DE3202709A1 - Verfahren und einrichtung zum beschichten eines substrates mit inhomogenen schichten - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum beschichten eines substrates mit inhomogenen schichten

Info

Publication number
DE3202709A1
DE3202709A1 DE19823202709 DE3202709A DE3202709A1 DE 3202709 A1 DE3202709 A1 DE 3202709A1 DE 19823202709 DE19823202709 DE 19823202709 DE 3202709 A DE3202709 A DE 3202709A DE 3202709 A1 DE3202709 A1 DE 3202709A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
coating
substrate
gas
gases
plasma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19823202709
Other languages
English (en)
Inventor
Peter Dr. Eichinger
Peter Dipl.-Phys. 8000 München Paduschek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE19823202709 priority Critical patent/DE3202709A1/de
Publication of DE3202709A1 publication Critical patent/DE3202709A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C23C16/509Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using internal electrodes
    • C23C16/5096Flat-bed apparatus
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/22Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with other inorganic material
    • C03C17/225Nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/308Oxynitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34Nitrides
    • C23C16/345Silicon nitride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00Coatings on glass
    • C03C2217/20Materials for coating a single layer on glass
    • C03C2217/28Other inorganic materials
    • C03C2217/281Nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2218/00Methods for coating glass
    • C03C2218/10Deposition methods
    • C03C2218/15Deposition methods from the vapour phase
    • C03C2218/152Deposition methods from the vapour phase by cvd
    • C03C2218/153Deposition methods from the vapour phase by cvd by plasma-enhanced cvd

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Beschichten eines Substrats mit inhomogenen Schichten gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
  • Die Beschichtung von Substraten mit dünnen Materialschichten spielt in der optik eine wesentliche Rolle, z.B. in der Oberflächenvergütung von optischen Komponenten, wie Glaslinsen, Kunststofflinsen, IR-Linsen oder UV-Optiken. In der Optik werden derartige Beschichtungen dazu verwendet, die Reflexions- und Absorptionseigenschaften der Substratoberfläche einstellen zu können. Ebenso ist eine optische Vergütung von Solarzellen bzw. Solarkollektoren im Hinblick auf spezielle Reflexions- und Absorptionseigenschaften und auch auf thermische Eigenschaften erwünscht.
  • Aus der optischen Vergütung ist es z.B. aus dem Buch von Anders, Optik dünner Schichten, 1961, Seiten 63 ff bekannt, daB für bestimmte optische Anwendungen eine OberflächenvergUtung mit inhomogenen Schichten günstig wäre, d.h. mit Schichten, deren Brechungsindex sich über die Beschichtungsdicke kontinuierlich nach einer bestimmten Regel verändert. Die technischen Voraussetzungen für derartige inhomogene Schichten sind jedoch in der Regel nicht gegeben, so daß sich die damit gestellten Aufgaben durch homogene Mehrfachschichten wesentlich besser und mit viel geringerem Aufwand lösen lassen. Aus diesem Grunde war die praktische Bedeutung derartiger inhomogener Schichten z.B. zur Oberflächenvergütung sehr gering. Die bisher bekannten Einfach-und Mehrfachbeschichtungen, z.B. durch Aufdampfen oder Sputtern sind relativ aufwendig , müssen in Vakuumgefäden bei sehr geringem Druck ausgeführt werden, außerdem ist der damit beherrschbare Wellenlängenbereich zur Beein- flussung der Reflexions- und Absorptionseigenschaften nur begrenzt.
  • Obwohl es demnach erwünscht wäre, die Materialeigenschaften der Substratbeschichtungen über einen weiten Bereich der physikalischen Eigenschaften zu variieren, z.B. über einen Bereich des Brechungsindex zwischen etwa 1,3 und 4,0 ist es bisher noch nicht gelungen, ein wirtschaftliches Verfahren zu einer solchen Beschichtung anzugeben.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Substrate wirtschaftlich mit einer Beschichtung versehen zu können, wobei die physikalischen Eigenschaften des Beschichtungsmaterials über die Dicke in einem weiten Bereich variiert werden können.
  • Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung für ein Verfahren der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Für eine Sinrichtung gelten die im weiteren unabhängigen Patentanspruch aufgezeigten Merkmale.
