DE102007033665A1 - Method for producing a layer system on a dielectric substrate having a first reflecting metal layer and a layer structure, comprises applying the first metal layer on the substrate by a vacuum coating process - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schichtsystem auf einem Substrat sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystems auf einem Substrat, jeweils entsprechend den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The The present invention relates to a layer system on a substrate and a method for producing a layer system on a Substrate, respectively according to the preambles of the independent claims.
Die
Vakuummetallisierung von dielektrischen Substraten ist bereits seit
einiger Zeit bekannt und erfreut sich gerade in letzter Zeit zunehmender
Popularität, beispielsweise für Handy- und Notebookgehäuse aber
auch für Komponenten im Automotivebereich. Aus den Dokumenten
Bei den erwähnten Anwendungen für Handys und dergleichen ist der nicht leitende Charakter der Metallisierung von Bedeutung, da damit eine Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung oder gemäß einem anderen Aspekt Korrosionsresistenz von ansonsten korrosiven Metallen erreicht wird.at the mentioned applications for mobile phones and the like is the non-conductive character of the metallization important because there is a permeability to electromagnetic Radiation or, in another aspect, corrosion resistance achieved by otherwise corrosive metals.
Bei dem bekannten Metallisierungsverfahren muss die aufgebrachte Metallschicht einerseits dick genug sein um nur wenig Licht durchzulassen, andererseits dünn genug sein, um eine elektrische Leitfähigkeit der Metallschicht auszuschließen. Da die Schichtleitfähigkeit in Abhängigkeit von der Schichtdicke von nahezu perfekter Isolation unterhalb einer kritischen Schichtdicke von beispielsweise zwischen 30 und 40 nm zu sehr guter metallischer Leitfähigkeit oberhalb dieser Schichtdicke umschlagen kann, werden hohe Anforderungen an die Einhaltung von der Schichtdicke bestimmenden Herstellungsparametern, beispielsweise Verdampfungsraten bei einem thermischen Verdampfungsverfahren, gestellt. Vor allem bei für Massenfertigung geeigneten Maschinen ist die Einhaltung der Toleranzen der Herstellungsparameter nur mit großem Aufwand zu erreichen, insbesondere dann wenn eine Vielzahl parallel betriebener baugleicher, aber jeweils mit Toleranzen behafteter Einheiten eingesetzt wird.at the known metallization process, the applied metal layer on the one hand be thick enough to let only a little light through, on the other hand be thin enough to provide electrical conductivity Exclude metal layer. Because the Schichtleitfähigkeit depending on the layer thickness of almost perfect Isolation below a critical layer thickness of, for example between 30 and 40 nm to very good metallic conductivity Be able to handle above this layer thickness, high demands the adherence to the production parameters determining the layer thickness, for example, evaporation rates in a thermal evaporation process, posed. Especially for mass production Machinery is adhering to the tolerances of the manufacturing parameters only with great effort to achieve, especially then if a large number parallel operated identically, but in each case used with toleranced units.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Schichtsystems auf einem dielektrischen Substrat, wobei das Schichtsystem einen extrem hohen Flächenwiderstand und gleichzeitig visuell einen metallischen Eindruck aufweist.task The present invention provides a layer system on a dielectric substrate, wherein the layer system has a extremely high surface resistance and at the same time visually has a metallic impression.
Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.The said task is with the characteristics of the independent Claims solved.
Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystems auf einem dielektrischen Substrat, welches eine erste reflektierende Metallschicht und einen Schichtaufbau aufweist folgendermaßen vorgegangen. Die erste Metallschicht wird mittels eines ersten Vakuumbeschichtungsschrittes auf das Substrat aufgebracht und weist einen Flächenwiderstand > 10 MOhm auf. Der Schichtaufbau ist oder wird auf der dem Substrat entgegengesetzten Seite der ersten Metallschicht angeordnet und beinhaltet eine weitere reflektierende Metallschicht und zumindest eine zwischen der ersten und der weiteren Metallschicht angeordnete Isolatorschicht. Zur Herstellung des Schichtaufbaus werden folgende Schritte durchgeführt
- i Aufbringung der transparenten Isolatorschicht auf die erste Metallschicht mit einem mittleren Transmissionsgrad > 50% mittels eines zweiten Vakuumbeschichtungsschrittes
- ii Aufbringung der weiteren Metallschicht auf die Isolatorschicht mit einem Flächenwiderstand > 10 MOhm auf die Isolatorschicht mittels eines dritten Vakuumbeschichtungsschrittes.
