AT403382B - Verfahren zum beschichten von werkstücken aus einem kunststoffmaterial - Google Patents

Description

AT 403 382 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstückes aus Kunststoffmaterial mit einer metallischen Schicht, wobei die Beschichtung auf das Werkstück aus Kunststoffmaterial mit Hilfe des bekannten Kathodenzerstäubungsverfahrens in einer Vakuumkammer aufgebracht wird.

Diese Art von Beschichtungen findet insbesondere Anwendung bei der Herstellung optischer Datenspei-cherscheibeh. Um Information auf solche Scheiben aufzubringen werden beispielsweise magneto-optische-oder phasenändernde Speicherverfahren verwendet, wo die Information in der Beschichtungsschicht selbst gespeichert wird, oder bei anderen optischen Speicherverfahren wird die Information in den Scheibenkörper, welcher unter der Beschichtung liegt, durch Spritzgußtechnik eingeformt, und dann der Scheibenkörper mit einer hochreflektierenden Beschichtung beschichtet, so daß ein Laserstrahl die Information entsprechend abtasten kann.

Aus Kostengründen wird der Scheibenkörper heutzutage aus Kunststoffmaterial gefertigt. Die Beschichtung eines solchen Kunststoffmaterials muß jedoch in einer Weise erfolgen, daß die Beschichtung mit ausreichend großer Haftungskraft am Scheibenkörper halt und so daß das Beschichtungsverfahren den Scheibenkörper nicht beschädigt, insbesondere wenn Information auf diese selbst vorhanden ist. In Hinsicht auf diese Erfordernisse sind Kunststoffmaterialien besonders schwer zu beschichten. Solche Kunststoffmaterialien wie beispielsweise PMMA (Polymethylmethacrylate) werden heute üblicherweise für die Herstellung von beispielsweise Laservideoscheiben (LD) verwendet.

Es sind bereits verschiedene Behandlungsverfahren zum Erhöhen der Stabilität gegen Umwelteinflüsse und der Haftung von zerstäubung-aufgetragenen Schichten auf solche Kunststoffkörper bekannt. Die Stabilität gegen Umwelteinflüsse wird im allgemeinen dadurch getestet, daß das beschichtete Stück erhöhten Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen ausgesetzt wird, wie unten erläutert wird.

Die Behandlung der Oberfläche von Kunststoffmaterial mit Hilfe eines Plasmas ist beispielsweise aus dem Vortrag vom G. Legeay, "Surface Modification of natural or synthetic polymers by cold Plasmas" bekannt, der auf der zweiten Conf. Plasma Chem. Tech. 1984 gehalten wurde. Dabei wird die Oberfläche eines Kunststoffmaterialkörpers durch Plasmabehandlung in einer solchen Weise modifiziert, daß eine anschließend abgelagerte Schicht besser haftet. Die zur Plasmaerzeugung verwendeten Gase sind beispielsweise Gase, welche Sauerstoff, Helium und Kohlenstoff enthalten. Die Verwendung von Helium- oder Sauerstoffplasmaentladungen zur Behandlung einer Kunststoffoberfläche ist ebenso aus der technischen Schrift von J. Hall aus J. Appl. Polym. Sei. Vol. 13, 1969 bekannt. Die Aufgabe der Plasmabehandlung ist es dabei, eine verbesserte Hafthalteeigenschaft an Kunststoffmaterialien zu erzielen. Ein weiterer technischer Artikel von J. Hollahan aus J. Appl. Polym. Sei. Vol. 13, 1969, offenbart eine Kunststoffmaterialoberfläche einer Plasmabehandlung mit Gas auszusetzen, welches Ammoniak, Stickstoff und Wasserstoff enthält, um die Oberflächenhaftungseigenschaft und die Benetzbarkeit zu verbessern. Dafür wird eine Hochfrequenz-Plasmaentladung verwendet.

Die US-A-4 957 603 beschreibt ein Beschichtungsverfahren für optische Speicherscheiben aus PMMA. Es wird darin erwähnt, daß PMMA (Polymethylmethacrylate) Kunststoffmaterialien besonders schwierig durch Kathodonzerstäubung beschichtbar sind. Dabei wird festgestellt, daß Kathodenzerstäubung für die automatische Massenproduktion vorteilhafter wäre, als Bedampfung, aber daß die Probleme mit der Stabilität gegen Umwelteinflüsse und der Haftung an zerstäubungs-beschichteten Substratkörpers die Verwendung der Kathodenzerstäubung praktisch verunmöglicht.

Der Autor des genannten Patentes hat eine beträchtliche Verbesserung der Haftung einer zerstäubungs-beschichteten Metallschicht auf PMMA festgestellt, wenn ein Polymer dazwischen vorgesehen wird, welches offenbar die Haftungsverluste zwischen einer zerstäubungs-abgelegten Metallschicht und dem PMMA Substrat vermindert. Es wird vorgeschlagen, daß vor dem Zerstäubungs-Ablegern der Metallschicht die zu beschichtende Oberfläche in einer Gasatmosphäre vorbehandelt wird, welche eine Gasmischung mit Argon und kohlenstoffhaltigem Gas umfaßt.