  • Die erfindung macht sich ein im übrigen z.B. aus der Halbleitertechnologie bekanntes Verfahren zunutze, nämlich die Abscheidung bzw. Kondensation einzelner Komponenten innerhalb einer Plasmaentladung auf ein Substrat. Eine solche Plasmaabscheidung ist z.B. für Passivierschichten bei Halbleiterbauelementen in kommerziellen Plasmareaktoren bekannt. Derartige Verfahren sind wirtschaftlich und auch großtechnisch anwendbar. Sie können, wenn gemäß der Erfindung verfahren wird, auch zur Beschichtung von Substraten mit stark inhomogenen Materialschichten verwendet werden. Hierdurch können z.B. Optische Vergütungsschichten auE ein Substrat aufgebracht werden, die einen über einen weiten Bereich von z.B. 1,3 bis 4,0 kontinuierlich variierrenden Brechungsindex aufweisen, wobei der Brechungsindex an den Ubergängen zu anderen optischen Medien stetig bzw. differenzierbar einstellbar ist. Mit einem derartigen Verfahren können z.B. Antireflexschichten im sichtbaren Bereich, z.B. für Linsen oder Sonnenbrillengläser, im Infrarotbereich bei Infrarotoptiken oder bei Solarkollektoren etc. aufgebaut werden.
  • Der Grundgedanke der Erfindung besteht demnach darin, ein Grundgas bzw. Grundgasgemisch auszuwählen, welches in den Plasmazustand versetzt werden kann und das innerhalb einer Plasmaentladung einzelne Komponenten bildet, die auf dem Substrat als Beschichtung abgelaycrt werden bzw. dort kondensieren . In die Plasmaentladung des Grundgases bzw.
  • Grundgasgemisches wird dann ein weiteres Gas bzw. Gasgemisch zugemischt, welches ebenfalls in den Plasmazustand versetzt werden kann und dann mit einzelnen Komponenten als Beschichtungsmaterial für das Substrat geeignet ist.
  • Die in der Plasmaentladung freigesetzten Komponenten von Grundgas und Zumischgas bzw. den ein2elnen Gasgemischen bilden wiederum Verbindungen, die sich auf dem Substrat als amorphe Beschichtung niederschlagen. Die Materialeigenschaft der Beschichtung hängt dann von der Zusammensetzung der niedergeschlagenen Verbindung ab. Diese Zusammensetzung kann durch die einzelnen Anteile von Grundgas und Zumischgas bzw. den Gasgemischen beeinflußt werden.
  • Neben der Einstellung der Anteilsfaktoren der einzelnen Gase können die physikalischen Eigenschaften der Beschichtung selbstverständlich auch durcll andere Prozeßparameter innerhalb der Plasmaabscheidung beeinflußt werden, z.B. durch die Gasflüsse , die elektrischen Plasmaleistungen oder die SubstrattemyJeratur während der Schichtabscheidung.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung ist ein Niedertemperaturverfahren; Versuche für Beschichtungen wurden zwischen 20°C bis 350°C gemacht. Durch eine Heizung entweder des Plasmareaktors bzw. auch zusätzlich des Substrates ist im Prinzip jede Temperatur einstellbar; durch die Temperatur kann auch die Abscheiderate beeinflußt werden. Durch die Möglichkeit, auch mit niedrigen Temperaturen zu arbeiten, können z.B.
  • auch Kunststofflinsen beschichtet werden.
  • Der Vruckbereich liegt hierbei relativ hoch , und zwar im Bereich zwischen 0,1 bis 1 Torr , d.h. einem Druck, der großtechnisch einfach zu realisieren ist und um einige Zehnerpotenzen über dem nur mit Aufwand zu erreichenden sehr niedrigen Druck für herkör,nliche Aufdampfverfahren liegt.
  • Die für die Plasmaentladunc3 notwendige Leistung ist recht niedrig; gute Ergebnisse lassen sich bereits mit einer Leistung von 1000 Watt pro Quadratmeter der Plasmaentladung erzielen. Die Abscheiderate der einzelnen Komponenten auf das Substrat kann durch die Leistung beeinflußt werden und ist etwa linear von dieser abhängig. Damit ist auch die Leistuny ein für die ProzeBsteuerung wesentlicher Parameter.
