DE2126095A1

DE2126095A1 - Einrichtung zum Ablagern eines Ma tenals auf einer Unterlage

Info

Publication number: DE2126095A1
Application number: DE19712126095
Authority: DE
Inventors: Frank Hamilton Westwood McLaughhn Edward Patrick Braintree Mass Fish (V St A) P
Original assignee: Gillette Co LLC
Current assignee: Gillette Co LLC
Priority date: 1970-08-25
Filing date: 1971-05-21
Publication date: 1972-03-02
Also published as: CA936834A; GB1343137A; NL7107310A; FR2103480A1; US3652443A; FR2103480B1; BE767506A; BR7102802D0; ES391740A1; DE2126095B2

Description

α 1419

The Gillette Company, Boston / Massachusetts (V.st.v.A.)

Einrichtung zum Ablagern eines Materials auf einer Unterlage

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Absetzen oder Ablagern eines Materials aui' einer Unterlage und im besonderen zum Auftragen dünner Filme aui" Unterlagematerialien.

Es ist häufig erwünscht, auf eine Unterlage einen gleichmäßig dünnen Film aufzutragen mit Hilfe einer Einrichtung, mit der für industrielle Fertigungszweeke eine große Anzahl von Unterlagen behandelt werden kann, so dass die Fertigungskosten der einzelnen Produkte vermindert werden können, während andererseits der abgelagerte Film eine gleichmäßige 'Dicke auiweisen soll. Ferner sollen die Ablagerungsgeschwindigkeiten beibehalten oder verkürzt werden. Der abgelagerte dünne Film kann für verschiedene Zwecke von .Nutzen sein z.B. bei elektronischen Schaltungselementen, bei denen der dünne Film aus einem elektrisch isolierenden Material oder aus einem HalDleiter bestehen kann.

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Der dünne Film kann andererseits auch zum Schutz einer Fläche dienen. Werden die angeschärften Kanten einer Rasierklinge mit einem dünnen Film aus einem korrosionsfesten Material mit einer Dicke von weniger als 600 Ä versehen, so wird die Rasierwirkung der Rasierklinge erhöht. Bei der gewerblichen Fertigung in großen Stückzahlen müssen solche dünnen Filme genau und gleichförmig aufgetragen werden, und die Erfindung sieht für die Fertigung solcher Rasierklingen eine neue und bessere Einrichtung vor·

Mit der Einrichtung nach der Erfindung können für die Fertigung in großen Stückzahlen auf Unterlagen dünne Filme eines Materials mit größerer Gleichmäßigkeit aufgetragen werden.

Die Erfindung sieht eine bessere Spritzeinrichtung vor, mit der eine unterlage mit einem dünnen Film rascher und/oder mit geringerer Leistung beschichtet werden kann, wodurch die Unterlagen eine längere Leoensdauer bei geringerer Wartung erhalten und regeneriert werden können.

Die. erfindungsgemäße Einrichtung weist aui eine Vakuumkammer, eine Material quelle, eine von der Materialquelle entfernt angeordnete Halteeinrichtung für die Unterlage, ein zwischen der Materialquelle und dem Unterlagehalter angeordnetes Sieb und eine Energieversorgungseinrichtung, die mit der Vakuumkammer in Verbindung steht und bewirkt, dass das Material aus der Materialquelle sich auf der vom Unterlagehalter festgehaltenen Unterlage absetzt, wobei das Material das Sieb durchdringt. Das Sieb ist auf einer Achse verschwenkbar angeordnet, so dass es für das zu übertragende Material eine abgestufte Durchlässigkeit aufweist.

Bei bevorzugten Ausführungeformen der Erfindung.weist das Sieb einen ersten G-rad von Durchlässigkeit an einer Stelle auf, die nahe an der Verbindung der Ensrgieversorgiingseinrichtung mit der Kammer gelegen ist, un& eine größere Durchlässigkeit an einer Stella, die von der Verbindung der Snergievsrsorgungseinriohtung mit daia Vakuumdurohlass satfer-nt gelegen is"b₃ und die sich in der Vakuumkammer gegenüber der genannten Verbindung befindet. Me MaacheJiweite d©s Siebs beträgt vorzugsweise mehr als 4 mesh, während bei einer besonderen Ausführungsform die Maschen im oberen I'eii des Siebes ©ine Weite von 2 aiesh und im

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unteren Teil des Siebes eine Weite von 1 mesh aufweisen_e