Obwohl dieser Autor in einer Ausführungsform vorgeschlagen hat, die Zerstäubung von Nickel selbst unter Verwendung eines Methan-Argon-Zerstäubungs-Gasgemisches auszuführen, so daß die vorteilhafte Oberflächenmodifikation und die Zerstäubungs-Beschichtung gleichzeitig stattfinden, geht aus der zitierten Druckschrift nur hervor, daß wegen der sehr niedrigen Beschichtungsrate des für diese Arbeit verwendeten Systems, die Vorbehandlung der Substratoberfläche in einer Vorbehandlungs-Gasmischatmosphäre noch bevor die metallische Zerstäubungs-Beschichtung stattfindet, sehr wichtig ist.

Dies steht in vollständiger Übereinstimmung mit dem Mechanismus, der nach der Vorstellung dieses Autors stattfindet, gemäß welchem vermutet wird, daß der Kohlstoffüberschuß, während des Aussetzens des Körpermaterials einem Hochenergieplasma, die Polymeroberfläche in einer solchen Weise verändert, daß die Anhaftung des nachfolgend zerstäubungs-abgelagerten Metallfilms verbessert wird.

Die beschriebene Technik hat den einzigen, aber ernsthaften Nachteil, daß er als wesentliches in der Praxis einen vorbereitenden Verfahrensschritt erfordert, um die Substratoberfläche so vorzubehandeln; daß 2

AT 403 382 B eine maximale Metallbeschichtungsrate nicht gleich zu Beginn des Prozesses einsetzen kann, aufgrund der Begrenztheit der Systemgeschwindigkeit. Die kleine Beschichtungsrate erlaubt es, daß das Kunststoffsubstrat dem Mischgas-Plasma für eine Zeitdauer ausgesetzt wird, die damit eigentlich einen Vorbehandlungsschritt darstellt. Dies verlängert die Gesamtverarbeitungszeit solcher Werkstücke.

Es sind außerdem Mehrschritt-Magnetron-Zerstäubungs-Beschichtungsverfahren für PMMA-Körper mit einer metallischen Schicht mit anderen Gasmischungen bekannt. So ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschritt OS 40 04 116 bekannt, zuerst die Metallbeschichtung durch Kurzzeitzerstäubung in einer Argon-Atmosphäre durchzuführen, und dann in einer Gasatmosphäre von Argon und Helium fortzusetzen und schließlich den Beschichtungsprozeß in einer reinen Argon-Atmosphäre abzuschließen.

In der europäischen Patentanmeldung EP 0 422 323 sowie der DE 39 34 092 wird ein PMMA-Substrat durch Magnetron-Zerstäubung beschichtet mit einer Aluminiumschicht in einer Gasatmosphäre, welche Helium enthält.

Aus der DE-A-39 19 147 ist es bekannt, Werkstücke aus einem Kunststoffmaterial mit einer Aluminiumlegierungsschicht in einer Vakuumkammer mit Hilfe magnetfeldunterstützter Zerstäubung zu beschichten, indem als Zerstäubungstarget eine Legierung aus Silizium und Aluminium eingesetzt wird.

Aus der US-A-5 006 213 ist es weiter bekannt, zum selben Zweck Wasserstoff und/oder Wasser in den Prozessraum einzulassen.

Die zusammengefaßten Nachteile der bekannten Techniken sind: - Eine Vorbehandlungsphase mindestens bei verminderter Zerstäubungsrate des Metalls in einer Argon/Methan-Atmosphäre zum Vorbereiten der Oberfläche des Kunststoffmaterialsubstrates oder -Körpers vor der Metallbeschichtung bei voller Zerstäubungsrate verlängert die Gesamtverarbeitungszeit; - längere Bearbeitungszeit bei Magnetron-Zerstäubungsbeschichtung solcher Kunststoffmaterialoberflächen in einer heliumhaltigen Atmosphäre, weil Helium die Ausbeute des zerstäubten Materials vermindert. Außerdem zeigen solche Beschichtungen eine relativ niedrige Stabilität gegen Umwelteinflüsse.

Aus J. Vac. Sei. Technol. A, Vol. 10, N04, Jul/Aug 1992, S. Schulz et al "Thin-film development and methods for compact disk and laser disk manufacturing" ist eine Zykluszeit von dreizehn Sekunden für das Zerstäubungsbeschichten von PMMA-LDs bekannt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Metallbeschichtung von Kunststoffmaterial in einer Vakuumkammer mit Hilfe von Kathodenzerstäubung wirtschaftlicher zu gestalten, und dabei eine gute Haftung der Schichten und eine gute Stabilität dieser Schichten gegen Umwelteinflüsse zu erreichen.

Eine spezielle Anwendung ist die Metallisierung von Laser Disks, insbesondere von PMMA Laser Disks.

Dies wird durch ein Verfahren nach dem Wortlaut von Anspruch 1 erreicht.

Unter magnetfeldunterstützter Zerstäubung sind alle Arten von RF, DC DC-AC-Zerstäubung zu verstehen, bei denen Magnetfelder mit tunnelförmigem Muster als Magnetfeldfluß auf und nahe der zu beschichtenden Oberfläche eingesetzt werden und/oder ein Flußmuster zwischen der genannten Oberfläche und anderen Teilen der Zerstäubungsanordnung gebildet wird.