- i Application of the transparent insulator layer to the first metal layer with an average transmittance> 50% by means of a second vacuum coating step
- ii Application of the further metal layer on the insulator layer with a sheet resistance> 10 MOhm on the insulator layer by means of a third vacuum coating step.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein höherer Reflektionsgrad als nach dem Stand der Technik erreicht, ohne dass der Flächenwiderstand über einen vorgegeben Wert steigt, bei dem eine Abschirmung des Substrats gegen elektromagnetische Strahlung erfolgt oder die Metallschichten anfällig gegen Korrosion werden.With the solution according to the invention is a higher reflectance than achieved in the prior art, without the sheet resistance over a given Value increases, in which a shielding of the substrate against electromagnetic Radiation takes place or the metal layers vulnerable to Become corrosion.
Als dielektrisches Substrat kommt jeder nichtleiffähige Feststoff, sofern er für die verwendeten Vakuumbeschichtungsverfahren- oder Schritte geeignet ist, das heißt insbesondere im Vakuum nicht erheblich ausgast und die bei dem Verfahren auftretenden Temperaturen und Plasmen im wesentlichen unbeschädigt übersteht, in Frage. Das Substrat ist vorzugsweise 3-dimensional oder weist einen 3-dimensionalen Bereich auf, wie beispielsweise ein Handygehäuse.When dielectric substrate comes any non-conductive solid, provided it is suitable for the vacuum coating process used or steps is suitable, that is, in particular in a vacuum not significantly outgassing and the temperatures occurring during the process and survives plasmas substantially undamaged, in question. The substrate is preferably 3-dimensional or has a 3-dimensional area, such as a cell phone case.
Als Metallschicht wird im Zusammenhang mit der Erfindung eine Schicht aus einem bei Raumtemperatur festen Metall verstanden.When Metal layer becomes a layer in the context of the invention understood from a metal solid at room temperature.
Als Isolatorschicht wird im Zusammenhang mit der Erfindung eine Schicht aus einem dielektrischen Feststoff verstanden, die die Metallschichten elektrisch von einander isoliert.When Insulator layer becomes a layer in the context of the invention from a dielectric solid that the metal layers electrically isolated from each other.
Im Zusammenhang der Erfindung wird als Flächenwiderstand einer Schicht eines Materials der spezifische Widerstand eines Materials geteilt durch die Schichtdicke definiert. Ein Wert von 10 MOhm Flächenwiderstand einer metallischen Schicht wird heute als ausreichend angesehen, um eine Durchlässigkeit der Schicht für elektromagnetische Strahlung zu erlauben und eine im Inneren eines Gehäuses, beispielsweise eines Handys oder drahtlosen Telefons angebrachte Antenne, nicht abzuschirmen.in the The context of the invention is called sheet resistance of a Layer of a material's resistivity of a material defined by the layer thickness. A value of 10 MOhm sheet resistance a metallic layer is considered sufficient today to a permeability of the layer for electromagnetic Allow radiation and one inside a housing, for example, a cellphone or wireless phone attached Antenna, not shield.
Die erwähnten Werte des Flächenwiderstandes beziehen sich auf den Flächenwiderstand in einem Temperaturbereich zwischen –15 und +50°C.The refer to the values of sheet resistance mentioned on the sheet resistance in a temperature range between -15 and + 50 ° C.
Erfindungsgemäß werden als Vakuumbeschichtungsverfahren und/oder Vakuumbeschichtungsschritte PVD – Physical Vapor Deposition – oder CVD – Chemical Vapor Deposition-Verfahren eingesetzt.According to the invention as a vacuum coating method and / or vacuum coating steps PVD - Physical Vapor Deposition - or CVD - Chemical Vapor deposition method used.
Bei PVD-Verfahren wird das Beschichtungsmaterial mit Hilfe physikalischer Verfahren in die Gasphase übergeführt und anschließend auf dem Substrat abgeschieden. Bevorzugte PVD-Verfahren im Rahmen der Erfindung sind thermisches Aufdampfen, Sputtern (Zerstäuben) und Elektronenstrahl-Verdampfen.at PVD process, the coating material using physical Process into the gas phase and then transferred deposited on the substrate. Preferred PVD methods in the frame the invention are thermal vapor deposition, sputtering (sputtering) and electron beam evaporation.
