DE2710483A1

DE2710483A1 - Verfahren zum niederschlagen einer schicht

Info

Publication number: DE2710483A1
Application number: DE19772710483
Authority: DE
Inventors: William James Dr King
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-10
Filing date: 1977-03-10
Publication date: 1977-09-29
Also published as: US4028206A; JPS52119682A; FR2357658A1; GB1582339A; DE2710483C2; FR2357658B1; JPS6223016B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Kunststoffe und dergleichen finden für viele Zwecke «regen ihres geringen Gewichtes, ihrer leichten Formbarkeit sowie Bearbeitbarkeit und ihrer Durchsichtigkeit (für optische Zwecke) Anwendung. Für eine ganze Reihe von Anwendungen, wie Baumaterialien (z.B. Wandverkleidungen und Dekorationspaneelen), leichtgewichtigen Spiegeln, Fenstern und dergleichen sind solche Materialien nicht ohne weiteres geeignet, da sie leicht verkratzen und durch chemische Umgebungseinflüsse beeinträchtigt werden. Diese Einschränkungen lassen sich zum Teil durch eine Schutzschicht aus Glas oder einem anderen geeigneten Material auf der Oberfläche oder den Oberflächen, die den schädlichen Einflüssen ausgesetzt sind, vermeiden. Beim Aufbringen solcher Schutzschichten treten zwei hauptsächliche Schwierigkeiten auf: Die erste besteht darin, eine ausreichend feste Haftung zwischen den betreffenden Materialien zu erreichen und die zweite, den Kunststoff während des Aufbringens solcher Schutzschichten genügend kühl zu halten, um ein Verformen, Schmelzen,oder Trüben der Oberfläche des Kunststoffs zu vermeiden. Oft tritt bei dem sich an den Niederschlagungsprozeß anschließenden Abkühlen auch

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ein Ablösen der Schutzschicht von der Substratschicht auf. Der Kunststoff und das Glas werden während des Aufbringens der Schutzschicht heiß und dehnen sich aus, dies jedoch mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und beim Abkühlen strebt der Kunststoff im allgemeinen dazu, sich stärker zusammenzuziehen als das Glas der Schutzschicht, so daß große Scherkräfte auftreten. Wenn die Bindung zwischen den Schichten nicht genügend stark ist, tritt ein Ablösen (Delamination) auf. Eine Möglichkeit, die hohen Scherkräfte bei der Kontraktion der Schichten zu vermeiden, besteht darin, den Kunststoff während der Beschichtung auf einer ausreichend niedrigen Temperatur zu halten. Der Kunststoff dehnt sich dann vor dem Niederschlagen der Schicht nur wenig aus und die Kontraktionskräfte, die beim Abkühlen nach dem Niederschlagen auftreten, sind dann dementsprechend klein.

Die Schwierigkeiten hinsichtlich der Bindung der Schichten aneinander können durch eine verlaufende Bindung weitestgehend beseitigt werden, z.B. durch Ionenimplantationszerstäubung und dgl., wie es in dem Disclosure Document No. 032867 beschrieben ist. Eine zu starke Erwärmung läßt sich dadurch vermeiden, daß man die Niederschlagsgeschwindigkeit bei dem betreffenden Verfahren so wählt, daß die Energiezufuhr nicht mehr ausreicht, um den Kunststoff soweit zu erhitzen, daß eine Deformation, ein Schmelzen, eine Schichtablösung oder eine Oberflächentrübung auftreten; für viele Anwendungen führt dies jedoch zu untragbar kleinen Aufbringgeschwindigkeiten. Eine überhitzung läßt sich auch dadurch vermeiden, daß man den Kunststoff während des Aufbringens des Glases oder dgl. kühlt. Diese beiden Maßnahmen zur Vermeidung einer überhitzung werden verwendet, wenn die Schutzschicht transparent und das Licht ungehindert (wie bei einem nicht-absorbierenden Glas) durch die Struktur fallen soll.

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das in vielen Fällen eine wesentlich raschere und einfachere Durchführung erlaubt als die bekannten Verfahren.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen unter Schutz gestellten Maßnahmen gelöst.