Eine besondere Ausführungsform der Erfindung besteht aus einer Einrichtung, mit der die angeschärften Kanten von Rasierklingen mit einem dünnen Ji¹Um eines korrosionsfesten Materials beschichtet werden_o In der Kammer befindet sich ein Aufbau, der eine Vielzahl von Rasierklingen so abstützt, dass diese mit einander einen Stapel bilden, wobei die angeschärften Kanten aux einander ausgerichtet sind. Parallel zur Achse des den Stapel tragenden Aufbaus ist ein langgestrecktes Zielglied angeordnet, zwischen dem und dem den Stapel tragenden Aufbau das Sieb angeordnet ist. Das Sieb weist eine elektrische Verbindung mit dem den Stapel tragenden Aufbau auf. In der Kammer wird ein Ionenplasma erzeugt mit der Wirkung, dass die in den Kammer befindlichen Ionen das Zielglied bombardieren und von diesem Material durch das Sieb hindurch auf die angeschärften Kanten der Rasierklingen transportieren, so dass das Material auf den angeschärften Kanten der Rasierklingen im Stapex einen dünnen, haftenden und korrosionsfesten Belag bildet.

Mit den Einrichtungen nach der Erfindung können aux Unterlagen dünne Filme mit größerer Gleichförmigkeit wirksam aurgetragen werden, wodurch die Unterlagen eine längere Lebensdauer erhalten. Die Erfindung wird nunmehr ausführj-ich beschrieben.

In den beiliegenden Zeichnungen ist die

Fig.1 ein senkrechter Schnitt durch eine Einrichtung nach der Erfindung,

Pig.2 ein waagerechter Schnitt durch die in der Fig.1 dargestellte Einrichtung nach der Linie 2-2 in der Fig.1,

Fig.3 ein vergrößert gezeichneter Schnitt durch die in der Fig.1 benutzte Ziel- und Siebanordnung und die

Fig.4 eine Darstellung von zwei Kennlinien, die die Arbeitsweise einer bekannten Einrichtung und der Einrichtung nach der Erfindung zeigen.

Die in der Fig,1 dargestellte Einrichtung weist eine Kammer 10 aus nichtrostendem Stahl mit einem Durchmesser von 61 cm und mit einer Höhe von 81 cm auf, die mit dem Sockel 12 zusammenwirkt,

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_ 4 —

Der Sockel 12 stellt über einen Durchlass 14 niit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe in Verbindung. In der Kammer 10 sind an einer ringförmigen Anordnung 16 achtzehn Rasierklingenstapelhalter 18 um ihre eigenen senkrechten Achsen drehbar gelagert. Die Anordnung 16 wird durch die Stützen 20 vom Sockel 12 elektrisch isoliert gehalten. Jeder Rasierklingenstapelhaxter 18 weist eine Basis und eine verhältnismäßig steife und langgestreckte Schiene 22 aui, die den Rasierklingenstapex zusammenhält und an einem oberen Ring 28 befestigt ist» Ein Leiter 30 stellt über eine Kontaktdurchführen 52 eine elektrische Verbindung zwischen den Klingenstapeln 24 wad dem Sockel 12 her» Mit der Ringanordnung 16 steht eine Antriebswelle 34 in Verbindung und dreht die Klingenstapel 24 über die Zahnräder 36, wenn die Antrieb smechanik 38 betätigt wird. Jeder Rasierklingenstapel ist beispielsweise 30,5 cm lang und enthält 3*000 zweischneidige Rasierklingen oder 1200 einschneidige Insektorklingen. Die angeschärften Kanten der Rasierklingen in jedem Stapel weisen von der Achse der Kammer 10 einen Abstand von 17 cm auf· Im Rahmen des Erfindungsgedankens können für diesen Zweck natürlich auch andere Anordnungen und Halterungen vorgesehen werden.

In der Kammer 10 ist koaxial zu deren Achse ein Zielstab angeordnet, der anfangs einen Durchmesser von 3_f2 cm besitzt· Der Stab 40 ist an der Deckplatte 42 der Kammer 10 mittels eines Isolators im Auf bau 44 auf gehängt, der eine cLen Isolator schützende Dunkelraumabschirmung bildet· Der unterhalb der Abschirmung freiliegende Seil des Stabes 40 weist bei dieser Ausführungsform eine IMnge von 73»6 cm auf und ist symmetrisch zu den Rasier— klingenstapeln 24 gelegen. An den Stab 40 ist ein Anpassungsnetzwerk und ein im Gehäuse 48 angeordneter Oszillator angeschlossen, der Schwingungen mit einer Frequenz von 13,56 MHz erzeugt·

