DE2830723A1

DE2830723A1 - Verfahren zur herstellung von infrarotreflektierenden scheiben durch katodenzerstaeubung

Info

Publication number: DE2830723A1
Application number: DE19782830723
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Glaeser
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1978-07-13
Filing date: 1978-07-13
Publication date: 1980-02-14
Also published as: FR2430986A1; BE877692A

Description

26. Juni 1978 78519

LEYBOLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504

5000 Köln - 51

" Verfahren zur Herstellung von infrarotreflektierenden Scheiben durch Katodenzerstä'ubung "

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von in-' frarotreflektierenden Scheiben durch Niederschlagen von Schichtsystemen, bestehend aus Metalloxiden als Dielektrika einerseits, vorzugsweise aus der Gruppe der Oxide des Wismuts Indiums, Zinns, Zinks und Kadmiums bzw. Legierungen dieser Metalle, durch Katodenzerstäubung in reaktiver Atmosphäre und andererseits aus Metallen aus der Gruppe der Edelmetalle Gold und Silber gleichfalls durch Katodenzerstäubung.

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Es ist bekannt, daß Metalloxidschichten aus der Gruppe der obigen Oxide durch reaktive Zerstäubung aufgebracht werden können. Dabei wird dem Zerstäubungsgas, vorzugsweise Argon, Sauerstoff zugesetzt. Der Sauerstoffanteil muß dabei so hoch sein, daß die Oxidationsgeschwindigkeit der zerstäubten Targetfläche höher oder gleich der Zerstäubungsrate des betreffenden Metalloxids ist (J. Heller, Thin Solid Films 17 (1973), Seite 163).

Es ist ebenfalls bekannt, metallische Gold- und Silberschichten durch Katodenzerstäubung herzustellen. Hierfür wurde bisher jedoch eine hochreine Edelgasatmosphäre, beispielsweise eine Argonatmosphäre benötigt, insbesondere dann, wenn die Schichten optimale Eigenschaften haben sollten (G. Kiene! und R. Wechsung, Vakuumtechnik 26 (1977), Seite 13). Bei der Herstellung von Mehrfachschichten aus Metalloxiden und Gold oder Silber, beispielsweise vom Typ Wismutoxid - Gold - Wismutoxid oder Zinkoxid - Silber Zinkoxid, wurde bisher so verfahren, daß die Metalloxide in einer reaktiven Argon-Sauerstoffatmosphäre mit ausreichendem Sauerstoffanteil und das Gold oder Silber in reinster Edelgasatmosphäre zerstäubt wurden. Bei diskontinuierlich betriebenen Einkammer-Anlagen mußte infolgedessen die Arbeitsgasatmosphäre zwischen den einzelnen Beschichtung vorgängen geändert werden. Ein solcher Vorgang ist sehr zeitaufwendig und reduziert die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage beträchtlich. Bei sogenannten Durchlaufanlagen mit

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hintereinander geschalteten Targets mußten diese Targets bisher in getrennten Kammern angeordnet werden, in denen die erforderliche Atmosphäre ungestört aufrechterhalten werden konnte. Dies bedingt einen erheblichen baulichen Aufwand wegen der Notwendigkeit der-va.lcuumtechntscRen Isolation der einzelnen Kammern /einer Mehrzahl getrennter. Vakuum-Pumpsätze. Hinzu kommt, daß hierbei der Verbrauch an teuerem Edelgas entsprechend hoch ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, welches einfach durchzuführen ist und keinen Wechsel der Arbeitsatmosphäre erforderlich macht bzw, bei Durchlaufanlagen keine Unterteilung der eigentlichen Zerstäubungskammer notwendig macht.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß sowohl die Dielektrikums- als auch die Edelmetallschichten im wesentlichen in der gleichen reaktiven Atmosphäre, bestehend aus einem Edelgas und Sauerstoff mit einem Sauerstoffanteil zwischen 0,5 und 10%, vorzugsweise zwischen 1 und 5% aufgebracht werden. ·

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die gestellte Aufgabe in vollem Umfange gelöst. In einer diskontinuierlich betriebenen Einkammer-Anlage können die unterschiedlichen Schichten unmittelbar aufeinander folgend ohne Wechsel der

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Arbeitsgasatmosphäre aufgebracht werden, ohne daß sich Schichten mit ungenügenden technischen Eigenschaften ergeben. Dies ist insbesondere bei abwechselnden Vielfachschichtsystemen von großen Vorteil. Bei einer Durchlaufanlage ergibt sich die Möglichkeit, die unterschiedlichen Targets bzw. Katoden in Laufrichtung des zu beschichtenden Bandes unmittelbar in e.teer Kammer hintereinander anzuordnen, wodurch sich eine sehr gedrängte Bauweise der Anlage in Verbindung mit einem Minimum an benötigten Pumpsätzen ergibt.