Die Unteransprüche betreffen Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Durch die Erfindung wird bei Anwendung geeigneter Niederschlagungsverfahren eincbegenüber dem Stand der Technik erhebliche Vereinfachung und/oder Beschleunigung des Niederschlagens, insbesondere von Schutzschichten, ermöglicht, besonders dann, wenn die Anwendung der betreffenden Struktur oder des betreffenden Gegenstandes eine Färbung, gesehen von der Schutzschichtseite aus, zuläßt oder erfordert, oder wenn eine Färbung oder eine Steuerung der Menge des durchgelassenen Lichtes erreicht werden soll, wie es z.B. in der DT-OS 26 58 645 beschrieben ist. Man braucht also das Kunststoffsubstrat nicht kühlen und/oder mit untragbar geringen Niederschlagsgeschwindigkeiten arbeiten.

Bei den üblichen Verfahren zum Niederschlagen dünner Schichten und dgl., wie Verfahren die mit Verdampfung, Zerstäubung, Plasmaeinwirkung im Vakuum und dgl. arbeiten, ist die Quelle für das niederzuschlagende Material entweder selbst sehr heiß oder sie emittiert heißes Material. Beim Aufdampfen im Vakuum arbeitet man z.B. mit sehr heißen Dampfquellen, die große Mengen von Wärmestrahlung an das Substrat und die umgebenden Wände und dgl. abgeben und außerdem Material emittieren, das zwar eine relativ kleine kinetische Energie aber eine hohe thermische Energie hat. Bei Verfahren, die mit Kathoden- oder Hochfrequenzzerstäubung arbeiten, kann man andererseits zwar

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die Quellen für das aufzubringende Material oder Emitter kühlen, das emittierte Material hat dann zwar eine wesentlich niedrigere thermische Energie aber dafür eine etwas höhere kinetische Energie. Bei praktischen Systemen dieser Art ergeben sich im allgemeinen jedoch wegen der Schwierigkeiten einer effektiven Kühlung der Kathode (Materialquelle) zu etwas erhöhten Kathodentemperaturen von einigen 100 ⁰C und mehr. Wesentlicher ist jedoch, daß die Substrate durch viele energiereiche Elektronen bombar-.diert werden, die durch das am Substrat liegende Potential aus dem Restplasma angezogen oder durch die Kathode abgestoßen werden und die Substrattemperatur häufig über die zulässige Grenze erhitzen. Bei der Ionenplattierung werden die Substrate mit energiereichen Ionen beschossen, die während des Niederschlagens auf dem Substrat zur Aufrechterhaltung einer sauberen Oberfläche dienen.

Bei der Ionenstrahlzerstäubung (siehe z.B. US-PS 3 472 751) oder der Ionenstrahlimplantationszerstäubung (Disclosure Document No. 032867 eingereicht am 5. Juni 1974) wird das Substrat in erster Linie durch Wärmestrahlung vom Ionenstrahltarget (Quelle) erhitzt, da im Raum zwischen dem Target und den Substraten ein gutes Vakuum herrscht und relativ wenige Restionen und Elektronen vorhanden sind, und das emittierte Material hat eine verhältnismäßig niedrige thermische Energie jedoch eine verhältnismäßig hohe kinetische Energie. Diese kinetische Energie ist jedoch bei den praktischen Ionenstrahlzerstäubungs- oder Ionenstrahlimplantationszerstäubungssystemen gewöhnlich nicht die Hauptursache für die Erhitzung des Substrats. Bei Beschichtungseinrichtungen wie diesen, bei denen die Hauptwärmequelle für das Substrat infrarote Strahlungsenergie von der Materialquelle ist, wird die Niederschlagsgeschwindigkeit normalerweise durch die Wärmemenge (in Form von Strahlenergie) begrenzt, die dem Target durch den Ionenstrahl zugeführt wird abzüglich der durch direktes Kühlen des Targets und/oder Strahlung abgeführten Wärmemenge. Der Wert

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dieser Differenz bestimmt die Targettemperatur und damit die resultierende Wärmemenge, die durch Strahlung vom Target auf das Substrat übergeht.