An der Abschirmung 44 ist ein aus nichtrostendem Stahl bestehender Zylinder 50 mit einem Durchmesser von 8,2 cm vmd einer Wandstärke von 1*6 mm herabhängend befestigt, der den Stab 40 umschließt· Am unteren Ende 52 des- Steuersjlinders 50 ist eine Platte 118 aus nichtrostendem Stahl befestigt. Zwei, bei 54 symbolisch dargestellte Heimholtz-Spulen umgeben die Kammer 10 und erzeugen bei Erregung ein senkrechtes Magnetfeld in der Kammer

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10 mit einer Feldstärke von ungefähr 70 Gauss.Je nach dem besonderen Verwendungszweck und der Art des zu erzeugenden lilmes kann der Stab 40 verschieden ausgestaltet werden und besteht bei der vorliegenden Ausführungsform aus mit einander abwechselnden Chrom- und Platin-Abschnitten, die in gleichen Abständen angeordnet sind, so dass die freiliegende Oberfläche der Stabanordnung aus 19% Platin und 81$ Chrom besteht.

Wie aus der Fig.3 zu ersehen ist, ist die Dunkelraumabschirmung 44 an der Deckplatte 42 mittels Schrauben 58 befestigt. Der Stab 40 besteht aus einem zylindrischen Glied 60 mit einer kugelförmigen Fläche 62 an dem einen Ende und mit einem Verbindungsglied 64 am anderen Ende, das in einen Lagerblock 66 eingeschraubt ist» Eine elektrisch isolierende Scheibe 68 ist an den Lagerblock 66 mit Hilfe eines Abdeckringes 70 und Schrauben 72 angeklemmte In der gxeichen Weise ist der,Außenrand der Isolatorscheibe 68 an die Deckplatte 42 mittels eines Ringes 74 und der Schrauben 76 angeklemmte Zum Abdichten sind die Dichtungsringe 78 und 80 vorgesehene Durch den Lagerblock 66 und den Zylinder hindurch erstreckt sich koaxial ein Kühlmittelleitungsrohr 82 zum unteren Auslassende 84· Eine Hülse 86 bildet mit der Innenseite des Zylinders 40 eine ringförmige Rückleitung für das Kühlwasser, das nach oben durch das Verbindungsglied 64 und den Lagerblock 66 sowie durch die Rohrleitung 88 strömt. Durch eine Kupferrohrverbindung wird dem Stab 40 die radiofrequente Leistung aus dem Anpassungsnetzwerk zur Schraube 72 zugeführt.

An der Abschirmung 44 ist mittels Abstandsscheiben 90 und Schrauben 92 ein zylindrisches Sieb 50 befestigt. Es sind Abstandsscheiben 90 vorgesehen, die an der Unterseite eine konkave Kugelfläche 94 mit einem Radius von 12,7 cm aufweist_o Mit dieser !Fläche 94 wirkt eine entsprechend ausgestaltete konvexe Kugelfläche 96 eines Flansches zusammen, der am oberen Ende des Siebes 50 befestigt ist· Die beiden kugelförmigen Flächen am Flansch 96 und an der Abstandsscheibe 90 werden von den Klammern 98, den Schrauben 100 und den Verriegelungsgliedern 102 zusammengehalten.

Das Sieb 50 besteht aus einen Zylinder aus nichtrostendem Stahl, dessen oberer Abschnitt 104 49t5 cm lang ist und die quadratischen öffnungen 106 aufweist mit einer Kantenlänge von

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von 11,1 mm (2 mesh), welcher Wert von Abstandsgliedern 108 mit einer Breite von je 1,58 mm bestimmt wirdo Der angrenzende untere Abschnitt 110 mit einer Länge von 22,8 cm ist mit quadratischen öffnungen 112 versehen, die eine Kantenlänge von 23»8 mm (1 mesh) aufweisen und von den Gliedern 114 mit einer Breite von gleichfalls 1,58 mm abgegrenzt werden· In einer Entfernung von ungefähr 12,7 mm unterhalb des Andes des Abschnittes 110 ist eine Endplatte 116 befestigt, deren Unterseite ungefähr 25,4 mm unterhalb des kugelförmigen Endes 62 des Stabes 40 gelegen ist. Die Platte 116 ist mit einer öffnung versehen, die durch eine Platte 118 (HgJ) verschlossen gehalten wird, wenn die Einrichtung in Betrieb ist_e An der Endplatte 116 ist mittels Schrauben 122 ein Ausrichtungsglied 120 befestigt, wie in der l'ig.,3 dargestellt, das mit einem zylindrischen Ansatz 124· versehen ist, dessen Innenbohrung 126 sich über das zylindrische Ende 62 nach dem Befestigen hinauserstrecict.