Als mittlerer Reflektionsgrad bzw. Transmissionsgrad wird im Rahmen der Erfindung der Mittelwert des gemessenen Reflektionsgrades bzw. Transmissionsgrades, vorzugsweise unter einem Einfallswinkel von mehr als 60°, gebildet mit einer geeigneten Gewichtsfunktion über einen vorgegebenen Wellenlängenbereich der reflektierten Strahlung definiert. Vorzugsweise liegt der Wellenlängenbereich in einen Bereich zwischen 360 nm und 850 nm, mindestens jedoch in einem Bereich von 400 nm bis 700 nm. Vorzugsweise wird eine arithmetische Gewichtsfunktion verwendet.When mean reflectance or transmittance is in the frame the invention, the mean value of the measured reflectance or Transmittance, preferably at an angle of incidence of more as 60 ° formed with a suitable weighting function a predetermined wavelength range of the reflected Radiation defined. Preferably, the wavelength range is in a range between 360 nm and 850 nm, but at least in a range of 400 nm to 700 nm. Preferably, an arithmetic Weight function used.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist relativ wenig aufwändig, da bei der Herstellung der ersten und der weiteren Metallschicht lediglich auf einem Flächenwiderstand von > 10 MOhm abgehoben wird und auf die im Stand der Technik notwendige Forderung eines minimalen Transmissionsgrades für die Metallschichten verzichtet werden kann. Gleichzeitig wird durch das realisierte Mehrschichtsystem aus der ersten und weiteren Metallschicht ein erhöhter Reflektionsgrad mit einem gewissen metallischen Eindruck erreicht. Da auch die Aufbringung der transparenten Isolatorschicht auf die erste Metallschicht mit einem mittleren Transmissionsgrad > 50% relativ unaufwändig ist, ist das Gesamtverfahren gegenüber dem Stand der Technik insgesamt deutlich kosteneffektiver, ohne das Nachteile bei der erreichten Durchlässigkeit des Schichtsystems für elektromagnetische Strahlung im Bereich von Radio- oder Mikrowellenfrequenzen beziehungsweise der erreichten Korrosionsbeständigkeit in Kauf genommen werden müssen.The inventive method is relatively inexpensive, since in the production of the first and the further metal layer only lifted on a sheet resistance of> 10 MOhm is and on the need in the prior art requirement of minimal transmittance for the metal layers omitted can be. At the same time, the realized multi-layer system from the first and further metal layer an elevated Reflectance achieved with a certain metallic impression. As well as the application of the transparent insulator layer on the first metal layer with an average transmittance> 50% relatively inexpensive is, is the overall process over the prior art Overall, significantly more cost-effective, without the disadvantages of the reached permeability of the coating system for electromagnetic radiation in the range of radio or microwave frequencies or the achieved corrosion resistance must be accepted.
Es versteht sich, dass gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die erste und/oder weitere Metallschicht auch einen Flächenwiderstand von > 20 MOhm oder > 30 MOhm oder mehr aufweisen kann.It it is understood that according to another embodiment the invention, the first and / or further metal layer also a Sheet resistance of> 20 MOhm or> 30 MOhm or more.
Bei CVD-Verfahren wird mittels einer chemischen Reaktion aus der Gasphase eine Feststoffkomponente auf dem Substrat abgeschieden. Bevorzugte CVD-Verfahren im Rahmen der Erfindung sind PECVD (Plasma Enhanced CVD) und RPECVD (Remote Plasma Enhanced CVD).at CVD process is by means of a chemical reaction from the gas phase a solid component deposited on the substrate. preferred CVD methods in the context of the invention are PECVD (Plasma Enhanced CVD) and RPECVD (Remote Plasma Enhanced CVD).