  • Dank der homogenen Verteilung des Plasmas innerhalb der Plasmaentladung werden auch die Gaskomponenten bzw. Verbindungen homogen auf dem Substrat abgeschieden, so daB über die gesamte Fläche des Substrates die Beschichtung schließlich in cWleicher Dicke und mit gleicher Verteilung der physikalischen Eigenschafteen über die Beschìchtungsdicke vorliegt. Sollte das Substrat eine sehr unregelmäßige Oberfläche aufweisen oder stark von der ebenen Gestalt ab- weichen, so z.B. eine zu besclliciltende lIalbkugellinse sein, so kann durch Anpassung der Elektroden innerhalb des Plasmareaktors an die Form des Substrates die Homogenität der Materialabscheidung verbessert werden. Durch eine derartige Ausgestaltung der Elektroden kann z.B. erreicht werden, daß sich die einzelnen MoleküLe aus der Plasmaentladung jeweils etwa senkrecht auf der Substrato}erfläche abscheiden.
  • Für Substratbeschichtungen im optischen Bereich können z.B. Grundgase auf der Basis von Silizium, z.B. Silan SiH4 benutzt werden. Beschichtungen aus reinem Silan SiH4 weisen einen Brechungsindex zwischen 4 und 5 auf. Diesem Grundgas können dann Stickstoffverbinduncgen, oder Sauerstoff und Stickstoff enthaltende Verbindungen zugemischt werden, wodurch sich ein amorphes, nicht stöchiometrisches Siliziumnitrid bzw. ein ebenfalls amorphes nicht stöchiometrisches Siliziumoxinitrid ergibt. Mit Siliziumnitriden der allgemeinen Formel SixHyHz können Brechungsindices bis etwa 1,55 erreicht werden , mit Siliziumoxinitriden der allgemeinen Formel SiXNyOwHz Brechungsindices bis zum Wert von etwa 1,48. Im übrigen kann durch Zumischen anderer Gase, so z.B. Natrium der Brechungsindex weiter verringert werden; durch Zusatz von Natrium könnte z.B. ein Brechungsindex in Richtung 1 erreicht werden (auch durch zusätzliche Implantation möglich).
  • In anderen Anwendungsfällfn können z.B. als Grundgase Germaniumgase bzw. Methane der allgemeinen Formel CxHy zur Anwendung kommen. Möglich wäre mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine Abscheidung von amorphen Metallen mit gewissen Beimengungen zur Änderung des magnetischen bzw. elektrischen Verhaltens. Hiermit wäre etwa ein Übergang von amorphen, elektrisch leitenden Metallen zu Isolationsschichten, etwa aus Glas, möglich. Als Komponenten der Plasmaabscheidung würden sich hierzu z.B. Nickelverbindungen und Silane eignen.
  • Die gemäß der Erfindung mögliche Einstellung der physikalischen Eigenschaften über die Beschichtungsdicke kann z.B. auch für die Herstellen von Ätzmasken in der Halbleiterindustrie ausgenutzt werden. Da üblicherweise Ätzmasken aus einer homogenen Beschichtung bestehen, und die seitliche Unterätzung mit der Atztiefe intensiver wird, so daß die Atzlinien sich verbreitern und die Atzkanten nicht mehr scharf werden, andererseits die ätzrate von der Elementenzusammensetzung der Maskenschicht abhängt, könnte mit einer gemäß der Erfindung aufgebauten inhomogenen Maskenschicht eine wesentlich genauere Ätzung vorgenommen werden, da hier tatsächlich z.B.
  • im Querschnitt rechteckige Ätzkanäle oder andere Querschnittsformen erzielt werden könnten. Insbesondere sind hier auch abyeflachte Atzkanten ("Tapered Windows") von Interesse, bei denen ein Abreißen der Metallisierung an den Ätzkanten vermieten wird.
  • Die Erfindung ist anhand der Zeichnung in mehreren Beispielen näher erläutert. In der zeichnung stellen dar: Figur 1 einen Querschnitt durch einen Plasmareaktor zur Beschichtung eines Substrates mit inhomogenen Materialschichten gemäß der Erfindung; Figur 2 ein Diagramm einer Transmissionsmessung einer inhomogenen Beschichtung.
  • In Figur 1 ist ein Plasmareaktor 1 im Querschnitt dargestellt, der ein flaches zylindrisches Gehäuse 3 aufweist.
  • In dem zylindrischen Gehäuse sind am Boden und an der Decke jeweils eine Kreisscheibenelektrode 5 bzw. 7 angeordnet.