Durch die vorliegende Erfindung soll also eine hohe Geschwindigkeit des Niederschlagens auf dem Substrat erreicht werden, ohne daß hierfür eine Kühlung erforderlich ist und ohne daß die Gefahr besteht, daß das Substrat über die kritische Temperaturgrenze erhitzt wird, bei der ein Verformen, Schmelzen, Schichtablösen oder Trüben der Oberfläche eintreten.

Das Verfahren gemäß der Erfindung enthält zwei Schritte. Zuerst wird auf dem Substrat eine Schicht eines Materials niedergeschlagen, das ein hohes Reflexionsvermögen im Wärmestrahlungsbereich hat. Wegen des hohen Reflexionsvermögens für Wärmestrahlung wird daher die Temperatur des Substrats bei jeder Niederschlagsgeschwindigkeit niedriger liegen als im bekannten Falle. In entsprechender Weise läßt sich bei gegebener Grenztemperatur, deren Überschreitung zu Verformungen, zum Schmelzen oder zur Trübung der Oberfläche des Substrats führen kann, infolge des erhöhten Warmestrahlungs-Reflexionsvermögens mit einer höheren Niederschlagsgeschwindigkeit als bisher arbeiten. Da der Grad des Reflexionsvermögens für die Wärmestrahlung mit der Dicke der reflektierenden Schicht bis zu einem Grenzwert zunimmt, nimmt auch die zulässige Niederschlagsgeschwindigkeit der reflektierenden Schicht mit deren Dicke zu. Beim zweiten Schritt des vorliegenden Verfahrens werden weitere Schichten aus verschiedenen Materialien auf der die Wärmestrahlung reflektierenden Schicht niedergeschlagen. Diese folgenden Schichten lassen sich mit einer Geschwindigkeit niederschlagen, die höher ist als sie ohne das Vorhandensein der die Wärmestrahlung reflektierenden Schicht zulässig wäre. In entsprechender Weise führt das Vorhandensein der die Wärmestrahlung reflektierenden Schicht bei gegebener Geschwindigkeit des Aufdampfens der folgenden Schichten zu niedrigeren Substrattemperaturen .

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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Targets und eines Substrats vor einer Ionenstrahlzerstäubung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Metalltargets und eines Substrats während des Niederschiagens des Metalles auf dem Substrat durch Ionenstrahlzerstäubung und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines dielektrischen Targets, des Substrats und der Metallschicht während des Niederschiagens eines Dielektrikums auf die Metallschicht durch Ionenstrahlzerstäubung.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung ist das Aufbringen von Schichten auf Kunststoffsubstrate und das bevorzugte Verfahren ist die Ionenstrahlzerstäubung.

Zuerst wird eine Metallschicht niedergeschlagen, welche im sichtbaren Spektralbereich ein beträchtliches Transmissionsvermögen, im infraroten Spektralbereich jedoch ein hohes Reflexionsvermögen hat. Dann wird auf die Metallschicht eine dielektrische Schutzschicht, z.B. aus Siliciumdioxid oder Glas oder einem anderen glasartigen Material aufgebracht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die folgende Theorie zugrunde: Bei der Ionenstrahlzerstäubung wird, wenn sich das Target (Materialquelle) und das Substrat auf der Temperatur T_T (von der angenommen werden soll, daß sie infolge der Energiezufuhr durch den Ionenstrahl konstant gehalten wird) bzw. T_g befinden und in einem unbegrenzten Vakuum angeordnet sind, die Energie zwischen ihnen in erster Linie direkt durch Strahlung übertragen (d.h. daß die Energieübertragung durch Wärmeleitung sehr gering ist und daß keine Energie durch das umgebende Medium

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oder andere Objekte absorbiert und dann wieder zum Target oder Substrat abgestrahlt wird). Der Einfachheit halber sei angenommen, daß das Substrat gleich groß oder größer ist als der Substrathalter und mit diesem fluchtet. Die Energieübertragung vom Target auf das Substrat unter diesen etwas idealisierten Bedingungen wird dann durch eine abgewandelte Form des Stefan-Boltzmann*sehen Gesetzes gegeben, nämlich:

Q - CP_AFgA (T_T ⁴ - T_s ⁴) (l)

dabei bedeuten:

Q * resultierende Energie, die pro Zeiteinheit zwischen dem Target und dem Substrat übertragen wird,

C = Systemkonstante,

F. * ein geometrischer Faktor zur Berücksichtigung des mittleren Raumwinkels, unter dem sich Target und Substrat gegenseitig "sehen", d.h. zur Berücksichtigung der Größen und Lage des Targets und Substrats in Bezug aufeinander,

F₆ « Emissionsfaktor zur Berücksichtigung der relativen Emissionsvermögen (Θ) des Targets und des Substrats,

A » Fläche des Targets.

