DE3414669C2 - Verdampferzelle - Google Patents

Description

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von der Schmelze her, für die eine Heizeinrichtung vor- und kann praktisch als punktförmig betrachtet werden gesehen ist, zu erwärmen. Jedenfalls ist in allen Fällen und es wird eine genaue Kosinusverteilung der Dampfleicht erreichbar, daß der Stopfen an seiner Stirnseite im strahlung erhalten. Wird dagegen eine größere Dampf-Bereich der Dampfaustrittsöffnung die gleiche oder je austrittsöffnung durch öffnen des Stopfens bewirkt, nach Konstruktion sogar eine höhere Temperatur auf- s kann eine Verteilung erreicht werden, bei der die Richweist als für die Verdampfung erforderlich ist, was die tungen maximaler Dampfemission einen Kegelmantel Betriebssicherheit der Vorrichtung gegenüber allen bilden, dessen Achse mit der Achse des ,Stopfens 8 zuschon vorgeschlagenen anderen Konstruktionen von summenfällt In der Richtung dieser Achse herrscht Verdampferzellen wesentlich erhöht dann ein Minimum der Dampfstrahlung vor. Eine solche Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Er- io Betriebsweise kann vorteilhaft sein, z. B. bei einer Auffindung. Darin haben die Bezugszeichen die folgende dampfanlage, um die auf einer drehenden Kalotte (deBedeutung: ren Achse ebenfalls mit den beiden genannten Achsen

übereinstimmt) befestigte Substrate zu beschichten, wo-

1 Tiegel, z. B. aus Quarz; gegen in Achsrichtung ein anderes Bauteil der Anlage

2 darin befindliches zu verdampfendes Material; is z. B. ein Druck- oder Schichtdickenmeßgerät angeord-

3 die Tiegelöffnung verschließender Deckel, so net werden kann. Wenn der Abstand der Stopfenvordaß ein im wesentlichen geschlossener Ver- derseite von der Dampfaustrittsöffnung ungefähr auf dampfungsbehälter gebildet wird; das Doppelte des Durchmessers der besagten öffnung

4 Dampfaustrittsöffnung im Deckel 3; eingestellt wird, hat die Stopfenstellung: keinen Einfluß

5 elektrische Heizwendel mit Stromzuführun- 20 mehr auf die Dampfverteilung und man erhält wiedergen 6 und 7 zur Beheizung des Tiegels 1; um im wesentlichen eine Kosinusverteilung, allerdings

8 in axialer (vertikaler) Richtung verschiebbarer jetzt mit einer wesentlich größeren effektiven Verhohler Stopfen zur Regelung der Dampfabga- dampfungsfläche.

be durch die Dampfaustrittsöffnung 4; Der Stopfen muß nicht axial durch die Verdamp-

9 Heizwendel mit Stromzuführungen 10 und 11 25 fungszelle hindurchragend angeordnet werden sondern zur Beheizung des Stopfens 8; kann auch seitlich des Verdampfungsgefäßes Platz fin-

12/13 gemeinsame hintereinander liegende (und da- den, wobei durch einen entsprechenden Mechanismus her in der Zeichnung nicht getrennt sichtbare) dafür gesorgt wird, daß er die Dampfaustrittsöffnung in Anschlußklemmen für die Stromzuführungen gewünschtem Maße öffnen bzw. verschließen kann. 6/7 und 10/11; 30

14 Gehäuse; Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

15 zylindrische Strahlenschutzbleche z. B. aus

Molybdän oder Tantal;

16 scheibenförmige Strahlenschutzbleche;

17 Schiebedurchführung des Stopfens 8 durch 35
den Boden des Tiegels 1;

18 öffnung zur Durchführung des Stopfens 8
durch das Gehäuse 14;

19 Bügel zur Halterung der Verdampferzelle und
Anschlußleitungen; 40

20 Feder, welche den Stopfen 8 in Schließposition
zu drücken sucht;

21 Hebel — gelagert bei 22 — zum Heben und
Senken des Stopfens 8;

23 am Stopfen seitlich befestigte Zapfen, an de- 45
nen der Hebel 21 angreift;

24 Hubstange zur Betätigung des Hebels 21;

25 vakuumdichte Durchführung der Hubstange
24 durch die Wand 26 der Vakuumkammer;

27 Kühlmittelleitungen zur Kühlung der Wand 26 50

28 keramisches Röhrchen zur evtl. Einführung eines Thermoelementes;