  • Mit der Deckenelektrode 7 ist eine durch die Decke des Gehäuses 3 isoliert geführte elektrische Zuleitung 9 verbunde. Die kreisscheibenförmige Bodenelektrode 5 wird mittig von einer Gaszuleitung 11 durchstoßen, über die von augen in das Innere des Reaktoryehäuses 3 ein Gas bzw. Gasgemisch eingeleitet werden kann. Durch diese zentrische Gaszuleitung verläuft auch die hier nicht gezeigte Masseleitung für die Bodenelektrode 5. Am Xußeren Rand des Reaktorgehäuses sind mehrere Ableitungen 13 bzw. ein zur zentrischen Gaszuleitung 11 koaxialer Ableitkanal vorgesehen. Durch diese Konstruktion strömt ein Gasgemisch in Richtung der in der Figur 1 gezeigten Pfeile durch die zentrische Gasleitung 11 in das Innere des Reaktorgehäuses, von dort in allen Richtungen nach außen und anschließend über die äußeren Ableitungen 13 aus dem Reaktorgehäuse heraus.
  • Auf der Bodenelektrode 7 werden zu beschichtende Substrate 15 abgelegt. Diese Substrate können z.B. Linsen für den sichtbaren bzw. infraroten Bereich, Spiegel oder andere Elemente sein. Unterhalb der als Auflage dienenden Bodenelektrode 5 ist noch eine reizung 17 vorgesehen, mit der die Elektrode und die darauf abgelegten Substrate auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden können.
  • Mit der Gaszuleitung 11 sind mehrere Gasreservoire verbunden, in diesem Falle ein Gasreservoir 19 für ein Grundgas und zwei Reservoire 21 und 23 ftir ein erstes bzw. zweites Zusatzgas. Das Grundgas und die %usatzyase können über entsprechende Ventile 25 in den jeweiligen Reservoirleitungen in bestimmten Anteilen in die Gasleitung únd das Reaktorgefäß eingeleitet werden.
  • In dem Reaktorgefäß 3 wird in der Gasatmospähre zwischen den heiden Elektroden 5 bzw. 7 eine Plasmaentladung gezündet.
  • Die Temperatur der Substrate ist hierbei so gewählt, daB sich Reaktionsprodukte aus den Komponenten des Plasmas auf dèn Substratoberflächen niederschlagen und somit eine Beschichtung bilden. Die Abscheiderate ist abhängig von der Temperatur der Substratoberfläche und kann über die Heizung 17 eingestellt werden. Ebenso ist die angelegte Spannung zwischen den beiden Elektroden und die Plasmaleistung der Entladung einstellbar; Plasmaleistungen von 500 bis 2000 W/m2 sindübliche Werte.
  • Innerhalb des Plasmareaktors wird entsprechend den dargestellten Pfeilen eine Gasströmung zwischen der Gasleitung 11 und der Ableitung 13 aufrechterhalten, um für die Abschèiderate möglichst gleichmäBige Bedingungen zu schaffen.
  • Für eine Beschichtung eines Siliziumsubstrates mit dem optischen Brechungsindex von etwa 4 wurde folgendes Verfahren gewählt, um an der Oberfläche des beschichteten Substrats einen Brechungsindex von etwa 1,5 zu erhalten; zunächst wurde reines Silan SiH4 (100 %) mit einer Flußrate von 300 cm³/min durch das Reaktionsgefäß geleitet, in dem sich das Siliziumsubstrat befand. Als Zumischgase wurden Ammoniak NH3 sowie reiner Stickstoff N2 verwendet.
  • Die Durchflußrate von Ammoniak wurde kontinuierlich bis auf 580 cm³/min , diejenige von Stickstoff bis auf 710 cm³/mm vergrößert; die Durchflußrate von SiH4 blieb während dieser Zeit konstant. In der Plasmaentladung wurden die einzelnen Gase zersetzt, so daB sich auf dem Substrat eine amorphe Beschichtung der allgemeinen Formel SixNyHz absetzte. Durch die Beigabe von Stickstoff und Wasserstoff konnte der Brechungsindex der inhomogenen Beschichtung kontinuierl ich verringert werden. Anschließend wurde die Durchströmungsratc des Silan SiH4 von 300 cm³/min allmählich verringert, so daß der Siliziumanteil in der Formel zurückging, bis schließlich keine Verbindung mehr zwischen den einzelnen Gaskomponenten auftrat und sich eine Endbeschichtung der allgemeinen Formel SiXNyH^z mit xyz dem ungefähren Brechungsindex von 1,55 einstellte. Der gesamte Beschichtungsprozeß lief bei einem Druck von 0,2 Torr innerhalb von 20 .Minuten ab; die Abscheiderate betrug etwa 40 nm/min, 50 daß die yesamte inhomogene Schicht eine Dicke von 0,8 µm aufwies.
