Beizen 151 ersetzt, die in den Durchlässen 116 der Kathode 117 sitzen. Die Bolzen 151 weisen jeweils ein Sackloch 152 und ein Paar von Schlitzen 153 auf, wobei «5 das Sackloch 152 den aus dem hiermit fluchtenden Auslaß 114 austretenden Gasstrom ausgesetzt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß das Ende des Bolzens 151 im Bereich seines Sitzes dem vergleichsweise kühlen inneren Zylinder 108 frei zuliegt. Die vorstehenden Bolzen ao 151 wirken als Teil der Kathode 117 und liegen den Randbereichen der Schichtträger 21 in den Zeiträumen zwischen den Schalttakten des Drehhalters 36 näher, so daß eine gleichförmigere Ablagerung der Metallschicht auf dem Schichtträger 21 gewährleistet wird. »5

Zeitliche Lage der Arbeitstakte

In der Ladestellung 31 Λ, bei entferntem Deckel 74. wird ein vorerhitztes Magazin 30 (vergleiche F i g. 2 und 3) mit immer noch warmen Haltern 20 und Schichtträgern 21 in die Magazinkammer 31 eingeführt. Nach der Füllung der Maga/.inkammer 31 wird der Deckel 74 wieder aufgesetzt und die Luft durch die Öffnung 76 abgesaugt, so daß der erwünschte Unterdruck entsteht. Die schlüsseiförmige Platte 68 wird nach Art einer Hebebühne abgesenkt und setzt die Magazinkammer 31 wieder auf dem Joch 32 ab. Das Joch 32 wird sodann zur Entgasungsstellung 31B weitergcschaltct und dort gehalten, während eine der anderen Magazinkammern 31 entladen und wieder erneut geladen und die andere Magazinkammer 31 in Transportverbindung mit der Sprühkammer 34 steht. Beim nächsten Schaltschritt des Joches 32 wird das entgaste Magazin 30 mit den Schichtträgern 21 in die Ladestellung zur Sprühkammer 34 gebracht. Die Kupplung im Bereich der Nabe 50 und des rlansches 47 wird durch Betätigung des Druckluftzylinders 57 hergestellt, so daß das Magazin 30 anschließend weitergeschaltet werden kann. Die Schubstange 62 wird betätigt und befördert den ersten ausgerichteten Halter 20 durch die fluchtenden Schlitze 146 und 147 an der Oberseite des Gehäuses 33 und in der Bodenplatte 104 der Sprühkammer 34 in den Drehhalter 36. Diese fluchtenden Schlitze 146 und 147 tangieren die anschließende kreisförmige Bewegungsbahn der Halter 20 in der Sprühkammer 34. Der Drehhalter 36 wird sodann weitergeschaltet und der aufgenommene Halter 20 so weiterbewegt, daß die Räder 26 und 27 auf die Schiene 101 auflaufen. Die Halter 20 werden dabei durch die Federklammern 85 gehalten, wobei die in der Schiene 101 laufenden Räder 26 und 27 eine stabile Lage der Schichtträger 21 während des Sprühvorganges gewährleisten. Über die Leiter 15Γ wird eine Hochspannung angelegt, wohingegen der innere Zylinder 108 und der Drehhaltcr 36 geerdet sind.

Der Drchhulter 36 wird nunmehr weitergeschall-st und bewegt die Halter 20 auf einer kreisförmigen Bahn um die koaxial gelegene Kathode 117 herum. Die streifenförmigen Schirmplattcn 118 der Kat'ede 117 wirken mit den Schirmplatten 136 und 137 zusammen, um sicherzustellen, daß die Ränder der Schichtträger 21 Sprfihmaierial in derselben Menge erhalten wie die mittleren Bereiche der Schichtträger.

Durch die Bewegung des Drehhaltcrs 36 wird ein Halter 20 mit beschichteten Schichtträgern ii über die fluchtenden Schlitze 146 und 147 gebracht, so daß die Führungsplatte 28 auf der Rolle 80 der immer noch in der oberen Lage befindlichen Schubstange 62 aufsitzt. Die Schubstangen 141 und 62 bewegen sich nun gemeinsam und lassen den Halter 20 in das Magazin 30 hinab. Das Magazin 30 wird sodann durch den Antrieb über die eingerastete Kupplung — die Treibzapfen 49 der Nabe 50 greifen in die Ausnehmungen 48 im Treibflansch 47 ein — um eine Stellung weitergeschaltct. Dieser Arbeitstakt hält an. bis das Magazin 30 voll mit einer filmarligen Schicht versehenen Schichtträgern 21 beladen ist. Sodann wird das |och 32 weitergeschaltet und befördert die Magazinkammer 31 unter den Dekkel 74, wonach das Entladen und erneute Laden der Magazinkammer 31 mit den Magazinen 30 stattfinden kann.