Es versteht sich, dass auch weitere hier im Einzelnen nicht aufgeführte PVD- und CVD-Verfahren im Rahmen der Erfindung verwendet werden können, soweit sie zur Herstellung von Metall- und oder Isolatorschichten geeignet sind.It It goes without saying that other details are not listed here PVD and CVD methods are used in the invention As far as they are used to manufacture metal and or Insulator layers are suitable.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird davon ausgegangen, dass für eine gegebene Anwendung der mittlere Reflektionsgrad der ersten Metallschicht als nicht ausreichend hoch angesehen wird. Es versteht sich, dass dieser Reflektionsgrad schon nahe an dem gewünschten Reflektionsgrad liegen kann. Mit der Aufbringung der weiteren Metallschicht beziehungsweise der weiteren Metallschichten, wird der Reflektionsgrad des Schichtsystems insgesamt so erhöht, dass er den gewünschten Anforderungen an den Reflektionsgrad entspricht, ohne dass eine Leitfähigkeit, die zu einer Abschirmung gegenüber elektromagnetischen Strahlungen führen könnte, auftritt.at the method according to the invention is assumed for a given application, the average reflectance the first metal layer is considered not sufficiently high. It is understood that this degree of reflection is already close to the desired reflectivity may be. With the application the further metal layer or the further metal layers, the reflectance of the layer system is thus increased overall, that he has the desired reflectivity requirements corresponds, without a conductivity, to a Shielding against electromagnetic radiation could, occurs.
Die Isolatorschicht weißt typischerweise eine Dicke zwischen 0,5 nm und 50 nm; bevorzugt eine Dicke von 10 nm auf und verhindert eine elektrische Leitfähigkeit zwischen den einzelnen Metallschichten des Schichtsystems.The insulator layer typically has a thickness between 0.5 nm and 50 nm; preferably a thickness of 10 nm and prevents electrical conductivity between the individual metal layers of the layer system.
Die Isolatorschicht besteht vorzugsweise aus Siliziumoxid, oder aus Oxiden, Nitriden, Oxinitriden, Oxicarbiden, Cabonitriden oder Oxicabonitriden des oder der für die Metallschichten verwendeten Metalle. Ferner sind Plasmapolymere, beispielsweise von Siloxanen als Material der Isolatorschicht geeignet.The Insulator layer is preferably made of silicon oxide, or from Oxides, nitrides, oxynitrides, oxicarbides, cabonitrides or oxicabonitrides the one or more metals used for the metal layers. Furthermore, plasma polymers, for example of siloxanes as material the insulator layer suitable.
Die Isolatorschicht wird vorzugsweise durch vollständige oder teilweise Oxidation, Nitridation und/oder Carbidation einer zugeordneten Metallschicht aufgebracht bzw. hergestellt. Die Aufbringung der Isolatorschicht kann ferner durch ein reaktives PVD-Verfahren, ein CVD-Verfahren oder Herstellung oder durch eine Plasmabehandlung einer Metallschicht erfolgen.The Insulator layer is preferably by complete or partial oxidation, nitridation and / or carbidation of an associated Applied or prepared metal layer. The application of the Insulator layer may also be formed by a reactive PVD method CVD process or manufacturing or by a plasma treatment a metal layer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden n, den Schritten i und ii analoge Schritte durchgeführt, wobei n > 0 und vorzugsweise so gewählt wird, das der mittlere Reflektionsgrad von erster Metallschicht und Schichtaufbau > 30%, vorzugsweise > 40% ist.According to one Another embodiment of the invention will n, the steps i and ii analogous steps performed, where n> 0 and preferably is chosen so that the mean reflectance of the first Metal layer and layer structure> 30%, preferably> 40% is.
