DE1596906A1 - Verfahren zum Bedecken gekruemmter Flaechen mit einer Materialschicht durch Aufdampfen - Google Patents

Description

"Verfahren zum Bedecken gekrümmter Flächen mit einer Materialechicht

durch Aufdampfen"

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Bei der Herstellung von Interferenzfiltern durch Aufdampfen einer Vielzahl dünner Schichten übereinander ait je einer Dicke gleich einem Viertel oder der Hälfte der zu reflektierenden oder durchzulassenden Wellenlänge, ist es besonders schwierig, insbesondere bei» Bedecken gekrümmter Flächen, gleicha&asig dicke Schichten, oder Schichten mit kontrolliertem Verlauf der Dicke zu erhalten*

InterferenzfLL ter sind Lichtfilter, bei denen die

Durchlässigkeit und der Reflexionsgrad für eine barUaat· Wellenlinie des auffallenden Lichtes von dieser Wellenlänge abhängig sind·

Ihre Wirkung beruht auf Interferons des Licht··, das von den Grenzflächen zwischen übereinander angebrachten Sohiohten aus durchsichtigen dielektrischen Stoffen Bit verschiedenen Br#ch- i zahlen hindurchgelassen bzw« reflektiert wird.

PQr eine gute Wirkung dee Filters ist es notwendig, dass die Sicke der Schicht so gross ist, dass für eins bestimmte Wellenlänge die Phasendifferenz zwischen fan Strahlen, dit an der Oberseite bzw. der Unterseite der Schicht reflektiert werden, bei Verwendung einer Lichtquelle an der Stelle, für die das Filter entworfen ist, unabhängig von der Stelle ist, an der diese Strahlen auf das Filter fallen. Genügen die Schichten dieser Bedingung nicht, so nacht sich dies durch Auftreten von intensitäts- und Farbdifferensen im durchgelassenen und reflektierten Lichtbündel bemerkbar. Zum Erhalten einer guten Haftung der aufgedanpften Schichten aneinander und an Träger wird es allgemein empfohlen, während des Aufdamp frorgangeβ einen Druck von höchstens 10 Torr aufrechtzuerhalten. In ·; t«~ aolchen Vakuum ist ist allgemeinen die mittlere freie Vegl*nge der aufsudampfenden Moleküle und Atome grBsser ale der Abstand zwischen dem zu bedampfenden Gegenstand und der Dampf^uelle und überdies ist die Zahl der Moleküle oder Atome der aufzudampfenden Stoffe, die die Oberfläche in der Zeiteinheit trifft, ein Vielfaches der Zahl dor Restgaamoleküle. Die Zahl der beim Aufdampfen eingebauten Restgasmoleküle ist dabei verhältnisaässig g^rine und beeinträchtigt die Haftung der aufgedampften Stoffe an der Unterlage nicht.

Es wurde jedoch gefunden, dass sich bei diesem Verfahren auf gekrümmten Flächen nicht einfach eine gleichmässige Schichtdicke oder eine Schichtdicke mit geregeltem Verlauf erhalten lässt· Es wurden bereits Verfahren sun Bedecken von Gegenständen duroh Aufdampfen mit gleichmässiger Schichtdicke vorgesohlag·»} bei diesen Verfahren lässt man die su bedampfenden Gegenstände eine komplizierte, üblicherweise planetarische Bewegung in Betug auf iiß

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Dampfquelle ausführen. Das Bedecken von Gegenständen mit einer Schicht, dl« einen geregelten Verlauf der Dicke aufweist, ist im Prinzip auch auf diese Weis· möglich.

Die xu diesem Zweck zu treffenden Vorkehrungen sind jedoch sehr kostspielig und kompliziert und nicht gut brauchbar, wenn es sich darum handelt, mehrere Gegenstände gleichseitig in einem Raum durch Aufdampfen mit Schichten zu bedecken. Ausserdem wird ein grosses Teil de· im Vakuumgefäss vorhandenen Raumes durch das eingebaute planetarische Bewegungssystem beansprucht, so dass der für die

IC zu bedeckenden Gegenstanden verfügbare Raum stark eingeschränkt wird.