29 keramische Stützrohre für den Tiegel.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungs- 55
beispiel kann durch Betätigung des Hebels 21 mittels
der Hubstange 24, wie ersichtlich, der Stopfen 8 gehoben und gesenkt und dabei so eingestellt werden, daß
gerade die gewünschte Dampfmenge durch die öffnung
4 austritt. Wenn die Dampfaustrittsöffnung kleiner als 60
die mittlere freie Weglänge der Dampfmoleküle bei der
Temperatur im Bereich der Dampfaustritisöffnung bemessen wird, funktioniert die beschriebene Verdampferzelle als sogenannte Knudsenzelle. Als effektive Verdampfungsfläche wirkt dabei nur die von außen durch 65
die Dampfaustrittsöffnung hindurch gesehene Vorderseite des Stopfens.

Im Falle einer Knudsenzelle ist diese Fläche sehr klein

Claims (4)

1 2 die jedoch gegenüber den Öffnungen in der Behälter-Patentansprüche: wand so versetzt sind, daß die gerade Sichtverbindung zwischen der verdampfenden Substanz und den Sub-

1. Verdampferzelle für die Vakuumaufdampfung straten unterbrochen ist

von dünnen Schichten auf Unterlagen mit einer mit- 5 Als Dampfquellen für Vakuumbedampfungsanlagen

tels eines mechanischen Elementes beeinflußbaren sind auch sogenannte Effusionszellen bekannt, wobei

Dampfaustrittsöffnung zur Steuerung der Dampfab- die zu verdampfende Substanz in einem geschlossenen

gäbe, dadurch gekennzeichnet, daß das Behälter erhitzt wird und der Dampfaustritl durch eine

mechanische Element als im Innern der Zelle (1/3) Öffnung in der Behälterwand erfolgt, deren Durchmes-

angeordneter verschiebbarer Stopfen (8) für die io ser klein ist im Verhältnis zur mittleren freien Weglänge

Dampfaustrittsöffnung (4) ausgebildet ist des Dampfes im Bereich der Austrittsöffnung.

2. Verdampferzelle nach Patentanspruch 1, da- In den letzten Jahren wurden auch zunehmend leidurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (8) hohl aus- stungsfähigere Verdampfer mit großen Verdampfungsgebildet ist und im Innern des Stopfens eine elektri- geschwindigkeiten entwickelt, um das Aufbringen von sehe Widerstandsheizung (9) vorgesehen ist 15 Schichten wirtschaftlicher durchführen zu können. Es

3. Verdampferzelle nach Patentanspruch!, da- zeigt sich aber, daß die mit solchen Verdampfern an sich durch gekennzeichnet, daß die VerdampferzeJle als erreichbaren hohen Verdampfungsgeschwindigkeiten Gefäß (1) ausgebildet ist, in dessen Deckel (3) die oft gar nicht ausgenutzt werden können, weil ihre ther-Dampfaustrittsöffnung (4) und in dessen Boden eine mische Trägheit zu groß ist Zum Beispiel tritt bei der Schiebedurchführung für die Betätigung des Stop- 20 Aufbringung von Schichten aus Stoffgemischen, wobei fens vorgesehen ist die einzelnen Komponenten aus zwei oder mehreren

4. Verdampferzelle nach Patentanspruchs, da- getrennten Verdampfern abgedampft werden, und durch gekennzeichnet, daß Gefäß (1) und Stopfen (8) wenn dabei die Zusammensetzung der Schicht senkaus Werkstoffen mit ähnlichem thermischen Aus- recht zur Schichtoberfläche nach einem vorgeschriebedehnungskoeffizienten bestehen. 25 nen Programm sich ändern soll, das Problem auf, daß bei

zu hohen Verdampfungsgeschwindigkeiten das Mi-

schungsverhältnis nicht schnell genug geändert werden

kann. Die au/ thermischem Wege mittels der dem Verdampfer zugeführten Heizleistung mögliche Einstellung