Als mit dem Schritt i analoger Schritt wird die Aufbringung einer transparenten Isolatorschicht mit einem mittleren Transmissionsgrad > 50% mittels eines Vakuumbeschichtungsschrittes auf eine darunter angeordnete Metallschicht verstanden. Unter einem dem Schritt ii analogen Schritt wird die Aufbringung einer Metallschicht mit einem Flächenwiderstand > 10 MOhm auf eine darunter angeordnete Isolatorschicht mittels eines Vakuumbeschichtungsschrittes verstanden. Bei n > 0 Schritten wird mit jedem den Schritten i und ii analogen Schritt eine weitere reflektierende Metallschicht dem Schichtsystem hinzugefügt, wobei diese Metallschicht keine wesentliche abschirmende Wirkung aufweist, da ihr Flächenwiderstand > 10 MOhm ist. Gleichzeitig wird der mittlere Gesamtreflektionsgrad des Schichtsystems durch die Aufbringung der weiteren Metallschicht erhöht. Da der mittlere Transmissionsgrad der transparenten Isolatorschicht > 50% ist, wird durch die Isolatorschicht beziehungsweise die Isolatorschichten die Reflektion nicht wesentlich gedämpft.When with the step i analogous step, the application of a transparent Insulator layer with an average transmittance> 50% by means of a Vacuum coating step on a metal layer arranged thereunder Understood. Under a step analogous to step ii, the Application of a metal layer with a sheet resistance> 10 MOhm to one below arranged insulator layer by means of a vacuum coating step Understood. At n> 0 Steps will become the same with each step i and ii added another reflective metal layer to the layer system, this metal layer has no significant shielding effect because its sheet resistance is> 10 MOhm. At the same time the middle one becomes Total reflection of the layer system by the application of the increased metal layer. As the average transmittance the transparent insulator layer> 50% is, is through the insulator layer or the insulator layers the reflection is not significantly dampened.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft unter Verwendung von Metallschichten mit einem mittleren Reflektionsgrad ≤ 75%, 50% oder 25%, die materialabhängig relativ einfach herzustellen sind, eingesetzt werden. Metallschichten mit einem mittleren Reflektionsgrad von ≤ 50% und einer Flächenleitfähigkeit > 10 MOhm können besonders einfach hergestellt werden, da bei ihnen das Problem des Metall-Isolatorüberganges leichter zu beherrschen ist als bei Metallschichten mit höherem Reflektionsgrad.The inventive method can advantageously under Use of metal layers with an average reflectance ≤ 75%, 50% or 25%, depending on the material relatively easy to produce are to be used. Metal layers with a medium degree of reflection of ≤ 50% and a surface conductivity> 10 MOhm be made particularly easy, since with them the problem of Metal isolator transition is easier to master than for metal layers with a higher degree of reflection.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Vakuum während der Herstellung des Schichtsystems ungebrochen, sodass aufwändige Be- und Entlüftungsmaßnahmen überflüssig sind.According to one Another embodiment of the invention is the vacuum during the production of the layer system unbroken, so consuming Ventilation measures superfluous are.
Für die Schichtsysteme besonders geeignet erweisen sich Metallschichten die wenigstens ein Mitglied der aus Aluminium, Kupfer, Silber, Gold, Titan, Magnesium, Eisen, Stahl, Chrom, Zinn, Indium gebildeten Gruppe oder aus ihnen gebildeten Legierungen umfasst, da diese relativ hoch reflektierende, metallische Schichten bilden.For the layer systems prove to be particularly suitable metal layers the at least one member of aluminum, copper, silver, gold, Titanium, magnesium, iron, steel, chromium, tin, indium or alloys formed from them, since these are relative forming highly reflective metallic layers.
Je nach Anwendungsspezifikation kann auf der obersten Metallschicht des Schichtaufbaus zusätzlich eine Isolatorschicht aufgebracht werden.ever according to application specification may be on the topmost metal layer additionally applied an insulator layer of the layer structure become.
Zum Schutz der obersten Metallschicht oder der obersten Isolatorschicht ist es häufig zweckmäßig eine Deckschicht aufzubringen. Vorzugsweise weist eine derartige Deckschicht eine hohe Abriebfestigkeit oder eine hohe Kratzfestigkeit auf.To the Protection of the top metal layer or top insulator layer it is often convenient to use a topcoat applied. Preferably, such a cover layer has a high abrasion resistance or high scratch resistance.
Zur Erhöhung der Stabilität des erfindungsgemäßen Schichtsystems kann ferner zwischen der ersten Metallschicht und dem Substrat eine Grundschicht, vorzugsweise eine Haftvermittlungsschicht aufgebracht werden. Die Grundschicht kann beispielsweise plasmagestützt abgeschieden werden und aus einer silizium-organischen Verbindung bestehen. Ferner kann diese Schicht als Lackschicht ausgebildet sein.to Increasing the stability of the invention Layer system may further between the first metal layer and the substrate, a base layer, preferably an adhesive layer be applied. The base layer can be plasma-assisted, for example be deposited and made of an organosilicon compound consist. Furthermore, this layer can be formed as a lacquer layer be.