Venn d*r Druck im Aufdampfraum so herabgesetzt wird, daes der Abstand zwischen der Aufdampfquelle und den zu bedeckenden Gegenständen während dee AufdampfVorganges grBsser als die mittlere freie Weglange der Moleküle der aufgedampften Stoffe ist, ergibt sich eine Streuung des Dampfstrahles· Gs wurde gefunden, dass es auf diese Weise zwar möglich ist, auf gekrümmten Flachen gleichmassig dicke Schichten oder Schichten mit geregeltem Verlauf der Dicke zu erhalten, dass jedoch die Haftung dieser Schichten an der flache und aneinander schlecht ist· Diese Haftung lasst sich auch nicht durch eine Warmebehandlung verbessern, wenn nicht gemis· der Erfindung das Hestga« aus einem Edelgas besteht.

Das erfin-iungsgemSsss Verfahren zum Bedecken gekrüoBtsr FlacLen mit dünnen Schichten durch Aufdampfen] wobei die Schichten auf der ganzen Oberfläche eine gleicheäesige Dick« oder einen ,

geregelten Verlauf der Dicke aufweisen, wird deshalb dadurch gekeim~ zeichnet, dass während des Aufdampfvorgangee «in Reatgaadruck Anwendung findet, bei des eine Streuung des Dampfstrahl** erfolgt, wobei das Restgas aus einem Edelgas, besteht*

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Es erwies eich bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrene als möglich, sowohl auf konkaven als auch auf konvexen kugelförmigen, eilipooidisehen und parabolischen FlSehen Kaltlichtspiegel herzustellen, die aus e.B. 19 oder 21 Schichten mit ab· wechselnd hoher und niedrigerer Brechzahl bestehen und optisch bis zum Hand fehlerlos sind*

Bei kugelförmigen Spiegeln fällt das zu spiegelnde Licht bei Anordnung der Lichtquelle im Mittelpunkt nahezu senkrecht ein* Sie Schichten, aus denen der Spiegel besteht, nüssen somit auf der ganzen Fliehe eine gleichraässige Dicke aufweisen·

Bei parabolischen Spiegeln fallt bei Anordnung der Lichtquelle im Brennpunkt nur das längs der Achse der Parabel einfallende Licht senkrecht ein* Die Schichten müssen somit zum Rand

des Spiegels hin gleichmtssig dicker werden·

Ia vorstehenden wurde angenommen, dass die Lichtquell·

als punktförmig betrachtet werden kann, was in vielen praktischen Fallen in erster Annäherung zulässig ist.

In der Praxis stellte es sich als möglich heraus, nach dem erfindungsgealssen Verfahren 60 kugelförmige Spiegel mit je einem vom kreisförmigen Rand umschlossenen Flächeninhalt von etwa 13,9 cm* und einer grössten Tiefe bis zu dieser Fläche von 1,5 om oder z.B. 4 parabolische Spiegel mit je einem vom kreisförmigen Rand umschlossenen Flächeninhalt von etwa 213,7 cm* senkrecht zur Achse und einer Crossten Tief·, gemessen bis zu dieser Fläch· von 6,5 cm gleichzeitig zu bedampfen. Dabei wurden auf jeden der Spiegel 21 Schichten aufg·- dampft. Dl· so erhaltenen Spiegel wiesen ein· «inbeitllcb· Färb« auf « dar ganzen Fläche und kein« farbigen Ring· auf. Der anzuwendend· Restgaadruck ist u.a. von der Art des Restgases, von der Fora und d«m .·

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Abmessungen der zu bedampfenden Flächen, vom Abstand zwischen diesen Flächen und der Dampfquelle und von der Temperatur, der Torn und den Abmessungen der Dampfquelle abhängig. Sie lässt sich jedoch von Fall BU Fall experimentell durch einige wenige einfache Versuche bestiraen. Ueblicherweise liegt der anzuwendende Restgasdruck in der Orösaenordnung von 10 Torr bei einem Abstand zwischen Dampfquell« und su bedampfender Fläche, die viel grosser als die frei« Vegl&ng· der aufgedampften Moleküle ist·

Im allgemeinen gilt, dass der Druck des Edelgases um

so grosser sein muss, je kleiner der Krümnungehalbmosser des zu bedampfenden Gegenstandes ist« Oute Ergebnisse wurden bei Drücken zwiaohen 0,5 und 1,5 * 10 Torr erreicht·

Als Edelgase werden vorzugsweise Edelgase alt nicht all zu kleinen Atomen verwendet; hierdurch wird einerseits bei gleichbleibendem Reotgaadruck die Streuung grBsser und andererseits die Gefahr eines Einbaues von Edelgasatoäen in die aufgedampften

