CH694642A5

CH694642A5 - Verfahren zum Aufbringen einer Kratzschutzschicht und eines Entspiegelungsschichtsystems und Vorrichtung zu seiner Durchführung.

Info

Publication number: CH694642A5
Application number: CH01267/99A
Authority: CH
Inventors: Michael Dr Liehr; Heinrich Dr Gruenwald
Original assignee: Leybold Systems Gmbh
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2005-05-13
Also published as: ITMI991599A1; IT1313191B1; US6126792A; ITMI991599A0; DE19834314A1; JP2000054149A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Kratzschutzschicht und eines Entspiegelungsschichtsystems auf Kunststoffsubstraten, insbesondere Brillengläsern, indem zur Bildung der Kratzschutzschicht nach dem Plasma-CVD-Verfahren entfernt von dem jeweiligen Kunststoffsubstrat in einem Anregungsgas ein Plasma erzeugt und dieses Anregungsgas durch ein Rohr dem Kunststoffsubstrat zugeführt und gleichzeitig in die Vakuumkammer ein strukturbildendes Gas eingegeben wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein wichtiger Anwendungsfall für ein solches Verfahren ist die Beschichtung von Brillengläsern aus Kunststoff. Solche Brillengläser bestehen beispielsweise aus einem Polycarbonat. Sie dürfen beim Beschichten ähnlich wie andere Kunststoffsubstrate nicht übermässig erwärmt werden. Deshalb ist das Beschichten durch Sputtern problematisch und kann nur für das Aufbringen relativ dünner Schichten eingesetzt werden, weil bei längeren Sputtervorgängen die thermische Belastung der Brillengläser zu gross wird, sofern man keine aufwendige Kühlung der Substrate vorsieht.

Um Kunststoffsubstrate ohne unerwünscht starke Erwärmung der Substrate mit einer relativ dicken Kratzschutzschicht zu versehen, wurde bereits ein Plasma-CVD-Verfahren entwickelt, bei dem das Plasma entfernt von dem Substrat in einem Anregungsgas gebildet und dieses Anregungsgas durch ein Rohr in einer Vakuumkammer dem Substrat zugeführt wird und bei dem man ein strukturbildendes Gas in die Vakuumkammer eingibt. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der DE 4 414 083 beschrieben.

Sehr wirtschaftlich lassen sich unterschiedliche Schichten durch Sputtern auf ein Substrat aufbringen. Wie die EP 0 699 246 zeigt, ist es bei optischen Linsen auch schon bekannt, diese nacheinander in einem Durchlauf mehreren Sputterkammern zuzuführen und dort jeweils eine Schicht auf die jeweilige Linse durch Sputtern aufzubringen. Die thermische Belastung der Substrate ist jedoch beim herkömmlichen Sputtern für Kunststoffsubstrate meist zu hoch.

Der Zeitschrift Surface and Coatings Technology, 59 (1993) 171-176 ist auch schon ein Gasfluss-Sputterverfahren zum Erzeugen von Aluminiumoxidschichten zu entnehmen, bei dem eine Sputter-elektrode mit zwei einander gegenüberliegenden Targets vorgesehen ist, zwischen denen ein Gas strömt und anschliessend zum Substrat gelangt. Besonders hervorgehoben wird in dieser Literaturstelle, dass die thermische Belastung des Substrates bei diesem Verfahren besonders gering sei.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass unmittelbar hintereinander eine Kratzschutzschicht und ein Entspiegelungsschichtsystem aufgebracht werden können, ohne dass dabei eine unzulässig hohe thermische Belastung der Kunststoffsubstrate auftritt. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zur Erzeugung der hochbrechenden Schicht oder der hochbrechenden Schichten des Entspiegelungsschichtsystems eine Gasfluss-Sputterquelle verwendet wird.

Durch die Verwendung einer meist als Down-stream-Plasmaquelle bezeichneten Vorrichtung für die Aufbringung einer Kratzschutzschicht und die anschliessende Verwendung einer Gasfluss-Sputterquelle für die Entspiegelungsschichten oder für eine hochbrechende Schicht wird in beiden Verfahrensstufen die thermische Belastung des Kunststoffsubstrates gering gehalten. Deshalb könnten die Kunststoffsubstrate sogar mehrere Sputterkammern durchlaufen, welche jeweils eine Gasfluss-Sputterquelle besitzen, um abwechselnd niedrigbrechende und hochbrechende Schichten aufzubringen. Möglich ist es allerdings auch, die niedrigbrechenden Schichten in der Plasma-CVD-Kammer zu erzeugen.