Die Dicke der Isolatorschichten ist jeweils derart gewählt, dass Interferenzeffekte bei den Wellenlängen des sichtbaren Lichtes möglichst gering sind.The Thickness of the insulator layers is chosen in each case such that interference effects at the wavelengths of the visible Light are as low as possible.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein 3-dimensionales Objekt, welches mit einem erfindungsgemäßen Schichtsystem versehen wurde oder welches zumindest teilweise ein Substrat bei einem erfindungsgemäßen Verfahren bildet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Objekt um ein Gehäuse in dem ein Antennensystem untergebracht ist.One Another aspect of the invention relates to a 3-dimensional object, which with a layer system according to the invention has been provided or which at least partially a substrate forms a method according to the invention. Preferably the object is an enclosure in the one Antenna system is housed.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand einer Zeichnung.Further Aspects and advantages of the invention also emerge independently from its summary in the claims of the following description of exemplary embodiments with reference a drawing.
Es zeigt:It shows:
In
Bei
dem Substrat
Die
Metallschicht
Bei
der Isolatorschicht handelt es sich um eine vollständige
oder teilweise Oxidation, Nitridation und/oder Carbidation der Metallschicht
Bei
der weiteren Metallschicht
Die
Deckschicht
Die
Grundschicht
Erfindungsgemäß ist
der Flächenwiderstand der Metallschicht
Bei
der Deckschicht
In
einer weiteren in
Die reflektierenden Metallschichten können bei den erfindungsgemäßen Schichtsystem einen mittleren Reflektionsgrad < 75%, 50% oder 25% aufweisen.The reflective metal layers can in the inventive Layer system have a mean reflectance <75%, 50% or 25%.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtsystems mit Metallschichten aus Zinn wird ein Substrat in eine Vakuumkammer einer Beschichtungsanlage, beispielsweise einer PylonMet IV der Anmelderin, eingebracht. Die Magnetron-Sputterkathoden der Anlage sind mit Targets aus Zinn bestückt. Eine plasmagestützte Aufbringung von Schichten kann mittels zwei Plattenelektroden, die an einen 40 kHz Generator geschlossen sind, erfolgen. Das Substrat wird gegenüber den Targets angeordnet, wobei die zu beschichtende Oberfläche den Targets gegenüberliegt.To produce a layer system according to the invention with tin metal layers, a sub strat in a vacuum chamber of a coating system, such as a PylonMet IV of the Applicant introduced. The magnetron sputter cathodes of the system are equipped with targets made of tin. A plasma enhanced deposition of layers can be accomplished by means of two plate electrodes closed to a 40 kHz generator. The substrate is placed opposite to the targets with the surface to be coated facing the targets.
Auf ein Substrat erfolgt die Aufbringung eines erfindungsgemäßen Schichtsystems beispielsweise mit folgenden Prozessschritten.On a substrate is the application of an inventive Layer system, for example, with the following process steps.
Plasmavorbehandlungplasma treatment
Das Substrat wird durch ein Plasma gereinigt und zur besseren Haftung der nachfolgenden Schicht aktiviert.The Substrate is cleaned by a plasma and for better adhesion activated the following layer.
Plasma CVD einer GrundschichtPlasma CVD of a base layer
Eine harte Schicht wird mittels elektromagnetischer Energie bei einer elektromagnetischen Anregung von 40 kHz auf das gereinigte Substrat aufgebracht.A hard layer is by means of electromagnetic energy at a electromagnetic excitation of 40 kHz on the cleaned substrate applied.
Sputtern einer MetallschichtSputtering a metal layer
Die Vakuumkammer wird auf einen Basisdruck von beispielsweise 10–5 mBar gebracht und evakuiert und es erfolgt anschließend die Aufbringung einer reflektierenden Schicht (Sn-Schicht).The vacuum chamber is brought to a base pressure of, for example, 10 -5 mbar and evacuated, followed by the application of a reflective layer (Sn layer).
Herstellen einer IsolatorschichtMaking an insulator layer
Die aufgebrachte Zinnschicht wird mittels eines Sauerstoffplasmas oxidiert.The applied tin layer is oxidized by means of an oxygen plasma.
Sputtern einer weiteren Metallschicht Es erfolgt die Aufbringung einer weiteren reflektierenden Sn-Schicht mittels Sputtern.sputtering a further metal layer There is the application of another reflective Sn layer by sputtering.
Plasma-CVD einer DeckschichtPlasma CVD of a cover layer
In die Vakuumkammer werden HMDSO und Sauerstoff eingeleitet zur Abscheidung einer Deckschicht mittels PECVD.In the vacuum chamber is introduced HMDSO and oxygen for deposition a cover layer using PECVD.