überraschenderweise hat sich nämlich gezeigt, daß Edelmetalle aus der Gruppe Gold und Silber auch bei begrenztem Sauerstoffanteil in der Edelgas-Zerstäubungsatmosphäre zerstäubt werden können, ohne daß sich die optischen Eigenschaften gegenüber der bisherigen Verfahrensweise verschlechtern. Die eingangs beschriebenen Schichtsysteme sind insbesondere als Sonnenschutz- und Wärmedämmungsbeschichtungen auf Fensterscheiben wichtig. Die erfindungsgemäße Lösung überrascht insbesondere im Hinblick auf den Einsatz bei·Silberschichten, da bekannt ist, daß Silber eine relativ hohe Affinität zum Sauerstoff besitzt.

Der Sauerstoffanteil im Zerstäubungsaas kann bei metallischer Beschichtung innerhalb der angegebenen Grenzen schwanken, wobei die Tendenz zu beobachten ist, ^aB der SauerstoffanteiV um so höher gewählt werden kann, je größer die Zerstäubungsrate des Metalles ist.

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Als optimal hat sich folgende Verfahrensweise herausgestellt: Man sucht für eine vorgegebene Zerstäubungsrate, d.h. Zerstäubungsspannung, der Metalle Gold oder Silber den maximalen Sauerstoffanteil in der Zerstäubungsatmosphäre, bei der die optischen Eigenschaften der aufgebrachten Schichten sich von den in reinster Atmosphäre aufgestäubten Schichten nicht unterscheiden. Für diese Sauerstoffanteile wird dann die Zerstäubungsrate der Metalloxide, d.h. die Zerstäubungsspannung angepaßt, so daß Metalloxidschichten niedergeschlagen werden mit den gleichen optischen Daten wie bei der Beschichtung mit erheblichem Sauerstoffüberschuß.

Die Produkte, die gemäß den nachfolgend aufgeführten Verfahrensbeispielen erhalten wurden, hatten optimale, infrarotreflekti-erende Eigenschaften, wie sie für Fensterscheiben benötigt werden, d.h. die Infrarotstrahlung wurde weitgehend reflektiert, während Licht im sichtbaren Bereich des Spektrums weitgehend ungehindert durchgelassen wurde. Die erhaltenen Verfahrensprodukte besassen optische Eigenschaften, die mit denjenigen vergleichbar sind, bei denen die Edelmetallschichten aus Gold oder Silber in reiner Edelgasatmosphäre aufgestäubt wurden.

Bei der Herstellung von Silberschichten ist es noch be~ sonders vorteilhaft, die Zerstäubungsspannung so hoch wie möglich zu wählen. Bei Verwendung von Silber als Edelmetall hat das erfindungsgemäße Verfahren den zusätzlichen Vorteil, daß wegen des relativ geringen SauerstoffanteiIs Metalloxidschichten reaktiv auf die Silberschicht aufgestäubt werden können, ohne daß die Silberschicht oxidiert wird.

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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erftndungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben. Alle Prozentangaben in der Beschreibung und in den Ansprüchen beziehen sich auf Volumensprozente·

Beispiel 1:

In einer DC-Dioden-Katodenzerstäubungsanlage herkömmlicher Bauart wurde ein Substrat aus Fensterglas mit den Abmessungen 10 mm χ 10 mm im Abstand von 35 mm so gegenüber zwei Targets aus Wismut und Gold angeordnet, daß es durch Verschwenken abwechselnd mit den beiden Targets zur Wechselwirkung gebracht werden konnte. In der Anlage wurde nunmehr eine reaktive Atmosphäre von 97,5% Argon und 2,5% Sauerstoff bei einem Gesamtdruck von 7,9 χ 10 mbar hergestellt. Durch Anlegen einer Katodenspannung von 1,0 KiIovolt wurde während einer Dauer von 30 Sekunden eine Wismutoxidschicht von 5 Nanometer Dicke erzeugt. Durch Verschwenken des Substrats zum Goldtarget wurde nach Erhöhung der Katodenspannung auf 2,0 Kilovolt während einer Dauer von 25 Sekunden eine Goldschicht von 9 Nanometer Dicke aufgestäubt. Im An-Schluß daran wurde die Zerstäubung des Wismuttargets unter den zuerst genannten Bedingungen wiederholt. Die Gasatmosphäre wurde durch Sauerstoffzufuhr während des Aufstäubens aller Schichten konstant gehalten. Trotz der Einfachheit des Verfahrensablaufs zeigte sich, daß sich die optischen Daten, wie sie für Sonnenschutz- und Wärmedämmungsbeschichtungen auf Fensterscheiben erforderlich

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sind, nicht verschlechtert hatten. Beispiel 2:

Der Versuch nach Beispiel 1 wurde wiederholt mit den Unterschieden, daß an die Stelle der dort genannten Targets ein Target aus Zink und ein weiteres Target aus Silber gebracht wurde. Der Zerstäubungsdruck wurde auf 1,0 χ 10~ mbar eingestellt, die Zerstäubungsatmosphäre bestand aus 99,0% Argon und 1,0% Sauerstoff. Zuerst wurde mittels einer Katodenspannung (Sieichspannung) von 2,4 Kilovolt während der Dauer von 60 Sekunden eine Zinkoxidschicht von 15 Nanometer Dicke aufgestäubt. Im Anschluß daran wurde während einer Dauer von 10 Sekunden bei einer Katodenspannung (Gleichspannung) von 2,0 Kilovolt eine Silberschicht von 9 Nanometer Dicke aufgestäubt. Im Anschluß daran wurde das Aufstäuben einer Zinkoxidschicht unter den im Zusammenhang mit der ersten Schicht angegebenen Betriebsparametern wiederholt. Es zeigte sich auch hier, daß sich trotz der Einfachheit des Ve)— fahrens die optischen Daten gegenüber der bisherigen Verfahrensweise nicht verschlechtert hatten.

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Claims

26. Juni 1978 78519 PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von infrarotreflektierenden Scheiben durch Niederschlagen von Schichtsystemen, bestehend aus Metalloxiden als Dielektrika einerseits, vorzugsweise aus der Gruppe der Oxide des Wismuts, Indiums, Zinns, Zinks und Kadmiums bzw. Legierungen dieser Metalle, durch Katodenzerstäubung in reaktiver Atmosphäre und andererseits aus Metallen aus der Gruppe der Edelmetalle Gold und Silber gleichfalls durch Katodenzerstäubung, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Dielektrikums- als auch die Edelmetal!schichten im wesentlichen in der gleichen reaktiven Atmosphäre, bestehend aus einem Edelgas und Sauerstoff mit einem Sauerstoffantei1 zwischen 0,5 und 10%, vorzugsweise zwischen 1 und 5% aufgebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung eines Systems Wismutoxid - Gold Wismutoxid ein Sauerstoffantei1 von 2,5% bei einem Zer-

-2 stäubungsdruck von 7,5 bis 8,5 χ 10 mbar und bei einer Kätodenspannung von 1,5 - 2,5 kV für Gold und von 0,7 - 1,4 kV für Wismut gewählt wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung eines Systems Zinkoxid - Silber Zinkoxid ein Sauerstoffanteil von 1% bei einem Zerstäubungsdruck von 9.0 bis 1,1 χ 10 mbar und bei einer Katodenspannung von 1,5 - 2,5 kV für Silber und von 2 - 3 kV für Zinkoxid gewählt wird.

4. Anwendung einer reaktiven Atmosphäre für die Katodenzerstäubung der Edelmetalle Gold und Silber.

5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 in einer Katodenzerstäubungs-Durchlaufanlage, in der in der gleichen Kammer hintereinander die betreffenden Zerstäubungsmaterialien als Katoden angeordnet sind.

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