  • In Figur 2 ist das Diagramm für eine Transmissionsmessung einer inhomogenen Beschichtung für eine IR-Linse dargestellt, wobei diese inhomogene Bsschichtung nach Art des eben geschilderten Verfahrens aufgebracht worden war, dementsprechend eine inhomogene Siliziumnitridschicht betrifft. Als Substrat diente hier ein Germaniumscheibchen von etwa 2 mm Stärke, welches beidseitig beschichtet wurde. Hierzu wurde das Scheibchen in dem in Figur 1 gezeigten Reaktor in der Mitte zwischen den beiden Elektroden durch eine cntsprechende halterung gehalten. Die Beschichtung war dann auf beiden Seiten symmetrisch.
  • Der Transmissionsgrad ist in der Figur in Prozent in Abhängigkeit von der Wellenlänge zwischen 2,5 und 20 ßm aufgetragen. Wie aus diesem Diagramm ersichtlich, liest der Transmissionsgrad für das beschichtete Germaniumsubstrat bei Wellenlängen zwischen etwa 2,6 und 6,0 ßm im Bereich von 80 % und darüber.
  • Gut zu erkennen sind bei Werten von 3,0 ßm die NH-Bandschwingung, bei etwa 4,7 ßm die SiH-Bandschwingung und bei etwa 14 µm die SiN-Bandschwingung. Ein derartig beschichtetes Germaniumsubstrat dürfte insbesondere interessant sein für den nahen Infrarothereich unterhalb 6,0 µm. Hier ist der Transmissions grad sehr hoch und erreicht bei Wellenlängen von etwa 3,9 µm sogar einen Wert von über 90 %.
  • Einen weiteren Anwendungsfall für das Beschichtungsverfahren stellt die Realisierung effizienter thermischer Solarkollektoren dar: Die voryeschlagene Anordnung besteht aus einem Metallsubstrat, belegt mit einer Gradientenschicht. In der Beschichtung erfolgt ein - vom Substrat aus gesehen - kontinuierlicher Übergang von amorphem Silizium zu stickstoffreichem Siliziumnitrid. Mit hilfe dieser Beschichtung konnte erreicht werden, daß ein Anteil von über 90 % des einfallenden Lichtes aus dem sichtbaren Bereich im System bleibt, da es wegen der Brechungsindexanpassung an Luft nur geringfügig an der Oberfläche reflektiert wird und in der amorphen Siliziumschicht absorbiert wird. Für die langwellige Eigenabstrahlung des im Betrieb auf 100°C und darüber erwärmten Systems ist die Beschichtung im wesentlichen durchsichtig, so daß das hohe Reflexionsvermögen, bzw. die geringe Emissionskonstante des Metallsubstrats zum Traten kommt. Durch eine derartige selektive Beschichtung könnte der Wirkungsgrad von bekannten Sonnenkollektoren auf einfache Weise erheblich vergrößert werden. Hierfür notwendige große Plasmareaktoren wären ohne Schwierigkeit zu kontruieren. Der Betriebsdruck betrüge in diesem Fall etwa 0,2 Torr, die Leistungsdichte etwa 1000 W/m² und die Arbeitsfrequenz der Plasmaentladung ca. 50 kHz.
  • Derartige inhomogelle Bcschichtungen können auch zu Beschichtungen von Brillenlinsen verwendet werden, die dann z.B. als Sonnenbrillen dienen. Hierzu wird zunächst auf das Glas, dessen Brechungsindex etwa 1,5 beträgt, eine Beschichtung mit dem yleichen Brechungsindex aufgebracht. Allmählich wird die Zusammensetzung des Gasgemisches in der Plasmaentladung so variiert, daß die Absorption der inhomogenen Schicht in dem Maße, wie es fiir eine Sonnenbrillc crforçlerlich ist, ansteigt und anschließend wieder abfcillt, bis wiederllm der Brechungsindex 1,5 erreicht ist. Eine weitere wirtschaftliche Möglichkeit besteht etwa darin, Metalle und wegen der niedrigen Verfahrenstemperatur auch Kunststoffe z.B. in Hinblick auf Modeschmuck oder auch Brillengestell zu färben. Durch Änderung der Prozeßparameter sind verschiedenste Farbeffekte möglich (auch schwarze Schichten). Besonders vorteilhaft dürfte dieses für eine Goldfärbung sein, die bisher nur mit echtem Gold möglich war. Hier kann durch Variation des Brechungsindex durch eine inhomogene Gradientenschicht jeder beliebige Farbeindruck erzielt werden. Aufgrund der niedrigen Verfahrenstemperatur kann diese Beschìchtung etwa auch auf einem Plastikgestell erfolgen.