Obwohl es erfindungsgemäß möglich ist, jede magnetfeldunterstützte Zerstäubungstechnik zu verwenden und dabei ein Material zu zerstäuben, welches eine predominate Komponente der Metallschicht bildet, ist die beste Ausführungsform, welche den Erfindern heute bekannt ist, die Magnetron-Zerstäubung und/oder die Zerstäubung eines Metalls oder einer Metallegierung.

Es wurde von den Erfindern erkannt, daß vor allem die Gesamtverarbeitungszeit durch magnetfeldunter-stützes Zerstäuben des Materials direkt in eine kohlenstoffhaltigen Gasplasma verkürzt wird.

Im Ergebnis wird die Stabilität gegen Umwelteinflüsse und die Verarbeitungszeit der Beschichtung in Bezug auf solche Schichten verbessert, welche gleich, aber in eine Helium enthaltenden Gasplasma aufgetragen werden. In Hinsicht auf die Tatsache, daß die US-A-4 957 603 eine Vorbehandlung der Kunststoffmaterialoberfläche lehrt, bevor die Metallschicht abgelagert wird und im Lichte der darin gegebenen Erklärungen, sind die erfindungsgemaßen Ergebnisse, die ohne Vorbehandlung erzielt werden, erstaunlich.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Plasmaentladung der Zerstäubung mit einem Argon/Methangasgemisch betrieben.

Gemäß der Aufgabe der Erfindung, das Beschichtungsverfahren zu verkürzen und wirtschaftlich zu vereinfachen, wird weiterhin vorgeschlagen, das Gasmischungsverhältnis während der Beschichtung im wesentlichen konstant zu halten, so daß keine Mischungsverhältnisverstellung und keine entsprechende Steuerung während des Beschichtungsvorganges vorgenommen werden muß.

Zusätzlich oder alternativ zum Beibehalten eines konstanten Gasmischungsverhältnisses kann die zuletzt erwähnte Aufgabe durch Beibehaltung des Druckes in der Vakuumkammer auf einem im wesentli- 3

AT 403 382 B chen konstanten Wert während des Beschichtungsvorganges gelöst werden, was per se oder zusätzlich zum Beibehalten des genannten im wesentlichen konstanten Verhältnisses, die Gesamtprozeßführung wesentlich vereinfacht.

In einer weitern vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren mit einem kohlenstoffhaltigen Gas durchgeführt, welches 3-10% Methan (beide Grenzen eingeschlossen) enthält, wodurch die Stabilität gegen Umwelteinflüsse, die Haftung und die Prozeßdauer optimiert werden.

Zusätzlich oder alternativ zum Beibehalten des Gasmischungsverhältnisses und/oder des Druckes in der Gaskammer auf einen im wesentlichen konstanten Wert, wird vorgeschlagen, die elektrische Leistung der Zerstäubervorrichtung während des Beschichtungsvorganges im wesentlichen konstant zu halten.

Es ist eine wichtige weitere Aufgabe der Erfindung, das Verfahren an eine PMMA-Kunststoffmaterial durchzuführen. Dies gilt insbesondere für ein PMMA-Materialwerkstück, welches als optische Speicherplatte strukturiert ist.

Es wird dabei außerdem vorgeschlagen, ein hochreflektierendes Metall, vorzugsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, auf der optischen Speicherscheiben-Werkstück am PMMA zerstäubungsaufzutra-gen.

Es ist weiter ein wichtiger Vorteil der Erfindung, daß die Wirtschaftlichkeit des Bearbeitungsvorganges zum metallischen Beschichten eines optischen Speicherscheibenkörpers aus PMMA mit eine hochreflektierenden Metall z.B. mit einer Metallschicht aus vorzugsweise Aluminium oder einer Aluminumlegierung, durch eine Zykluszeit von weniger als 10 Sekunden, vorzugsweise zwischen 5 bis 6 Sekunden, verbessert werden kann. Die erwähnte Verkürzung der Prozeßzeit beträgt mehr als 30% gegenüber bekannten Zykluszeiten und führt dennoch zu beschichteten PMMA optischen Scheiben, welche die Normen IEC 856 und 857 erfüllen. (IEC 856, S. 15, 5.1 bis 5.3; p 17, 6 / IEC 857, S. 15, 5.1 bis 5.3; p. 17, 6)

Solche kurzen Prozeßzeiten erhöhen den Produktionsausstoß wesentlich und wirken daher kostenvermin-demd.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine optische Speicherscheibe min Aluminium oder einer Aluminiumlegierung beschichteten PMMA’s zur Verfügung zu stellen, wobei die metallische Beschichtung in einer Gasatmosphäre mit einem Gasgemisch durch Zerstäubung abgelegt wurde, welches Gemisch Argon und ein kohlenstoffhaltiges Gas enthält. Eine solche optische Speicherscheibe weist eine hervorragende Beschichtungsstabilität bezüglich des PMMA-Kunststoffkörpers der Scheibe auf und ist sehr kostengünstig herstellbar, einem der die Kosten solcher Scheiben bestimmenden Parameter.