Schichten geringer. Sehr zufri^denntellend sind bei« erfindungsgemässen Verfahren Argon, Krypton und Xenon»

Die Wärmebehandlung wird angewandt, nachdem «äatliohe Schichten auf die Spiegel aufgebracht worden sind* Di« wir«»Behandlung besteht darin, das« die Spiegel während einer

Zeit in einen Ofen «rhittt werden, t.B. während f ttunde mit 40O⁰C. Auf diese Us is« sind «in« laftuwf der 9«fti«»ton Μ

der Oberfläoh« und an«Ua»d«r und «im lMtladitfB·!* MfM 2} und phgreikAli«ch· Klnflfl·«· «rsi«lbar, di« fleieh d«n>«lf«B VM Spi«f»lii «ind| die duroh AufdMff·» in «iM» TtlMM VM 10 Torr hergestellt, tl»r o»ti««k MftiMV fut «lad·

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An Hand der Zeichnung wird das erfindungsgemässe

Verfahren in bezug auf die Herstellung von Kaltepiegeln nachstehend näher erläutert.

Figur 1 iet im Schnitt eine kugelförmige Schüsse1. Figur 2 ist im Schnitt eine parabolische Schüssel.

Figur 3 zeigt schematise« im Schnitt eine Auf dampf·· vorrichtung.

Ein Kaltlichtspiegel ist ein Spiegel, dtr das sichtbare Licht reflektiert und die Ultrarotstrahlung durchläset. Durch Verwendung eines solchen Spiegele bei einen Projektionssystem wird die Wärmemenge im Bildfenster geringer als bei einem üblichen 3piegel, so dass die Gefahr einer Beschädigung des Filmes oder Diapositive· durchee Uebererhitzung oder Verbrennung geringer ist.

Die Wirkung eines solchen Spiegels beruht auf einer

Interferenzerscheinungi die dadurch herbeigeführt wird, dass mehrere Schichten mit abwechselnd hoher und niedriger Arechzahl und je einer derartigen optischen Dicke, dass die .erwünaehte Interfere» auftritt, aufeinander angebracht werden.

Schichten mit niedriger Brecbxahl kBnnen s.B. «it Hilfe von Kryolith (n · 1,36), lUfneeiuefluoriUe (a · 1,39) und SiUsiuadiojqrd (n . 1,5), Schichten «it hoher Breohsahl ait Ulf· von Zinksulphid (n - 2,2) und Titanoxid (» - 2,2 - 2,6) herf»· teilt werden. _v

FJf. 1 Mi«« la Schnitt eine ku§»lftr«lf· loht· eel 1

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bracht.

Der Gaedruck "betrug 0,8 χ IO mm, das Reetgae war Argon. '

Die Filter, die sichtbares Licht reflektieren und Wärmestrahlung hindurchlaasen, weisen kein Ringsyetem auf*

Die Haftung der Schichten aneinander und an der Unter-» lage 1 war nach einer Wärmebehandlung ebenso gut trie bei Filtern, die im Hochvakuum hergestellt worden waren· .

Die letzteren Filter weisen jedoch unter diesen Umständen alle ein Bingeysten auf, was darauf hinweist, dass die SchichtAicken nicht richtig verlaufen.

Fig. 2 zeigt im Schnitt eine parabolische Schüssel aus Glas, bei der a « 16,3 cm und b » 6,5 era ist.

Auf vier dieser Schüsseln wurde gleichzeitig an der Innenseite je ein Filter anp^bracht, das aus abwechselnden Zink-Bulphid- und Magnesiunfluoridschichten bestand. Insgesamt wurden Schichten angebracht.

Das Glasdruck betrug 0,7 * 10 mm, da« Reetgae bestand aus Argon·

Das Filter wurde in einen Ofen einer Wireebehanilung

unterworfen, Zeitt 1 Stunde, Temperatur 1 40O°C.

Die Haftung der Schichten war nunmehr ebenso £ut wie bei einen Filter, das is Hochvakuum hergestellt worden war·

Ib Gegensatz zu einem solchen Filter weist ein er-

findunesgeraUee hergestelltes Filter keir.« Ringstruktur bei durchtretendem Licht auf. Hieraus folgt, dass die Schichtdicken auf der ganzen Fläche richtig verlaufen.