Da die Targettemperatur in der Praxis im allgemeinen wesentlich höher ist als die Substrattemperatur, resultiert ein Energieübergang vom Target auf das Substrat, der die Temperatur des letzteren zu erhöhen strebt. Bei vorgegebenen Temperaturen T- und T_s ist, da C, F_A und A konstant sind, F₆ der einzige Faktor in der Gleichung (1) der im Hinblick auf eine Verringerung der resultierenden Wärmeübertragung geändert werden kann. Generell Biant F_ ab, wenn e_ (Emissionsvermögen des Targets) oder e_ (Emissionsvermögen des Substrats) verringert werden. F₆ hängt im einzelnen auch von der Konfiguration usw. des Systems ab.

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Nimmt man für die vorliegende Erläuterung einmal an, daß das Target ein Schwarzer Körper mit dem Emissionsvermögen e_T = 1 ist, und daß sich das System bei den Temperaturen T_ bzw. T_c des Targets bzw. Substrats im Gleichgewicht befinden. Im Gleichgewicht sind gemäß dem Kirchoff¹sehen Gesetz das Emissionsvermögen und das Absorptionsvermögen eines Körpers gleich und haben einen ausschließlich von der Temperatur abhängigen Wert. Hn vorliegenden Falle bedeutet dies, daß für vorgegebene Werte von Q und T_1n zur Verringerung von T₀ (d.h. zur Erhöhung von

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T_T - Tg ) der Wert von Fg durch Verringerung des Emissionsvermögens des Substrats verkleinert werden muß, was gleichbedeutend mit der Herabsetzung des Absorptionsvermögens des Substrats ist.

Da die Summe aus dem Absorptionsvermögen (A), dem Transmissionsvermögen (t) und dem Reflexionsvermögen (R) gleich 1 sein muß, kann A und/oder t durch Erhöhung von R herabgesetzt werden. In Abhängigkeit von den tatsächlich vorliegenden Werten bedeutet dies, daß ein Teil der Strahlungsenergie, die von dem wesentlich heißeren Target abgegeben und vom Substrat (bei erhöhter Temperatur) absorbiert und erneut emittiert und teilweise vom Target wieder absorbiert wurde (der Prozentsatz hängt von der Konfiguration ab) nun unmittelbar zum Target reflektiert wird um dort wieder absorbiert zu werden.

Der Mechanismus läßt sich am besten verstehen, wenn man ein Substrat betrachtet, welches auf einem Halter angeordnet ist, der so gut gekühlt wird, daß seine Temperatur trotz der Zufuhr von Strahlungsenergie vom Target nur geringfügig ansteigt. Es sei ferner angenommen, daß die dem strahlenden Target zugewandte Seite des Subsüats ein niedriges oder verschwindendes Reflexionsvermögen hat. Wenn die Substrattemperatur wesentlich über die Temperatur der gekühlten Halterung ansteigt, muß das Absorptionsvermögen des Substrats ungleich Null sein, da weder der reflektierte noch der durchgelassene Anteil der Strahlung die Substrattemperatur erhöhen kann. Mit anderen Worten kann im

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generellen praktischen Falle bei einem Anstieg der Substrattemperatur nicht R + t = 100% und A ■ 0 sein. Man beachte ferner, daß selbst bei einem Material mit niedrigem Absorptionsvermögen, wie vielen Kunststoffen, die Temperatur des Substrate laufend über die des Substrathalters ansteigt, bis ein Gleichgewicht mit der Wärmeleitung zum Substrathalter und/ oder der Strahlungsemission zum Substrathalter, Target, usw. erreicht ist.