Nach der Belüftung der Kammer kann das beschichtete Substrat entnommen werden.To the ventilation of the chamber may be the coated substrate be removed.
In Tabelle 1 sind verschiedene Varianten von Beschichtungsprozessen mit Zinnschichten dargestellt.In Table 1 are different variants of coating processes shown with tin layers.
Es sind in der Tabelle dargestellt: In Spalte 1 der Tabelle 1 die Nummerierung des jeweiligen Prozesses, in Spalte 2 die Sputterparameter, in Spalte 3 die Parameter bei der Aufbringung der Isolatorschicht, in Spalte 4 die Anzahl der Wiederholungen bei der Aufbringung der Metall- bzw. Isolatorschicht, in Spalte 5 der gemessene Reflektionsgrad bei 550 nm und in Spalte 6 der gemessene Flächenwiderstand der Schichtsysteme für die jeweiligen Prozesse dargestellt.It are shown in the table: In column 1 of Table 1 the numbering of the respective process, in column 2 the sputter parameters, in column 3 the parameters in the application of the insulator layer, in column 4 the number of repetitions in the application of the metal or insulator layer, in column 5 the measured reflectance at 550 nm and in column 6 the measured sheet resistance layer systems for the respective processes.
Prozess 1 betrifft einen Sputterprozess, durch die eine Schicht mit geringem Reflektionsgrad und hohem Flächenwiderstand erzeugt worden ist. Die Prozesse 2 und 3 beinhalten die Aufbringung eines Schichtsystems bei dem auf eine Metallschicht jeweils eine Isolatorschicht folgt, wobei die letzte Metallschicht durch Sputtern über einen Zeitintervall 20 Sek. bzw. 60 Sek. hergestellt wurde. Die Isolatorschicht wurde durch Plasma-Oxidation der Metallschicht hergestellt. Mit der Anzahl der Wiederholungen von 3 auf 5 ist der Reflektionsgrad von 53 auf 58% gestiegen. Prozess 2 und 3 lieferten ferner jeweils einen hohen Flächenwiderstand. Im Vergleich zeigt Prozess 5 die Parameter einer gesputterten Metallschicht bei einem Zeitintervall von 20 Sek. mit einem Reflektionsgrad von 54% und einem Flächenwiderstand von nur 1 MOhm. Bei der durch Prozess 5 hergestellten Schicht fehlt der Prozessschritt der Herstellung einer Isolatorschicht, mit der Folge, dass eine leitfähige Metallschicht entstanden ist.process 1 relates to a sputtering process, through which a layer with low Reflectance and high sheet resistance has been generated is. Processes 2 and 3 involve the application of a layer system in which an insulator layer follows in each case onto a metal layer, the last metal layer being sputtered over a Time interval 20 sec. Or 60 sec. The insulator layer was prepared by plasma oxidation of the metal layer. With the number of repetitions from 3 to 5 is the reflectance increased from 53 to 58%. Process 2 and 3 also provided respectively a high sheet resistance. In comparison, process shows 5 shows the parameters of a sputtered metal layer at a time interval of 20 seconds with a reflectance of 54% and a sheet resistance of only 1 MOhm. The layer produced by Process 5 is missing the process step of producing an insulator layer, with the Result that a conductive metal layer is formed.
Der Prozess 4 betrifft die Herstellung von Schichtsystemen mit Isolatorschichten, die mittels eines HMDSO/Sauerstoff-Plasmaprozesses hergestellt wurden und zeigt, dass auch derart hergestellte Isolatorschichten ausreichende Isolatoreigenschaften aufweisen, um die Metallschichten gegeneinander zu isolieren um einen hohen Gesamtflächenwiderstand zu sichern.The process 4 relates to the production of layer systems with insulator layers which were produced by means of an HMDSO / oxygen plasma process and shows that insulator layers produced in this way also have sufficient insulator properties in order to isolate the metal layers from one another to ensure a high total surface resistance.
Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf folgende Weise ein Schichtsystem mit einem vorgegebenen Reflektionsgrad und einem hohen Flächenwiderstand erreicht werden.According to one another aspect of the method according to the invention can be a layering system with a predetermined Reflectance and a high sheet resistance achieved become.