Als eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird eine optische Speicherscheibe vorgeschlagen, welche durch Aufbringen einer Aluminium oder Aluminiumlegierungs-Beschichtung in weniger als 10 Sekunden, vorzugsweise in 5 bis 6 Sekunden, hergestellt ist und trotzdem der IEC 867 und 857 Norm genügt. Aufgrund der kurzen Dauer des Beschichtungsvorganges sind solche Scheiben besonders wirtschaftlich, herstellbar wobei der höhere Produktionsausstoß eine Senkung der Herstellungskosten erlaubt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung zum wirtschaftlichen Hochrate/Beschichten mindestens eines Werkstückes aus Kunststoffmaterial besteht, mit einer metallischen Schicht z.B. einer Metallschicht, aufs mal vorzugschlagen welche ausgezeichnet haftet und gegen Umwelteinfüsse stabil ist. Eine solche Vorrichtung umfaßt eine Vakuumkammer mit mindestens einer magnetfeldunterstützten Zerstäubungsquelle aus einer prädominanten Komponente der Schicht, wobei die Vakuumkammer mit einer steuerbaren Gaszufuhreinrichtung mit einem Gasgemischtank versehen ist, welcher Argon und kohlenstoffhaltiges Gas enthält, oder mit mindestens zwei Tanks versehen ist, welche jeweils Argon und kohlenstoffhaltiges Gas enthalten und wobei diese Vorrichtung weiter eine Evakuierungspumpeneinheit, Einrichtungen zum Zuführen von mindestens einem Werkstück in diese Kammer und Einrichtungen zum Entfernen von mindestens einem Werkstück aus dieser Kammer umfaßt.

Durch Vorsehen einer magnetfeldunterstützten Zerstäubungsquelle wie beispielsweise und vorzugsweise eine Magnetron-Zerstäubungsquelle für besagte Komponente, wird die Beschichtungseffizienz wesentlich erhöht, wobei das Vorsehen der Gastanks die Verwirklichung einer Zerstäubungsplasma-Atmosphäre erlaubt, welche eine verbesserte Schichthaftung und Stabilität gegen Umwelteinflüsse unter Vermeidung einer zeitaufwendigen Vorbehandlung der Oberfläche der Kunststoffmaterialkorpus vor der Schichtablagerung bei voller Zerstäuberrate erlaubt.

Als eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen den Gasgemischtank oder einen der mindestens zwei Tanks mit Methan als kohlenstoffhaltige Gaskomponente vorzusehen, um die Zerstäubungsheschichtungs-Plasma-Gasatmosphärezu verwirklichen.

Eine weitere vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt separat einen Tank mit Argon und einen Tank mit Methan, wobei diese Vorrichtung mit einer steuerbaren Mischeinrichtung versehen ist, womit der Vakuumkammer eine Gasmischung aus den zwei Tanks zugeführt wird. Es 4

AT 403 382 B wurde festgestellt, daß eine Gasmischung zum Zerstäuben der besagten Komponente mit 3 bis 10% Methan, vorzugsweise mit um 5% Methan, zu einer verbesserten Prozeßzeit, sowie einer verbesserten Haftung und Stabilität gegen Umwelteinflüsse führt.

Es wird weiter vorgeschlagen um an der Vorrichtung eine hohe Ausstoßrate an Werkstücken zu realisieren, diese mit einer Zeitgebereinheit zu versehen, und die Einrichtung zum Zuführen und zum Entfernen des Werkstückes in einer Zeitspanne zwischen dem Einführen und Entfernen in und aus der Vakuumkammer von weniger als 10 Sekunden anzusteuern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig.1 einen schematischer Querschnitt einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens, insbesondere zum Herstellung von optischen Speicherscheiben gemäß der vorliegenden Erfindung; und Fig.2 einen schematischen Querschnitt einer bevorzugten erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine sehr einfache Konfiguration einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren realisiert wird, insbesondere zum Erzeugen von optischen Speicherscheiben aus PMMA-Material gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Die Vorrichtung umfaßt eine Vakuumkammer 2, an welcher eine magnetfeldunterstützte Zerstäubungsquelle, z B. eine Planarmagnetronquelle 1 vakuumdicht angeordnet ist. Die Vakuumkammer 2 umfaßt weiter gegenüber dem Target 2a der Planarmagnetronquelle 1, eine Zugriffsöffnung 7, durch welche ein einzelnes Kunststoffmaterial-Werkstück 4 in die oder aus der Vakuumkammer 2 eingeführt bzw- entfernt wird.

Um das Werkstück 4 aus Kunststoffmaterial zu handhaben, ist eine angetriebene Hebeeinrichtung 3 vorgesehen Zum Einführen des Werkstücks 4 in die Vakuumkammer 2 wird die Hebeeinrichtung 3 in Richtung "cl" hochgeführt, womit auch ein vakuumdichter Verschluß die Öffnung 7 erreicht wird.

Eine Pumpeneinheit 5 ist über ein Steuerventil 6 mit dem Inneren der Kammer 2 verbunden. Eine Gaseinlaßanordnung 8, die mit dem Inneren der Kammer 2 in Verbindung steht, ist mit einem ersten Gastank 10 und einem zweiten Gastank 12 über jeweilige Steuerventile V10 und V12 verbunden.

Die Hebeeinrichtung 3, wird durch eine Antriebseinrichtung 14 - beispielsweise einen pneumatischen Antriebszylinder - angetrieben, welche durch eine steuerbare Zeitgebereinheit 16 zeigesteuert wird.