Als nächstes sei der Fall betrachtet, daß eine Schicht eines Materials m (z.B. Kupfer oder Messing), das im infraroten Spektralbereich ein hohes Reflexionsvermögen R_ hat, auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht ist, und daß diese Schicht so dünn sei, daß die Absorption der nichtreflektierten einfallenden Infrarotstrahlung klein ist (wie bei Ausführungsformen der in der obenerwähnten Offenlegungsschrift beschriebenen Erfindung). Von einem nichtreflektierten Teil t^ der einfallenden Infrarotstrahlung, der zum ursprünglichen Substrat durchgelassen wird, wird ein Anteil der Größe tt zum Substrathalter durchgelassen und ein Anteil der Größe At_n im Substrat absorbiert, t. ist nun kleiner als 100% der auf das Substrat fallenden Strahlung, da R_1n ungleich Null ist und eine beträchtliche Größe hat. Die zum Substrathalter durchgelassene Komponente tt^ ist daher kleiner als die sich im Fall ohne die reflektierende Schicht ergebende Komponente t. Noch wichtiger ist, daß die absorbierte Komponente At ebenfalls kleiner ist als die entsprechende Komponente A im reflexionsfreien Falle.

Die "Verbund"-Struktur kann nun als Anordnung mit höherem Reflexionsvermögen und niedrigerem Transmissionsvermögen und Absorptionsvermögen als die ursprüngliche Struktur angesehen werden. Es ist möglich, einen Fall zu postulieren, bei dem das Absorptionsvermögen der aufgebrachten Reflexionsschicht größer ist als die des ursprünglichen Substrats, so daß mehr Energie absorbiert wird als ursprünglich und das Substrat durch Wärme-

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leitung von der wärmeren Metallschicht erwärmt wird. Dies ist jedoch in der Praxis gewöhnlich nicht der Fall. Obwohl man auch noch weitere Fälle postulieren kann, z.B. Fälle mit nichtgekühltem Substrathalter, einem wesentlich von Null verschiedenen ursprünglichen Reflexionsvermögen, interner Reflexion (beispielsweise Reflexion an der Rückseite des Substrats) usw. bleibt die generelle Schlußfolgerung die gleiche: Durch die Verbund-Struktur mit dem erhöhten Reflexionsvermögen wird weniger Energie absorbiert.

Q kann also in beiden Fällen gleich sein während im Falle

4 4 des erhöhten Reflexionsvermögens F_g verringert und (T„, - T_g ) erhöht ist (d.h. T_ nimmt ab, wenn T„ konstant gehalten wird). Im wesentlichen wird die Übergangs- oder Zwischenstufe der Absorption und Reemission durch das Substrat vermieden. In der Praxis sind die beiden Fälle unter Umständen sogar nicht genau gleich, z.B. kann die Targettemperatur wegen der höheren RückÜbertragung von Energie durch Reflexion zum Target anstatt durch Strahlung (infolge von unterschiedlichen Raumwinkeleinflüssen) usw. geringfügig höher sein. Im allgemeinen wird sich jedoch für einen vorgegebenen Satz von Bedingungen die Substrattemperatur in der oben diskutierten Heise ändern und die oben dargelegte Theorie braucht nur geringfügig modifiziert zu werden, um den Änderungen in den Bedingungen beim Niederschlagen Rechnung zu tragen, die bei der praktischen Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung auftreten.

Wenn das Substrat so modifiziert wird, daß es in der dem Target zugewandten Richtung ein höheres Reflexionsvermögen hat, dann können Schichten, die insbesondere im infraroten Strahlungsbereich nicht oder nur schwach absorbieren und aus anderen, relativ schwach reflektierenden Materialien bestehen, wie dünne Siliciumdioxidschichten, auf die Oberfläche mit viel höheren Auftragsgeschwindigkeiten aufgebracht werden als es ohne die reflektierende Schicht möglich wäre. In entsprechender Heise kann bei gegebener Geschwindigkeit des Niederschlagens die