Der apparative Aufwand zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist besonders gering, wenn das Plasma-CVD-Verfahren und das Sputtern in einer einzigen Vakuumkammer erfolgen, indem als Sputterquelle zwei sich gegenüberliegende, zwei Rohrbereiche bildende Sputterelektroden verwendet werden, innerhalb der beim Plasma-CVD-Verfahren das das Anregungsgas zuführende Rohr aus einer während des Sputterns die Sputterelektroden freigebenden Position eingefahren wird, um die Sputter-elektroden vor einer Kontamination beim Plasma-CVD-Verfahren zu schützen.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die Vorrichtung separat voneinander eine Plasma-CVD-Kammer und eine Gasfluss-Sputterkammer aufweist und eine Trans porteinrichtung zum Transport des Kunststoffsubstrates von der Plasma-CVD-Kammer zur Gasfluss-Sputterkammer hat.

Eine solche Vorrichtung kann besonders einfach gestaltet sein, wenn die Transporteinrichtung ein Wendeteller ist. Dieser kann zugleich einen unteren Abschluss der beiden Kammern bilden und diese dadurch abdichten.

Statt zwei separate Vakuumkammern vorzusehen, ist eine andere Ausführungsform möglich, gemäss der die Vorrichtung eine einzige Vakuumkammer aufweist, in welcher zwei Rohrbereiche bildende Sputterelektroden einander gegenüberliegend angeordnet sind und in die koaxial zu den Sputterelektroden das Rohr für das Anregungsgas des Plasma-CVD-Verfahrens führt und gemäss der das Rohr axial verfahrbar aus einer die Innenmantelflächen der Sputterelektroden abdeckenden Position in eine diese freigebende Position beweglich angeordnet ist.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei davon schematisch in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Beschichtungsanlage, Fig. 2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Beschichtungsanlage nach der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt nebeneinander eine Plasma- CVD-Kammer 1 und eine Gasfluss-Sputterkammer 2. Diese beiden Kammern werden nach unten hin durch eine als Drehteller ausgebildete Transporteinrichtung 3 verschlossen, die um eine mittig zwischen der Plasma-CVD-Kammer 1 und der Gasfluss-Sputterkammer 2 angeordnete Achse 4 drehbar ist. Auf der Transporteinrichtung 3 sind Substrataufnahmen 5, 6 angeordnet, welche zum Halten eines als optische Linsen ausgebildeten Kunststoffsubstrates 7, 8 ausgebildet sind.

In die Plasma-CVD-Kammer 1 führt von oben her ein Rohr 9, welches ausserhalb der Plasma- CVD-Kammer 1 durch eine Mikrowellenquelle 10 hindurchführt. Unterhalb des Rohres 9 ist in der Plasma-CVD-Kammer 1 eine Ringleitung 11 angeordnet, aus der bei Betrieb der Anlage ein strukturbildendes Gas, beispielsweise Siloxan strömt. Von oben her lässt man ein Anregungsgas, beispielsweise Argon, O 2 , N 2 , CO 2 oder N 2 O in die Plasma-CVD-Kammer 1 strömen. Dieses Gas bildet durch die Mikrowellenquelle 10 ein Plasma, reagiert in der Plasma- CVD-Kammer 1 mit dem strukturbildenden Gas und schlägt sich als Kratzschutzschicht auf dem Kunststoffsubstrat 7 nieder.