Die Gastanks 10 und 12 enthalten Gase, die ermöglichen eine Gasmischung aus Argon und kohlenstoffhaltigem Gas in das Innere der Vakuumkammer einzuführen, wobei die Vakuumkammer aus der Kammer 2, Magnetron-Zerstäuberquelle 1 und Schließeinrichtung 3 gebildet wird. Diese Gasmischung wird vorzugsweise in einem gewählten Verhältnis durch die Ventile V10 und V12 aus den jeweiligen getrennten Tanks 10 und 12 für Argon und das besagte Kohlenstoff enthaltende Gas gemischt. Es ist jedoch möglich, nur einen Gastank vorzusehen, welcher die Mischung aus Argon und dem kohlenstoffenthaltenden Gas bereits enthält, und wobei der Masse-Fluß 2b der Gasmischung pro Zeiteinheit, welcher in die Vakuumkammer geführt wird, mit Hilfe eines einzigen Steuerventils (nicht gezeigt) bemessen wird.

Die bevorzugte Betriebsart dieser Vorrichtung gemäß Fig. 1 zum Herstellen optischer Speicherscheiben, welche ein PMMA-Substrat bzw.-Scheibenkörper als Werkstück 4 umfassen und mit einer Metallschicht, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung beschichtet sind, wird nun beschrieben.

Das Target 2a der Planarmagnetron-Zerstäuberquelle 1 besteht aus dem Metall, welches auf dem PMMA-Substrat 4 abgelagert werden soll, wobei Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ein bevorzugtes Material darstellt. Zuerst wird die Hebeeinrichtung 3 in Richtung "op" gemäß Fig. 1 abgesenkt und das PMMA-Substrat 4 wird vorzugsweise durch eine Robotereinrichtung, an der Hebeeinrichtung 3 abgelegt.

Wegen der Anforderungen bzgl. der Reinheit der Atmosphäre in der Vakuumkammer 2 wird die Hebeeinrichtung 3 nicht in die umgebende Atmosphäre angehoben, sondern öffnet die Öffnung 7 der Behandlungsvakuumkammer 2 in eine weitere Vakuumkammer, welche schematisch in Teilen ihrer Wand 2c in Fig. 1 gezeigt ist. Die Hebeeinrichtung 3 kann Teil einer Handhabungs- und Verteileinrichtung in der Vorkammer 2c bilden, durch welche mehr als eine Behandlungskammer 2 mit zu beschichtenden Substraten 4 bedient wird. Solche Behandlungskammern in Verbindung mit der Vorkammer 2c können noch andere Behandlungskammern umfassen, wie beispielsweise eine Heizkammer oder die Vorkammer 2c kann selber zum Entgasen des Substrates ausgebildet sein Die Evakuierung der Vorkammer, welche durch die Wände 2c gebildet ist, kann durch dieselbe Evakuierungspumpe 5 wie die Kammer 2 oder durch eine eigens dafür vorgesehene Evakuierungsvorrichtung durchgeführt werden. Zusätzlich kann die Gaseinlaßanordnung 8 verwendet werden, um die Kammer 2 zu spülen, sobald die Hebeeinrichtung 3 von ihrem Sitz an Öffnung 7 rückgeholt ist, um so zu verhindern, daß die Atmosphäre in der Vorkammer 2c die Behandlungsatmosphäre in Kammer 2 beeinflußt. 5

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In einem zweiten Schritt wird die Einrichtung 3 in Richtung "cl" unter der Steuerung der Zeitgebereinheit 16 geschlossen und durch die Antriebseinrichtung 14 angetrieben, welche Teil einer Handhabungseinrichtung in der Vorkammer sein kann, wie beispielsweise ein Antrieb für eine bestimmte Hebeeinrichtung 3 eines Hebeeinrichtungs-Sternes, der gesteuert in der Vorkammer dreht, um zwei oder mehrere Öffnungen durch einen oder durch mehrere Hebearme zu bedienen. Das Vorsehen einer drehbaren Sternanordnung 3b mit einer Dreiarmhebeeinrichtung ist schematisch in Fig. 1 gestrichelt gezeigt. Nach dem Verschließen des Inneren der Kammer 2 durch die Aufwärtsbewegung der Hebeeinrichtung 3, welche mit einem zu beschichtenden Substrat 4 geladen wurde, wird die Vakuumpumpeneinrichtung 5 betätigt, wodurch das Innere 2b der Vakuumkammer 2 auf das Betriebsdruckniveau von einigen Mikrobars abgepumpt wird.

Nach Erreichen des gewünschten Drucks wird Argon und Kohlenstoff enthaltendes Gas aus den Tanks 10 und 12 gesteuert durch die Ventile Vio und V12 eingeleitet. Wenn eine vorbestimmte Gasmischung mit einem vorbestimmten Partialdruck und/oder ein vorbestimmter Betriebsdruck in der Kammer 2 erreicht ist, wird die elektrische Speisung für die Magnetronquelle 1 aktiviert und das Material des Targets 2a, nämlich Aluminium oder eine Aluminiumlegierung wird magnetronzerstäubt. Das in Gasgemischplasma, wobei das Gasmischungsverhältnis von Argon und kohlenstoffenthaltenden Gas, vorzugsweise Methan, vorzugsweise konstant gehalten wird.