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Temperatur des Substrats erheblich verringert werden. (Man beachte: Kunststoffe werden normalerweise als im infraroten Strahlungsbereich nicht-absorbierend angesehen, da man gewöhnlich die Strahlung im nahen Infrarot, wie sie im SonnenSpektrum vorliegt, in Betracht zieht. Sie haben jedoch viele Absorptionsbänder im ganzen Infrarotbereich. Geschmolzenes Siliciumdioxid oder Quarzglas wird im allgemeinen als Infrarot absorbierend angesehen, da es gewöhnlich in wissenschaftlichen Anwendungen benutzt wird und man das Verhalten für die Strahlung im fernen Infrarot in Betracht zieht. Die Absorption beträgt jedoch nicht 100% und sehr dünne Siliciumoxidschichten können je nach der speziellen Wellenlänge im Infrarot ziemlich gut durchlässig sein. Für die Praxis hängt bei der vorliegenden Erfindung die Absorption des Siliciumdioxids von der Targettemperatur ab, welche im Bereich zwischen 300 und 900°K und darüber liegen kann, was einem Emissionsmaximum bei etwa lOyUm bis herunter zu etwa 3 ,um entspricht. Die praktischen Verhältnisse bei der Realisierung der vorliegenden Erfindung, z.B. bei der unten beschriebenen Herstellung von Sonnenschutzgläsern, liegen so, daß relativ dicke Kunststoffschichten als Substrat verwendet werden, deren Absorptionsvermögen groß genug ist um zu einer erheblichen Erwärmung zu führen, während die Überzugsschichten aus Siliciumoxid, die drei bis vier Größenordnungen dünner sind, ein relativ niedriges Absorptionsvermögen haben. Die genauen Werte hängen bei jeder speziellen Situation wesentlich vom Substratmaterial, Glas- oder Schutzschichtmaterial, Targettemperatur usw. ab.)

Als Beispiel für die praktische Anwendung des folgenden Verfahrens sei die Beschichtung von Kunststoffsubstraten für die Verwendung als Sonnenschutzgläser und dgl. betrachtet, deren Aufbau den Lehren der oben bereits erwähnten DT-OS 26 58 645 entspricht.

Wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, wird ein Kunststoff substrat 21 aitteIs einer geeigneten Halterungsvorrichtung 22 (z.B. einem zweiseitig beschichteten Klebeband oder Klammern)

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so gehaltert, daß eine Oberfläche 28 frei einer Aufdampfmaterialquelle und einem Target 23 gegenüberliegt. Diese Oberfläche 28 des KunststoffSubstrats 21, das Im sichtbaren Spektralbereich klar oder teilweise absorbierend sein kann, soll mit einer teilweise reflektierenden (teilreflektierenden) Schicht 24 aus einem Metall und diese mit einer dielektrischen Schicht 25 aus Siliciumdioxid oder einem anderen geeigneten Material überzogen werden, um ein farbiges, metallisch reflektierendes Aussehen . zu erzielen und den Betrag der das Auge erreichenden sichtbaren oder infraroten Strahlung herabzusetzen. Wie in der obenerwähnten Offenlegungsschrift ausgeführt ist, kann man die Schicht 24 aus Metall so niederschlagen, daß sie im sichtbaren Spektralbereich eine erhebliche Transmission (z.B. 50 bis 80%) aufweist und gleichzeitig im infraroten Spektralbereich stark reflektiert (z.B. 70 bis 95%) . Für die jeweilige Beschichtungs- oder Aufdampfanlage, im vorliegenden Falle eine Ionenstrahlzerstäubungsanlage, ist die maximale Leistung, die dem Target 23, z.B. hier in Form eines hochenergetischen Ionenstrahls 26, zugeführt werden kann, bekannt. Die Aufdampfgeschwindigkeit ist begrenzt, da die Temperatur des Targets 23 unter dem Wert gehalten werden muß, bei dem die vom Target abgestrahlte Wärme zu einem Schmelzen, einer Deformation, einer Schichtablösung oder einer optischen Trübung des Substrats 21 führt.