Wenn die Vorrichtung zur Beschichtung mit Beta-Tantal benutzt wird, so wird als inertes Gas Argon in die Sprühkammer eingeführt. Wenn der Film aus Beta Tantal für die Herstellung eines Oxyd-Dielektrikums eines Kondensators verwendet werden soll, dann muß ein vergleichsweise dicker Film von beispielsweise 5000Ä in längerer Zeit aufgebracht werden. Dies kann bei der beschriebenen Vorrichtung sehr einfach dadurch erreicht werden, daß der Zeitabstand der Schalttakte der verschiedenen Aggregate der Vorrichtung vergrößert wird. Wenn mit de> Vorrichtung ein Film von Tantalnitrid für die nachfolgende Fertigung von Widerstandselementen hergestellt werden soll, so wird für das in die Sprühkammer 34 einzuführende Gas eine Mischung aus Argon und Stickstoff benutzt. In diesem Fall ist es erforderlich, die Wärme in den Schichtträgern 21 zu halten, um Widerstände mit eir.-.ιπ geringen Temperaturkoeffizienten für den Widerstand zu erhalten. Diese Erwärmung kann dadurch erreicht werden daß ein dünnes reflektierendes Blatt aus rostfreien" Stahl hinter jeden in einem Träger 20 gelagerter Schichtträger 21 angeordnet wird.

Die einzelnen Einheiten der Vorrichtung können bei spielsweise auch so angeordnet werden, daß das Jocl 32 die Magazinkammer 31 von oben auf die Sprühkam mer 34 aufsetzt, anstatt von unten am Boden de Sprühkammer 34 ansetzt. In diesem Falle wird der Be förderungsmechanismus umgekehrt und werden dem zufolge die Halter 20 nach unten statt nach oben ge schoben, um den Drehhalter 36 zu beladen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum fortlaufenden Aufbringen metallischer Überzöge auf ebene Werkstöcke mittels Kathodenzerstäubung, bei dem zur Aufnahme der gnbeschichteten Werkstücke eine Magazinkammer vorgesehen ist, deren Atmosphäre sich 3n die steuerbare Zerstäubungsatmosphäre einer Sprühkammer anpassen läßt, und bei dem eine Transportvorrichtung die Werkstücke von der atmosphärisch angepaßten Magazinkammer in die Sprühkammer befördert, in welcher die Werkstücke während einer vorwählbaren Zeitdauer mit ihrer zu beschichtenden Seite einer Zerstäubungsquelle gegenüber liegen, und bei dem die Transportvorrichtung nach erfolgter Beschichtung sämtlicher Werkstücke diese in die Magazinkammer zurückbefördert aus der die Werkstücke nach dem Wiederherstellen der Umgebungsa-mosphäre ohne Störung der Spriihkamrneratmosphäre zu entnehmen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Werkstücke (Schichtträger 21) in der Sprühkammer (34) ringförmig um die zylindrisch geformte Zerstäubungsquelle (Kathode 117) im jeweils gleichen Abstand zu ihr angeordnet sind, wobei die zu beschichtenden und der Zerstäubungsquelle zugewandten Seiten der Werkstücke (21) die Quelle (117) nach Art eines Vielecks umhüllen, und daß die in die Sprühkammer (34) eiiijebrachten Werkstücke (21) gleichzeitig beschichtet werden.

2. Verfahren r.ach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke (21) schrittweise durch eine Vielzahl von haltestellungen um die zylindrisch geformte Zerstäubungsquelle (117) gedreht werden, wodurch jedes Werkstück einmal eine Kreisbahn durchläuft, daß nach jeder Weiterdrehung der Werkstücke eine Kathodenzerstäubung erfolgt, und daß während jeder Zerstäubung innerhalb des gesamten Zerstäubungszyklus der mittlere Oberflächenbereich einer bestimmsen Anzahl von Werkstücken von dem Metallniederschlag abgeschirmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der Quelle (117) im Inneren der Quelle ein Kühlflüssigkeitsstrom erzeugt wird, und daß zur Kühlung der Werkstücke (21) ein weiterer Kühlflüssigkeitsstrom an der AuUenseite des Gehäuses der Sprühkammer (34) erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasstrom durch eine Anzahl von Auslässen (114) in der Wandung der zylindrischen Quelle (117) erzeugt wird, und daß das aus den Auslässen (114) strömende Gas gegen Schirmplatten (118) gerichtet ist. welche das Gas über die Zylinderfläche der Quelle (117) verteilen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Schirmplatten (118) zur Zerstäubung der Metallteilchen auf die Werkstücke (21) herangezogen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß für das aus den Auslässen (114) ausströmende Gas eine Mischung aus Stickstoff und Argon verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrisch geformte Zerstäubungsquelle (117) aus Tantal besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurcl· gekennzeichnet, daß die Innenwände der Spröh kammer (34) als wärmereflektierende Oberflächer ausgeführt sind.