  • Die Gradientenschicht ist dazu zweckmäßigerweise wie folgt aufgebaut und kann in einem Arbeitsgang durch kontinuierliche Steuerung der Prozeßvariablen abgeschieden werden: Zunächst wird auf das Substrat eine geeignete I3aftschichtt z.B.
  • Siliziumnitrid auf Plastik, ausgebiLdet, die in eine absorbierende Schicht (z.B. amorphes Silizium) übergeht; daran schiebt sich ein kontinuierlicher uebergang zu einem niedrigeren Brechungsindex an. Der Farbeindruck entsteht durch eine Kombination der Substrateigenschaften und den Parametern der Beschichtung.
  • 2war sind oben nur Beschichtungen auf der Basis von Silizium näher erläutert; jedoch sind andere inhomogene Beschichtungen selbstverständlich möglich. So können z.B. auf einem Substrat reine Kohlenstoffschichten aufgebaut werden, indem amorphe nicht-stöchiometrische Verbindungen von Kohlen- und Wasserstoff der allgemeinen Formel CzEIy abgeschieden werden. Derartige z y "allgemeine Methtne" können auch als Zumischgase für Silizium enthaltende Grundgase benutzt werden.
  • L e e r s e i t e

Claims (10)

  1. Verfahren und Einrichtung zum Beschichten eines Substrates mit inhomogenen Schichten.
    P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum Beschichten eines Substrates mit inhomogenen Schichten aus einem Material, dessen physikalische Eigenschaften über die Beschichtungsdicke variieren, g e -k e n n z e i c h n e t durch folgende Verfahrensschritte: a. das Substrat wird in die Atmosphäre eines Grundgases bzw. Grundgasgemisches eingebracht, welches so ausgewählt ist, daß es in den Plasmazustand versetzt werden kann und bei einer Zersetzung in den Plasmazustand Gaskomponenten gebildet werden, die als Beschichtungsmaterial für das Substrat geeignet sind; b. es wird in dem Grundgas bzw. Grundgasgemisch eine Plasmaentladung gezündet/ wodurch das Gas sich zersetzt und einzelne Gaskomponenten als Beschichtung mit bestimmten physikalischen Eigenschaften auf dem Substrat kondensieren; c in die Plasmaentladung wird zumindest ein weiteres Zumischgas bzw. Zumischgasgemisch eingeleitet, welches so ausgewählt ist, daB es wiederum in den Plasmazustand versetzt werden kann, mit einzelnen oder mehreren Komponenten des Grundgases bzw. Grundgasgemisches eine Verbindung eingeht, sowie allein oder in Verbindung als Beschichtungsmaterìal für das Substrat geeignet ist und während der Plasmaentladung dort eine Beschichtung mit anderen physikalischen Eigenschaften bildet; d. die Zusammensetzung der Plasmaentladung wird durch änderung der Anteile von Grundgas und Zumischgas bzw. Zumischgasen entsprechend den gewünschten physikalischen Eigenschaften der sich mit der Zeit auf dem Substrat aufbauenden Beschichtung gewandert.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB als Grund- und Zumischgase Silan (SiH4) , Ammoniak (NH3) und Stickstoff (N2) zur Bildung von amorphen , nicht stöchiometrischen Verbindungen (SixNyHz) verwendet werden.
  3. xyz 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB als Grund- und Zumischgase Silan (SiH4) , Distickstoffoxid (N2O) und Stickstoff (N2) zur Bildung von amorphen, nicht stöchiometrischen Verbindungen (SixNyOwHz) verwendet werden.