Die Geschwindigkeit, mit der das Niederschlagen der Metallschicht 24 erfolgt, wird anfänglich auf den oben erwähnten Grenzwert oder darunter eingestellt. Beim Aufbauen der Metallschicht 24 auf dem Kunststoffsubstrat 21 beginnt der bereits niedergeschlagene Teil dieser Schicht einen Teil der vom Target einfallenden Infrarotstrahlung vom Substrat weg zu reflektieren (wobei angenommen wird, daß das Metall ein natürliches IR-Reflexionsvermogen hat). Beispiele geeigneter Metalle mit hohem IR-Reflexionsvermögen in polierter Form sind Kupfer, Messing, Gold, Silber und Aluminium. Die Niederschlagsgeschwindigkeit des Metalls kann mit einer Geschwindigkeit entsprechend der

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Erniedrigung der Gleichgewichtstemperatur des Substrats erhöht werden, wie oben dargelegt wurde. Dies bedeutet in der Praxis, daß die Temperatur des Targets 23 infolge der größeren Energiezufuhr durch den Ionenstrahl 26 zunimmt, was wiederum zu einer Erhöhung der Substrattemperatur führt. Bei der gleichen Substrattemperatur wie vorher hat das Substrat 21 jedoch nun ein wesentlich höheres IR-Reflexionsvermögen und die Niederschlagsgeschwindigkeit ist nun größer. Die Geschwindigkeit des Niederschiagens kann für eine Schicht, die ein wesentlich größeres IR-Reflexionsvermögen als anfänglich hat, ganz erheblich gesteigert werden. Die genauen Werte für die Änderung der Geschwindigkeit des Niederschiagens hängen von dem niedergeschlagenen Metall, der Konfiguration des Systems, der Kühlung des Targets usw. ab.

Wenn die Metallschicht 24 die für eine etwaige gewünschte Transmission im sichtbaren und/oder gewünschte Farbeffekte erforderliche Dicke erreicht hat, wird das Niederschlagen des Metalls beendet. Wie Fig. 3 zeigt, wird nun in der Ionenstrahlzerstäubungsanlage das aus Metall bestehende Target 23 durch ein Target 27 aus Glas oder einem entsprechenden Material, wie SiO₂ ersetzt, was gewöhnlich ohne Bruch des Vakuums geschehen kann, und auf der Metallschicht 24 wird dann eine dielektrische Schicht 25 niedergeschlagen. Da das die Schicht 25 bildende Dielektrikum in Form einer dünnen Schicht selbst in gefärbtem Zustand ein niedriges IR-Absorptionsvermögen hat, wird die Infrarotstrahlung vom Target 27 weiterhin von der Metallschicht 24 reflektiert. Die Glasschicht 25 kann daher mit einer Geschwindigkeit niedergeschlagen werden, die wesentlich höher ist als es ohne das Vorhandensein der Metallschicht 24 möglich wäre. Durch das Vorliegende Verfahren können also in einer vorgegebenen Zeitspanne wesentlich mehr Linsen und dgl. mit einer gegebenen Dicke beschichtet werden und man kann Schichten vorgegebener Dicke in einer vorgegebenen Zeitspanne mit erheblich niedrigeren Substrattemperaturen herstellen. Sehr wichtig ist auch, daß das vorliegende Verfahren eine Massenfertigung

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von Linsen, Bau- oder Konstruktionsmaterialien, wie Wandverkleidungen und dgl. aus Kunststoff, Vorderseitenspiegel aus Kunststoff mit Glas- oder Quarzschutzschicht und ähnlichen Produkten ermöglicht, ohne daß hierbei das Substrat während der Beschichtung gekühlt zu werden braucht.

Das vorliegende Verfahren läßt sich auch auf andere Weise in die Praxis umsetzen. Beispielsweise kann man die reflektierende Metallschicht mit viel höheren Geschwindigkeiten intermittierend niederschlagen. Während der Bedampfungsperioden läßt man die Targettemperatur nie so hoch ansteigen, daß die Substrate über die Temperatur erhitzt werden, bei der ein Verformen, Schmelzen, Schichtablösen oder Trüben der Oberfläche zu befürchten sind. Während der Unterbrechungen oder Pausen kann sich das Target wieder abkühlen. Das Verhältnis von Einschalt- zu Ausschaltdauer kann mit zunehmender Dicke der niedergeschlagenen Metallschicht erhöht werden und nachdem die Metallschicht die gewünschte Dicke erreicht hat, kann die dielektrische Schicht aus Glas, Quarz und dgl. mit der maximalen Geschwindigkeit aufgedampft werden. Selbstverständlich läßt sich der Erfindungsgedanke auch noch auf andere Weise realisieren.