Nachdem das Substrat 4 aus PMMA-Material mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierungsschicht oberflächenbeschichtet ist, kann die Evakuierungspumpe 5 gegebenefalls abgeschaltet werden, wobei der Druck in der Vakuumkammer 2 beispielsweise auf Betätigung eines Lüftungsventils (nicht gezeigt) hin ansteigt. Danach wird die Einrichtung 3 in Richtung "op" in Vorkammer unter der Steuerung der Zeitgebereinheit 16 abgesenkt.

Das Verhältnis von Argon und vorzugsweise Methan kann über einen weiten Bereich gewählt werden. Jedoch wurden sehr gute Ergebnisse mit einem Gasmischungsverhältnis von 3 bis 20 Vol.-% (beide Grenzen eingeschlossen) Methan in Argon erreicht, vorzugsweise von 3 bis 10 Vol.-% (beide Grenzen eingeschlossen) und noch mehr bevorzugt von ungefähr 5 Vol.-% Methan in Argon. Die Zeitgehereinheit 16, die zur Steuerung des Schließens und Öffnens der Einrichtungen 3 einstellbar ist, wird vorzugsweise für eine Zeitdauer mischen dichtendem Schließen der Hebeeinrichtung 3 und Öffnen dieser Einrichtung zum Entfernen des nun beschichteten Werkstücks 4 von weniger als 10 Sekunden, vorzugsweise von 5 bis 6 Sekunden eingestellt. Optische Speicherscheiben aus PMMA mit Aluminium- oder einer Aluminiumiegie-rungs-Beschichtung, welche mit der oben beschriebenen Vorrichtung von Fig. 1 oder mit der Vorrichtung von Fig 2, die später beschrieben wird, hergestellt wurden, erfüllen in vollen Umfang den IEC 856 und 857 Standard für bespielte optische Reflektionsvideoscheiben.

Eine Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2, die das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen insbesondere von optischen Speicherscheiben ausführt, ist im wesentlichen wie die Vorrichtung von Fig. 1 aufgebaut, umfaßt nämlich ein Planarmagnetron 1, eine Vakuumkammer 2, und ein Metalltarget 2a, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zum Herstellen der erfindungsgemäßen PMMA optischen Speicherplatte auf dem PMMA Substrat 4.

Das Innere der Vakuumkammer 2 ist wieder mit der Evakuierungspumpe 5 über ein Steuerventil verbunden. Die Gasmischung wird weiter über einen Einlaß 8 zugeführt, sowie durch Steuerventile Vio und Vi2 von jeweiligen Tanks 10 und 12, die in Fig. 1 zu sehen sind, nicht aber in Fig.2, oder von einem einzigen Gasmischungstank, über ein Bemessungssteuerventil.

Die Vorrichtung von Fig. 2 umfaßt eine Schleusenvorkammer 18, zum Laden von unbeschichteten PMMA-Substraten 4 in die Kammer 2 und zum Entladen von beschichteten PMMA-Substraten 4 aus dieser Kammer. Die Schleusenvorkammer 18 umfaßt Schleusenventile 20 und 22 und ist mit einer Schleusenpumpeinheit 24, über ein Steuerventil 26, verbunden. Sie ist mit einem zusätzlichen Gaseinlaß 28 versehen, welcher durch ein weiteres Steuerventil 30 gesteuert wird, welches als Lüftungsventil zum Fluten der Kammer 18 vor dem Öffnen des Ventils 20 dient.

Gemäß Fig. 2 geht das Beladen, Überführen und Entfernen des Werkstücks horizontal vor sich, doch kann es ebenso mit einer Vertikalkomponente oder ganz vertikal durchgeführt werden. Diese Bewegung kann linear, bogen- oder kreisförmig sein. In der Kammer 2 werden die Werkstücke, welche durch die Schleusenvorkammer 18 eingeführt werden, auf einen Träger 32 abgelegt.

Der Betrieb der Vorrichtung von Fig. 2 woran, wie für den Fachmann offensichtlich eine Zeitgebereinheit in Analogie zur Einheit 16 von Fig. 1 vorgesehen ist, die das Zuführen der Werkstücke durch die Schleusenkammer 18 in die Kammer 2 und das Entfernen des Werkstückes 4 aus der Kammer 2 steuert, wird mit Hilfe von Robotertransporteinrichtungen durchgeführt, wodurch der Transport der Werkstücke in und aus der Kammer 2 (nicht in Fig. 2 gezeigt) erfolgt. Solche Robotertransporteinrichtungen sind aus dem Stand der Technik wohlbekannt. 6

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Die Verarbeitung erfolgt in Analogie zur Verarbeitung, welche in Verbindung mit Fig. 1 erklärt wurde. Auch hier ist die wichtige Zykluszeit T zum Beschichten der PMMA-Substrate 4, welche in Hinsicht auf die Wirtschaftlichkeit des Produktionsausstoßes wichtig ist, unter 10 Sekunden gehalten und liegt Vorzugsweise zwischen 5 und 6 Sekunden, wobei hier T definiert ist als die Zeit vom Eintreten in Ventil 20 bis zum 5 Verlassen des Ventils 20, erst durch eine unbeschichtete, dann durch die beschichtete Scheibe.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Schleusenkammer 18, die selbst nur wie schematisch in Fig. 2 gezeigt ist, ist in US Patent Nr. 5,017,073 von Balzers AG beschrieben, und durch Bezugnahme auf diese US-PS in die Offenbarung der vorliegenden Beschreibung integriert.