Die Erfindung betrifft eine Verdampferzelle für die 30 der Verdampfungs- und damit Beschichtungsgeschwin-Vakuumaufdampfung von dünnen Schichten auf Unter- digkeit führt zu Zeitkonstanten in der Größenordnung lagen mit einer mittels eines mechanischen Elementes von 10 bis 60 Sekunden und ist damit für eine wirtschaftbeeinflußbaren Dampfaustrittsöffnung zur Steuerung liehe Fertigung viel zu langsam. Die Verdampfungsgeder Dampfabgabe. Unter Verdampferzelle im Sinne die- schwindigkeit sollte vielmehr mit wesentlich kleineren ser Erfindungsbeschreibung sind als geschlossene Be- 35 Zeitkonstanten so eingestellt werden können, daß sie hälter ausgebildete Verdampfer zu verstehen, bei denen den jeweiligen Erfordernissen des gerade durchzufühder Dampf durch eine oder mehrere Öffnungen in der renden Beschichtungsprozesses entspricht.
Wand des Behälters hindurch austritt Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verdampferzelle

Es sind Dampfquellen mit darüber angeordneten be- zu schaffen, bei der eine schnelle mechanische Steue-

weglichen Blenden bekannt, mit denen der Dampfstrom 40 rung der Dampfabgabe möglich ist.

an- und abgeschaltet werden kann. Damit ist es möglich, Diese Erfindungsaufgabe wird gelöst durch eine Ver-

die Bedampfungszeit den jeweiligen Bedürfnissen anzu- dampferzelle für die Vakuumaufdampfung von dünnen

passen, nicht, aber die Dampfabgabe der Quelle selbst zu Schichten auf Unterlagen mit einer mittels eines mecha-

verändern. nischen Elementes beeinflußbaren Dampfaustrittsöff-

Bekannt ist auch eine Anordnung zur Steuerung der 45 nung zur Steuerung der Dampfabgabe, die dadurch ge-

Bedampfungsgeschwindigkeit beim Bedampfen von kennzeichnet ist, daß das mechanische Element als im

Bändern, bei der zwischen der Dampfquelle und dem Innern der Zelle angeordneter verschiebbarer Stopfen

laufenden Band verstellbare Blenden vorgesehen sind, für die Dampfaustrittsöffnung ausgebildet ist.

mittels deren die Größe des dem Dampfstrahl ausge- Die Anordnung des besagten mechanischen Elemen-

setzten Bandabschnittes und damit die Zeit während 50 tes zur Regelung der Dampfabgäbe im Innern der Zelle

welcher jede Stelle des vorbeilaufenden Bandes der Be- erbringt den großen Vorteil, daß seine Temperatur wäh-

dampfung unterliegt eingestellt werden kann. Auch bei rend der Verdampfung zwangsläufig genügend hoch ist,

dieser bekannten Anordnung wird also nicht die Dampf- um eine Kondensation des Dampfes am Stopfen zu ver-

abgabe der Quelle geregelt sondern nur die Bedamp- hindern, womit die Gefahr, daß der Dampfaustritt infol-

fungszeit jeder Stelle des Bandes. 55 ge von Kondensation am Stopfen nicht mehr sauber

Für die Verdampfung von Substanzen, die beim Auf- gesteuert werden kann oder gar eine Blockierung des

schmelzen zum Spritzen neigen, werden in der Vakuum- beweglichen mechanischen Elementes eintritt, wesent-

verdampfungstechnik auch Dampfquellen verwendet Hch reduziert wird. Außerdem kommt die dem Stopfen

die im wesentlichen als geschlossene, einen Wandteil im Innern der Zelle zugeführte Heizenergie weitgehend

mit Dampfaustrittsöffnungen (Sieb) aufweisende Behäl- 60 auch dem Verdampfungsvorgang zugute,

ter ausgebildet sind. Durch die geschlossene Wand wer- Bei einer besonders bewährten Konstruktion einer

den die Spritzer größtenteils daran gehindert auf die zu Verdampferzelle gemäß Erfindung ist der Stopfen hohl

beschichtenden Substrate zu gelangen. Um auch noch ausgebildet und im Innern des Stopfens eine elektrische

diejenigen Spritzer abzufangen, die durch die Dampf- Widerstandsheizung vorgesehen. Bei manchen Ver-

austrittsöffnungen hindurch in den Aufdampfraum ge- 65 dampfungsmaterialien ist es auch möglich, die Heizung

langen könnten, wurde vorgeschlagen, diese Öffnungen des Stopfens als die einzige Heizung für den Verdamp-

mit einer zusätzlichen Abschirmung abzudecken, die fungsvorgang zu benutzen. Umgekehrt ist es möglich,

ebenfalls Öffnungen für den Dampfdurchtritt aufweist, den Stopfen nicht separat zu beheizen, sondern ihn nur