Bei dem Zusammenbau der Einrichtung wird nach dem Befestigen des Stabes 40 und der Dunkelraumabschirmung 44 an der Deckplatte 42 das Sieb 50 in die Bohrung 126 des Ansatzes 124 eingesetzt, so dass der Ansatz über der zylindrischen Wandung des Stabes gelegen ist, während die Klammern 98 den Plansch 96 an der Kugelfläche 94 festhalten» Die Klammern 98 werden dann fest angezogen, so dass das Sieb 50 auf den Stab 40 koaxial ausgerichtet wird. Danach wird das Ausrichtungsglied 120 entfernt und durch die Endplatte 118 ersetzt.

Vor Inbetriebsetzung der Einrichtung werden die angeschärften Rasierklingen 24 stapelweise auf die Schienen 22 aulgesetzt. Hiernach wird die Kammer 10 aui den Sockel 12 abgesenkt und evakuiert. Unter fortgesetzter Evakuierung wird in die Kammer Argongas eingelassen, wobei in der Kammer das Argon dauernd unter einem Druck von 10 Mikron gehalten wird. An die Rasierklingen wird dann über das Verbindungsglied 30 eine Gleichspannung angelegt, wobei die Kammer geerdet wird, wobei die Klingen durch eine Glimmentladung fünf Minuten lang gereinigt werden. Nach dem Reinigen werden die Klingenstapel und die Kammer geerdet, und es wird an den Stab 40 ein radiofrequentes Potential angelegt. Hierbe i werden Argonionen erzeugt, die den Stab bombardieren

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iind aus den beiden Metallen Atome freisetzen, die sich an den freiliegenden Flächen der Kammer sowie auf den angeschärften Kanten der Rasierklingen absetzen_e Die Absetzungsgeschwindigkeit und das Ausmaß ist eine Funktion der zugeführten Leistung, wenn alle anderen in Betracht kommenden Veränderlichen konstant gehalten werden.

Beispielsweise wurden 60.000 Rasierklingen aus nichtrostendem Stahl mit folgender Zusammensetzung

Kohlenstoff 0,54- - 0,62 $>

Chrom 13,5 - 14,5 #

Mangan 0,20 - 0,50 #

Silizium 0,20 -0,50 #

Phosphor, max. 0,025 ί>

Schwefel, max. 0,020 $>

Hickel, max. 0,50 56

Eisen Rest

angeschärft mit einem eingeschlossenen Winkel von 24,8° und auf achtzehn Schienen 22 aufgesetzt.

Der Druck in der Kammer wurde auf 0,05 Mikron herabgesetzt, und es wurde eine die Entladung aufrechterhaltende Argonatmosphäre in die Kammer eingelassen, wobei der Druck aut 10 Mikron erhöht wurde. Mit einer Spannung von 1600 YoIt wurde eine Gleichstromglimmentladung bei einer Stromstärke von 1100 Milliampere fünf Minuten lang aufrechterhalten. Die Rasierklingenstapel 24 wurden dann geerdet , und an den Stab 40 wurde dann eine radio— frequente Spannung mit einer Frequenz von 13,56 MHz bei einer Leistung von 2,5 Kilowatt angelegt, wobei das Anpassungsnetzwerk auf eine ref IeK tier te Leistung imll für vier Minuten eingestellt wurde. Während des Absinkens der Gleichspannung wurde 15 Sekunden vor dem vollständigen Verschwinden die radiofrequente Leistung zugeführt und allmählich auf 2,5 Kilowatt erhöht. Zugleich erhielten die Helmholtz-Spulen 54 Strom. Nach Ablauf der vier lüinuten dauernden Aufdampfungsperiode wurden die Klingenstapel umgedreht, und die Verfahrensschritte des Reinigens und des Aufdampfens wurden wiederholt. Der resultierende Belag aus der Platin-Chrom-Legierung wies eine Dicke von ungefähr 200 £ auf

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und bedeckte die gesamte Schneidkante der Klingen und erstreckte sich mindestens 0,025 mm über das Ende der Facette hinaus. Bach dem Herausnehmen der Rasierklingen aus der Kammer 10 wurde auf die Schneidkanten ein Belag aus Polytetrafluoräthylentelomer aufgetragen.