Eine weitere bevorzugte Vorrichtung, welche erfindungsgemäß verwendet wird, ist in der deutschen io Offenlegungsschrift Nr. 4117 969 A1 offenbart, die der US-Anmeldung Nr. 07/888 111 vom 26. Mai 1992, beide von Balzers AG, zugrunde liegt. ln der folgenden Tabelle sind die Charakteristiken der PMMA-basierenden optischen Speicherscheiben gemäß der Erfindung im Vergleich mit PMMA basierenden optischen Speicherscheiben, gemäß dem Stand der Technik hergestellt, aufgeführt. i5 Das erfinderische Verfahren erlaubt die Metallisierung von Laserscheiben in der Weise, daß die Normen IEC 856 und IEC 857 erfüllt sind mit einer Vorrichtung nach Fig. 2 oder mit einer Schleusenanordnung gemäß dem US-Patent 5 017 073, wie es oben erwähnt wurde oder wie schematisch in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, wobei weniger als 10 Sekunden vom Laden einer unbeschichteten Scheibe in die Vorrichtung bis zum Verlassen der Vorrichtung durch die nun beschichteten Scheibe vergehen. 20 Das Endprodukt zeigt zudem eine überragende Stabilität gegen Umwelteinflüsse, was von großer Bedeutung ist. Dies soll anhand von Tabelle 1 gezeigt werden, anhand von Ergebnissen eines Vergleichs von Testwerten eines beschleunigten Umgebungstests für Proben von beschichteten Scheiben A bis C, welche vom Markt bezogen wurden Die Proben D und E wurden durch Batch-Bedampfen unter Verwendung verschiedener PMMA-Sorten erstellt, Probe F nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer 25 Vorrichtung gemäß Fig. 2 auf Scheiben aus dem selben PMMA-Material wie die Scheiben der Probe E.

In Zeile Δ SNR ist die Signal-Verminderung zu Rausch-Verhältnis der getesteten Scheiben zusammengestellt nach Ausführung des Umgebungtests, mit Bezug auf den Wert, welcher vor dem Umgebungstest erhalten wurde. In Zeile Δ pp ist die Reaktion des Lasersfolgesignals (laser tracking Signal) dargestellt, wiederum nach dem Umgebungstest mit Bezug zu diese Wert vor dem Umgebungstest. 30 In der Zeile Δ BLER ist die Zunahme der Blockfehlerratenstörung (block-error rate deterioration) aufgelistet in Bezug zu dem Wert, der vor der Ausführung des Umgebungstests erzielt wurde. Alle Messungen wurden mit mindestens zwei der jeweiligen Scheiben und mit höchstens vier der jeweiligen Scheiben mit Mittelwertsbildung durchgeführt.

Das SNR ist definiert: IEC 856, S. 29, 12.2.2 35 IEC 857, S. 31, 12.2.2

Der pp (push-pull tracking) ist definiert: IEC 856 Änderungen, S. 3, 12.1.4 bis 12.1.4.5.2 IEC 857 Änderungen, S. 3, 12.1.4 bis 12.1.4.5.2.

Der BLER ist definiert: IEC 856 Änderungen item 1, S. 2, 2.6 bis 2.6.3 40 IEC 857 Änderungen item 2, S. 2, 2.6 bis 2.6.3.

Der folgende beschleunigte Umgebungstest wurde verwendet:

Die Scheiben wurden getestet um das Vor-Umgebungstest. Verhalten zu bestimmen und dabei das Videosignal zu Rauschverhältnis, die Digital-Audio-Block-Fehlerrate und das Push-Pull-Tracking A-B-Signal 45 für jede Scheibe vor dem Umgebungstest aufgenommen.

Die Scheiben wurden dann in eine Umgebungstestkammer eingeführt und den folgenden Bedingungen ausgesetzt: 18 Stunden bei 70' C und 60% relative Feuchtigkeit: 8 Stunden bei Raumtemperatur und -Feuchtigkeit: so 228 Stunden bei 60 * C und 90% rel. Feuchtigkeit.

Die Scheiben konnten sich dann bei Raumtemperatur und - Feuchtigkeit für 24 Stunden stabilisieren, bevor das jeweilige Nach-Umgebungstesten durchgeführt wurde. 7 55

Claims (21)