In der Gasfluss-Sputterkammer 2 sind zwei rohrförmige Sputterelektroden 12, 13 angeordnet, die an gleichem Potential oder Wechselspannung angeschlossen sein können und zusammen in etwa ein geschlossenes Rohr bilden, durch welches von oben her ein Gas, beispielsweise Argon, zu dem Kunststoffsubstrat 8 strömt. Die beiden Sputterelektroden 12, 13 weisen beispielsweise ein nicht gezeigtes Target aus Titan auf, so dass durch Zugabe von Sauerstoff auf dem Kunststoffsubstrat 8 eine hochbrechende Schicht aus Titandioxid niedergeschlagen wird. Durch Drehen der Transporteinrichtung 3 um die Achse 4 kann zum Beispiel das Kunststoffsubstrat 7 aus der Plasma-CVD-Kammer 1 in die Gasfluss-Sputterkammer 2 überführt werden.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen insbesondere dadurch, dass nur eine einzige Vakuumkammer 14 vorgesehen ist, in der wie in der Gasfluss-Sputterkammer 2 gemäss der Fig. 1 wiederum zwei rohrförmige Sputterelektroden 12, 13 angeordnet sind. Das bei der Ausführungsform nach Fig. 1 in der Gasfluss-Sputterkammer 1 angeordnete Rohr 9 ist bei der Ausführungsform nach Fig. 2 koaxial zu den Sputterelektroden 12, 13 angeordnet und vermag aus der in Fig. 2 gezeigten Stellung so weit nach unten in die Sputterelektroden 12, 13 gefahren zu werden, dass die Innenmantelflächen der Sputter-elektroden 12, 13 von diesem Rohr 9 vollständig abgedeckt sind.

In der in Fig. 2 gezeigten Stellung des Rohres 9 wird in der Vakuumkammer 14 gesputtert, indem die Sputterelektroden 12, 13 mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei Argon durch das Rohr 9 strömt.

Bei der vorangegangenen Erzeugung der Kratzschutzschicht wurde das Rohr 9 so weit nach unten gefahren, bis seine Unterkante die Unterkante der Sputterelektroden 12, 13 erreicht hat. Hierdurch schützt das Rohr 9 die Sputterelektroden 12, 13 vor einer Beschichtung mit die Kratzschutzschicht bildenden Stoffen, wodurch die Sputterelektroden 12, 13 unbrauchbar würden. Bezugszeichenliste

1 Plasma-CVD-Kammer

2 Gasfluss-Sputterkammer

3 Transporteinrichtung

4 Achse

5 Substrataufnahme

6 Substrataufnahme

7 Kunststoffsubstrat

8 Kunststoffsubstrat

9 Rohr

10 Mikrowellenquelle

11 Ringleitung

12 Sputterelektrode

13 Sputterelektrode

14 Vakuumkammer

Claims

1. Verfahren zum Aufbringen einer Kratzschutzschicht und eines Entspiegelungsschichtsystems auf Kunststoffsubstraten, insbesondere Brillengläsern, indem zur Bildung der Kratzschutzschicht nach dem Plasma-CVD-Verfahren entfernt von dem jeweiligen Kunststoffsubstrat in einem Anregungsgas ein Plasma erzeugt und dieses Anregungsgas durch ein Rohr dem Kunststoffsubstrat zugeführt und gleichzeitig in die Vakuumkammer ein strukturbildendes Gas eingegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der hochbrechenden Schicht oder der hochbrechenden Schichten des Entspiegelungsschichtsystems eine Gasfluss-Sputterquelle verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma-CVD-Verfahren und das Sputtern in einer einzigen Vakuumkammer erfolgen, indem als Sputterquelle zwei sich gegenüberliegende, zwei Rohrbereiche bildende Sputterelektroden verwendet werden, innerhalb der beim Plasma- CVD-Verfahren das das Anregungsgas zuführende Rohr aus einer während des Sputterns die Sputter-elektroden freigebenden Position eingefahren wird, um die Sputterelektroden vor einer Kontamination beim Plasma-CVD-Verfahren zu schützen.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie separat voneinander eine Plasma-CVD-Kammer (1) und eine Gasfluss-Sputterkammer (2) aufweist und eine Transporteinrichtung (3) zum Transport des Kunststoffsubstrates (7, 8) von der Plasma-CVD- Kammer (1) zur Gasfluss-Sputterkammer (2) hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (3) ein Wendeteller ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine einzige Vakuumkammer (14) aufweist, in welcher zwei zwei Rohrbereiche bildende Sputterelektroden (12, 13) einander gegenüberliegend angeordnet sind und in die koaxial zu den Sputterelektroden (12, 13) das Rohr (9) für das Anregungsgas des Plasma-CVD-Verfahrens führt und dass das Rohr (9) axial verfahrbar aus einer die Innenmantelflächen der Sputterelektroden (12, 13) abdeckenden Position in eine diese freigebende Position beweglich angeordnet ist.