Das Verfahren läßt sich auch mit anderen Substratmaterialien als Kunststoffen, anderen dielektrischen Materialien und anderen Beschichtungsverfahren wie der Ionenstrahlimplantationszerstäubung oder Aufdampfen mit elektrischer Widerstandsheizung verwenden.. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Niederschlagsgeschwindigkeit sowohl bei Dauerbetrieb als auch Im Mittel beim Impulsbetrieb als Funktion des IR-Reflexionsvermögens so gewählt werden kann, daß das Substrat auf oder unterhalb der maximal zulässigen Temperatur gehalten wird. Der erforderliche Bereich oder die erforderlichen Bereiche, in dem das reflektierende Material die Infrarotstrahlung reflektiert, müssen selbstverständlich der Temperatur und der Strahlungsverteilung des Targets angepaßt sein. Bei einer

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Targettemperatur von 500 ⁰C liegt z.B. das Intensitätsmaxlmum der Strahlung bei einer Wellenlänge von etwa 3,8,um und das IR-Reflexionsvermögen des reflexionsfähigen Materials muß bei dieser und den benachbarten Wellenlängen hoch sein. Wenn andererseits eine Metallschicht mit bestimmten Reflexionseigenschaften vorgegeben ist, muß die Temperatur des Targets auf einen entsprechenden Wert eingestellt werden, wenn man optimale Ergebnisse erzielen will.

Es sei betont, daß die dem vorliegenden Verfahren zugrundeliegenden Prinzipien sowohl für praktische Systeme als auch für den theoretischen Fall, bei dem die Quelle und das Substrat wie oben erwähnt in einem unbegrenzten Vakuum angeordnet sind, gültig sind. Es dürfte einleuchten, daß die reflektierende Schicht auch Wärmestrahlung von anderen Quellen als dem Target reflektiert und auch hinsichtlich solcher Strahlung eine entsprechende Erhöhung der Geschwindigkeit des Niederschiagens und/oder Verringerung der Substrattemperatur gestattet.

Man kann selbstverständlich auch mehr als nur eine Metallschicht und/oder mehr als eine dielektrische Schicht oder Schutzschicht und andere Kombinationen verwenden. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann in allen Fällen Anwendung finden, wo das Substrat kühl gehalten und/ttler die Geschwindigkeit, mit der das Material niedergeschlagen wird, erhöht werden soll.

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Claims

Patentansprüche

(l.) Verfahren zum Niederschlagen mindestens einer Schicht auf einem Substrat, an welchem letzteres durch Strahlung beträchtlich erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der durch die Strahlungseinwirkung verursachten Erhitzung auf dem Substrat zuerst ein Material, das einen wesentlichen Teil der auf das Substrat fallenden Wärmestrahlung reflektiert, und dann erst die Schicht niedergeschlagen werden.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht das reflexionsfähige Material enthält.
3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht ein Material enthält, welches für den wesentlichen Teil der Wärmestrahlung im wesentlichen transparent ist.
4.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das reflektierende Material mit einer Geschwindigkeit oder Rate (Menge pro Zeiteinheit), die proportional zur Dicke des auf dem Substrat niedergeschlagenen reflektierenden Materials zunimmt, niedergeschlagen wird, bis ein gewünschtes Reflexionsvermögen erreicht ist.
5.) Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß beim Niederschlagen ein Target derart mit einem Ionenstrahl beschossen wird, daß das Targetmaterial zerstäubt wird und sich auf dem Substrat niederschlägt.
6.) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperatur des Targets so eingestellt wird, daß sich die Spektralverteilung der vom Target ausgehenden Wärmestrahlung und die Spektralverteilung des Reflexions-

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ORIGINAL INSPECTED

Vermögens des reflektierenden Materials Im wesentlichen ent sprechen .

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