1. AT 403 382 B Tabelle 1 Abspielleistungsverschlechterung nach Umgebungstests A B C D E F Δ pp(A-B) 23% 7% 14% 7.84% 5% 4.1% Δ SNR 0.84bd 0.98db 2.91 db 2.66db 2.25db 0.75db Δ BLER 63% 40% 87% 57% 126% 34% A: Warner specialty records B: unbekannte japanische Firma, hergestellt in Japan C: Pioneer Video, USA D: Technidisc, ICI CP-51-PMMA E: Technidisc, Rohm & Haas VLD-100 PMMA F: Technidisc, erfindungsgemäßes Methanzerstäubungs-Verfahren, ROHM & Haas VLD-100 PMMA Zerstäubungsprozeß-Parameter: - Gesamtdruck: 1,6Pa (1,6 x 10_2mbar) - Zerstäubungsleistung: 18kW - Zerstäubungszeit: 5.5 sek - Strömungsverhältnis CH*/Ar: 5,8% Aus Tabelle 1 wird ersichtlich, daß die erfindungsgemäß hergestellten PMMA-Scheiben eine beträchtlich höhere Stabilität bei Umgebungsaussetzungen aufweisen. Die Verminderung ihrer Eigenschaften mit Bezug auf alle drei gemessenen Testparameter ist beträchtlich besser im Vergleich zu herkömmlich hergestellten Scheiben, beispielsweise A bis E. Patentansprüche 1. Verfahren zum Beschichten von Werkstücken aus einem Kunststoffmaterial mit einer metallischen Schicht in einer Vakuumkammer, mit Hilfe magnetfeld-unterstützten Zerstäubung einer überwiegenden Materialkomponente dieser Schicht, dadurch gekennzeichnet daß die Zerstäubung in einer Gasatmosphäre aus einer Gasmischung von Argon und kohlenstoffhaltigem Gas ausgeführt wird, mindestens für die Dauer einer überwiegenden Zeitspanne des Beschichtens des Werkztücks mit der metallischen Schicht.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubung als Magnetron-Zerstäubung durchgeführt wird.
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metall oder eine Metallegierung zerstäubt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zerstäuben in einer Argon/Methangasmischung durchgeführt wird.
5. 5. Verfahren nach eine der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Gasmischung während der Beschichtung im wesentlichen konstant gehalten ist.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Vakuumkammer während der Beschichtung im wesentlichen konstant gehalten ist.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung 3 bis 20 Vol.-% Methan (beide Grenzen eingeschlossen), vorzugsweise 3 bis 10 Vol.-% Methan (beide Grenzen eingeschlossen), weiter vorzugsweise ungefähr 5 Vol.-% Methan enthält. 8 AT 403 382 B
8. 8. Verfahren nach eine der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leistung der Zerstäubung während der Beschichtung im wesentlichen konstant gehalten ist.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß das Werkstück Polymethyimethacrylat (PMMA) besteht.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß das PMMA-Werkstück als Speicherscheibe ausgebildet ist.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß das Werkstück als optische Speicherscheibe strukturiert ist.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß das Beschichten weniger als 10 Sekunden, vorzugsweise zwischen 5 und 6 Sekunden, dauert und zu beschichteten PMMA-optischen Scheiben führt, die die IEC 856 und 857 Normen erfüllen.
13. 13. Vorrichtung zum Beschichten von mindestens einem Werkstück aus Kunststoffmaterial mit einer metallischen Schicht, gekennzeichnet durch eine Vakuumkammer (2) mit mindestens einer magnetfeldunterstütztem Zerstäubungsquelle (1) für eine überwiegende Komponente der Schicht, wobei die Vakuumkammer (2) über steuerbare Gaszufuhreinrichtungen (8) mit mindestens einem Gasgemischtank (10, 12), welcher Argon und ein kohlenstoffhaltiges Gas enthält, oder mit mindestens zwei Tanks (10, 12) verbunden ist, die jeweils Argon und ein kohlenstoffhaltiges Gas enthalten, . eine Evakuierungspumpeneinheit (5), eine Einrichtung (3) zum Zuführen von mindestens einem Werkstück in die Kammer und eine Einrichtung (3) zum Entfernen von mindestens einem Werkstück aus der Kammer, einer Einrichtung (16) zum Steuern der Zerstäubungsquelle (1) und der Gaszufuhreinrichtung (8), so daß die Zerstäubungsquelle betätigt wird, wenn die Gaszufuhreinrichtung Argon und das kohlenstoffhaltige Gas in die Vakuumkammer eingelassen hat.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungsquelle (1) ein Magnetron ist.
15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungsquelle (1) ein Metall oder eine Metallegierungszerstäubungsquelle ist.
16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Tank (10) oder einer der beiden Tanks (10, 12) Methan enthält.
17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tank (12) Argon und ein Tank (10) Methan enthält und weiterhin umfassend eine steuerbare Mischungseinrichtung (Vio, Vi2), um ein Gas, welches in die Vakuumkammer (2) von den zwei Tanks zugeführt wird so zu mischen, daß eine Gasmischung mit 3 - 10 Vol-% Methan (beide Grenzen eingeschlossen) vorzugsweise mit etwa 5 Vol-% Methan entstehen.
18. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gastank Argon und 3 - 20 Vol.-% Methan (beide Grenzen eingeschlossen) vorzugsweise 3-10 Vol.-% (beide Grenzen eingeschlossen Methan) und weiter vorzugsweise mit etwa 5 % Methan enthält.
19. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitgebereinheit (16) vorgesehen ist , die die Einrichtung (3) und der Entferneinrichtung (3) so ansteuert, daß die Zufuhr und das Entfernen des Werkstücks in und aus der Kammer in weniger als 10 Sekunden erfolgt.
20. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungsquelle eine Zerstäubungsquelle für ein hochreflektierendes Metall ist, vorzugsweise für Aluminium oder eine Aluminiumslegierung. 9 AT 403 382 B
21. 21. Vorrichtung nach eine der Ansprüche 13 bis 20, mit mindestens einem Werkstück (4) darin, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück eine optische Speicherplatte aus PMMA ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen • 10