Bei der Durchführung des Verfahrens wurden die Klingen· auf eine Temperatur von vorzugsweise 310 - 430⁰C erhitzt und an den Schneidkanten mit einem haftenden Belag aus festem Fluorcarbonpolymer versehen. Diese Rasierklingen wiesen eine ausgezeichnete Rasierfähigkeit und eine lange Lebensdauer auf.

Die graphischen Darstellungen in der Fig»4 zeigen in Ä-Werten die Veränderungen der Dicke eines auf einer ebenen Unterlage aufgetragenen Films als Funktion der Stellungen längs des Stabes 4-0 bei einer in der Fig#1 dargestellten Einrichtung unter Verwendung eines Siebes in einer bekannten Ausführung (Fig.4a) und bei derselben Einrichtung unter Verwendung des oben beschriebenen Siebes nach der Erfindung (Fig«4b). Das Sieb, mit dem die Ergebnisse nach der Fig.4a erzielt werden, besteht aus einem Gewebe aus nichtrostenden Stahldrähten mit einer Maachenweite von ungeführ 1650 Mikron (10 mesh) über die gesamte Länge hinweg mit einer Öffnungsfläche von ungefähr 55$. Zum Erhalten der Ergebnisse nach der Fig.4a wurde eine Leistung von 4 Kilowatt und für die Ergebnisse nach der Fig·4b eine Leistung von 2,5 kW in beiden Fällen 1,5 Minuten lang verbraucht» Wie _aus der Fig»4a zu ersehen ist, erfolgte bei gleichbleibender Maschweite von 1650 Mikron am oberen Teil der Unterlage eine stärkere Ablagerung und am unteren Teil eine schwächere Ablagerung, während die dem Sieb nach der Fig,3 die Gleichmäßigkeit der Ablagerung wesentlich verbessert wurde.

Ferner weist ein Sieb nach der Erfindung eine längere Lebensdauer auf, ist leichter zu regenerieren z.B· durch ein Sandstrahlgebläse, und ferner kann die radiofrequente Leistung und damit die Anforderung an die Kühlanlage herabgesetzt und möglicherweise die Lebensdauer des Radiofrequenzgenerators erhöht werden. Ferner können beiden Stäben 40 wesentliche Kosten eingespart werden, da deren Lebensdauer um ungefähr 40$ verlängert wird.

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An den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können von Sachkundigen im Rahmen des Erfindungsgedankens natürlich ilnerungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden. Die Erfindung selbst wird daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Einrichtung zum Ablagern eines Materials auf einer Unterlage, wobei eine Materialquelle und eine Halterung für die Unterlage in einer Vakuumkammer angeordnet sind, der eine Energiequelle zugeordnet ist, die eine Übertragung des Materials der Materialquelle auf die Unterlage bewirkt, gekennzeichnet durch ein Sieb mit abgestufter Durchlässigkeit für das zu übertragende Material, das zwischen der Materialquelle und der Halterung für die Unterlage angeordnet ist, so dass die Ablagerung des Materials mit im wesentlichen gleicher Dicü© erfolgt.

Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb an der gesamten Fläche eine Durchlässigkeit von mindestens 5»5 mm (4 mesh) aufweist·

3. Einrichtung nach Anspruch } oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb an einer von der Verbindung der Energiequelle mit der Kammer entfernt gelegenen Stexle eine größere Durchlässigkeit aufweist als an einer nahe an der Verbindung gelegenen Stelle.

4-· Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dasa das Sieb mit der Ha±terung für die Unterlagen elektrisch verbunden ist,

5· Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb an einer nahe an der Vakuumverbindung mit der Kammer gelegenen Stelle eine größere Durchlässigkeit aufweist als an einer von dieser Verbindung entfernt gelegenen Stelle»

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6_β Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialquelle aus einem langgestreckten Glied besteht, und dass die Durchlässigkeit des Siebes abgestuft ist in einer parallel zum langgestreckten Glied verlaufenden Richtung und gleichbleibend ist in einer zum langgestreckten Glied senkrechten Richtung.

7«, Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungen für die Unterlagen in einem Kreis um die Llateriälquelle herum angeordnet sind, und dass das Sieb zylindrisch ausgestaltet ist.

8· Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle in der Kammer ein Ionenplasma erzeugt, das die Materialquelle bombardiert, aus dieser Material entfernt und auf der Unterlage ablagert.

9β Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage aus einer großen Anzahl von z.B· zu mehreren Stapeln angeordneten und abgestützten Rasierklingen besteht, die das durch das abgestuft durchlässige Sieb transportierte Material aufnehmen.

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Leersei te