Es werden zur Festlegung von Schichtdicken der Metall- und der Isolatorschichten bei einem erfindungsgemäßen Schichtsystem folgende Schritte vorgenommen:It are used to determine layer thicknesses of the metal and insulator layers in a layer system according to the invention the following Steps made:
- 1. Herstellen einer Serie von Metallschichten mit zunehmender Schichtdicke und Messen der Schichtwiderstände. Die Schichtdicke, bei der der Flächenwiderstand R_grenz erstmals unterschritten wird, wird als d_grenz1 bezeichnet1. Making a series of metal layers with increasing layer thickness and measuring the sheet resistances. The layer thickness at which the sheet resistance R_grenz is fallen below for the first time, is called d_grenz1
- 2. Herstellen einer Serie von Schichtsystemen der Struktur Metall-Isolator-Metall mit zunehmender Schichtdicke der Isolatorschicht. Eine mögliche Technik zur Herstellung der Isolatorschicht ist dabei die gezielte Oxidation eines Teils der zuletzt hergestellten Metallschicht etwa durch Behandlung mit einem sauerstoffhaltigen Plasma. Die Metallschichten haben jeweils eine Schichtdicke etwas kleiner als d_grenz1, z. B. 0,9*d_grenz1. Unterhalb einer Isolator-Schichtdicke d_grenz2 unterschreiten die Schichtsysteme den Flächenwiderstand R_grenz.2. Producing a series of layer systems of the structure metal-insulator-metal with increasing layer thickness of the insulator layer. A possible Technique for the production of the insulator layer is the targeted oxidation a part of the last produced metal layer, for example by treatment with an oxygen-containing plasma. The metal layers have each a layer thickness slightly smaller than d_grenz1, z. Eg 0.9 * d_grenz1. Below an insulator layer thickness d_grenz2 fall below the Layer systems the surface resistance R_grenz.
- 3. Herstellen einer Serie von Schichtsystemen Metall(Dicke d1) – Isolator (Dicke d2) – Metall (Dicke d3) mit folgenden Bedingungen bezüglich der Dicken: – d1 wird ausgehend von d_grenz1 langsam vergrößert – d2 ist konstant und etwas (ca. 10%) größer, als d_grenz2 – d3 ist konstant und etwas (ca. 10%) kleiner, als d_grenz1. Es ergibt sich eine neue Grenz-Schichtdicke d_grenz3 für die Dicke d1, oberhalb der ein Flächenwiderstand unterhalb von R_grenz auftritt. Die Zunahme von d_grenz3 gegenüber d_grenz1 ist zurückzuführen auf die Umbildung eines Teils der Metallschicht zur Isolationsschicht infolge Oxidation.3. Making a series of layer systems metal (thickness d1) - insulator (Thickness d2) - metal (thickness d3) with the following conditions in terms of thicknesses: - d1 is going out slowly increased by d_grenz1 - d2 is constant and something (about 10%) larger than d_grenz2 - d3 is constant and something (about 10%) smaller than d_grenz1. It results in a new boundary layer thickness d_grenz3 for the Thickness d1, above the sheet resistance below of R_limit occurs. The increase of d_grenz3 compared d_grenz1 is due to the transformation a portion of the metal layer to the insulating layer due to oxidation.
- 4. Herstellen eines Schichtsystems von (Metall (d_grenz3) – Isolator(d2 aus Schritt 3))_n mal-Metall (d3 aus Schritt 3) mit zunehmender Widerholungsanzahl n. Derartige Schichtsysteme sollten einen spezifikationskonformen Flächenwiderstand R > R_grenz aufweisen, andernfalls sind d3 und d_grenz3 geringfügig (ca. 5–10%) zu verringern und d2 ebenfalls geringfügig zu erhöhen. Dabei wird erstmals bei einer Wiederholungszahl n_grenz die geforderte Reflexion des Schichtsystems erreicht.4. Producing a layer system of (metal (d_grenz3) - insulator (d2 from step 3)) n times metal (d3 from step 3) with increasing Number of repetitions n. Such layer systems should conform to specification Surface resistance R> R_limit otherwise, d3 and d_limit3 are minor (about 5-10%) and d2 also slightly to increase. This is the first time at a repetition number n_grenz reaches the required reflection of the layer system.
Zur
Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtsystems
werden die ermittelten Werte für die Schichtdicken sowie
die Widerholungsanzahl n_grenz verwendet.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - US 4407871 [0002] US 4407871 [0002]
- - US 4431711 [0002] US 4431711 [0002]
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