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Fig. 3 zeigt schematisch im Schnitt eine Aufdampfvorrichtung, die bei der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrend benutzt werden kann·'

In einer Vakuunglooke 2, die auf einer Grundplatte steht, befindeil· si oh eine Halterung, die un die Zentralachee der

Glocke drehbar ist, zwei Aufdaopftiegel 4 und 5» ein System, das au· einer Lichtquelle 6 und einer flachen Glasplatte 7 besteht, eine Photozelle 17 (außerhalb dor Clock«), ein Gerät, mit dem der von dieser Zelle gelieferte Photostrcia gemessen und somit die Bedaapfung 1C photoelektriech verfolgt und überwacht werden kann, und eine Olimmentlaidungsapirale 8 zum Heinigen der zu bedampfenden Schüsseln 1.

Die Halterung besteht aus einer Metallplatte 9, in ' der Oeffnungen für die zu bedampfenden Schüsseln 1 und die flache Glasplatte 7 angebracht sind. Die Schüsseln werden mit Hilfe von Stützkörpern 10 in der entsprechenden Ceffnung der Metallplatte 9 befestigt.

Die Platte 9 ruht in einem Metallring 11, der durch mehrere Stabe 12 an einem Ketallring 13 befestigt 1st*

Der Hetallring 13 kann Bit Hilf« eine» Antriebsrad·β

14, das von eine« nicht dargestellten Elektromotor angetrieben wird, in «ine drehende Bewegung gebracht werden. Der Ring I3 wird an drei Stellen durch ein au* «wei Rädern 15 und 16 bestehend«· IUkrunge-βystem abgestützt·

Hachden die Schüsseln 1 in der Metallplatte 9 montiert

aind und die Glasplatte 7 angebracht ist, wird die Glocke auf einen Druck von 10"⁵ nun ftiecksilberelule entlüftei, wonach das Ventil •wischen Diffusionspumpe und Clock» gesohloseen wird. Dann wird la '■'■ die entlüftete Olock· durch ein fade!ventil soviel Argon gegeben, -^

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daεβ in der Glocke eine Glimmentladung von etwa 2200 Volt und etwa 6C niA entstehen kann» Während der Glimmentladung läuft das Halterung·«

system um* * *

Die Glimmentladung wird eine halbe Stund« aufrecht-

erhalten. Dann wird die Glocke wieder auf etwa 1Cf^ m Queckailbera&ule entlüftet* Danach wird durch ein ITadelventil «in kontinuierlichei Argonstrom tugelassen, derart, das« der Druck in der Glocke auf 0,7 x 10 mn Quecksilbersäule gehalten wird. Wfthrend des gansen ^

Aufdampfvorgange· wird dieser Druck durch Regelung des Argonetroee· durch das Nadelventil und durch Drosselung der Pumpgeschwindigkeit möglichst konstant gehalten*

Wahrend die Halterung ualluft, wird jettt abweohaeln4 aus dem Tiegel 4 und auu dem Tiegel 5 Material aufgedampft. . ·

Der Aufdampfvorgang wird photoelektrisch verfolgt. Bei Verwendung solcher erfindungsgem&se hergestellter Kaltspiegel in Projektionsgeräten zeigte sich, das* die Temperatur im Bildfenster verhältnism&ssig niedrig blieb. Ia allgemeinen wurde gefunden, da·· diese Temperatur halb so hcch ist wie si· bei Verwendung von Silber- %

spiegeln auftritt.

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Claims (1)

1. - ίο - rar.786

   1696906

   AJfSPRUECES.

   1 * Verfahren ium Bedecken gekrüaarter Fliehen alt dünnen

   Schichten durch Aufdampfen, bei dem die Schichten auf der fansen FlScbe eine eleichia&asige Dicke oder einen geregelten Verlauf der Sicke aufweisen, dadurch gekennzeichnet, da·· w&hrend des Aufdampf-Vorganges ein Restgasdruck Anwendung findet, bei den eine Streuung den Dampfstrahle· auftritt, wobei das Reatgac aus eine« Edelgaa beateht· 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   dass der Hestgaedruck in der OrBeoenordnung τοη ΙΟ"* mm liegt, und düse das Bdelgas aua Argon, Krypton oder Xenon oder Geodeohen dieeer Gase beateht.

   3· ffach den Verfahren gemlse den Torstehenden Ansprechen

   hergestellte optische Spiegel, Reflexionsfilter und Interferensfilter.