  4. xywz 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Grund- und Zumischgase solche Gase verwendet werden, die als Komponenten Silizium (Si), Stickstoff (N) und Wasserstoff (H) enthalten und in der Plasmaentladung amorphe, nicht stöchiometrische Verbindungen der Form SixNyHz bilden.
  5. xyz 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB als Grund- und Zumischgase solche mit den Komponenten Silizium (Si), Stickstoff (N? Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) verwendet werden und die in der Plasmaentladung amorphe, nicht stöchiometrische Verbindungen der Form SixNyOwHz bilden.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daB als Grund- und Zusatzgase solche mit Nomponenten aus Kohlenstoff (C) verwendet werden.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daB zur Steuerung der Beschichtung die Leistungsdichte der Plasmaentladung verändert wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Beschichtung die Temperatur der Gasatmosphäre und des Substrates verändert werden.
  9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daB zur Steuerung der Beschichtung der Gasdruck verändert wird.
  10. 10. Einrichtung zur Durchführunf3 des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Beschichtung von Substraten mit inhomogenen Schichten aus Material, dessen physikalische Eigenschaften über die Beschichtungsdicke variieren, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daB ein Plasmareaktor (1) vorgesehen ist, in dem das zu beschichtende Substrat angeordnet wird, daß der Plasmareaktor ein Reaktorgehäuse (3) aufweist, in dem zwei oder mehrere Elektroden (5, 7) vorgesehen sind, zwischen denen das Substrat (15) gelegen ist, daB in den Plasmareaktor eine Zuleitung (11) mündet und aus dem Plasmareaktor eine Ableitung (13) herausführt, und daß mit der Zuleitung (11 ) Gasreservoire (19, 21, 23) für ein Grundgas bzw.
    Grundgasgemisch und Zusatzgase bzw. Zusatzgasgemische über einstellbare Dosiervorrichtungen (Dosierventile 25) verbunden sind.
DE19823202709 1982-01-28 1982-01-28 Verfahren und einrichtung zum beschichten eines substrates mit inhomogenen schichten Withdrawn DE3202709A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19823202709 DE3202709A1 (de) 1982-01-28 1982-01-28 Verfahren und einrichtung zum beschichten eines substrates mit inhomogenen schichten

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19823202709 DE3202709A1 (de) 1982-01-28 1982-01-28 Verfahren und einrichtung zum beschichten eines substrates mit inhomogenen schichten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3202709A1 true DE3202709A1 (de) 1983-08-04

Family

ID=6154118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19823202709 Withdrawn DE3202709A1 (de) 1982-01-28 1982-01-28 Verfahren und einrichtung zum beschichten eines substrates mit inhomogenen schichten

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3202709A1 (de)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1985001115A1 (en) * 1983-09-02 1985-03-14 Hughes Aircraft Company Process for forming a graded index optical material and structures formed thereby
EP0154482A2 (de) * 1984-03-03 1985-09-11 Stc Plc Beschichtungsverfahren
FR2562268A1 (fr) * 1984-04-02 1985-10-04 Mitsubishi Electric Corp Film antireflechissant pour dispositifs photoelectriques et leur procede de fabrication
EP0294572A1 (de) * 1987-06-12 1988-12-14 Leybold Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung eines Substrats
EP0776989A1 (de) * 1995-11-29 1997-06-04 ANTEC Angewandte Neue Technologien GmbH Verfahren zur Herstellung einer farbgebenden Beschichtung
EP0877098A1 (de) * 1997-05-07 1998-11-11 Applied Materials, Inc. System und Methode zur Ablagerung von Filmen
US5900289A (en) * 1995-11-29 1999-05-04 Antec Angewandte Neue Technologien Gmbh Method of producing a colorating coating
WO2003069394A1 (de) * 2002-02-11 2003-08-21 Siemens Aktiengesellschaft Integration von halbleiterbauelementen in brillen
WO2009010180A1 (de) * 2007-07-16 2009-01-22 Schott Ag Hartstoffbeschichteter glas- oder glaskeramik-artikel und verfahren zu dessen herstellung

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4545646A (en) * 1983-09-02 1985-10-08 Hughes Aircraft Company Process for forming a graded index optical material and structures formed thereby
WO1985001115A1 (en) * 1983-09-02 1985-03-14 Hughes Aircraft Company Process for forming a graded index optical material and structures formed thereby
EP0154482A2 (de) * 1984-03-03 1985-09-11 Stc Plc Beschichtungsverfahren
EP0154482A3 (en) * 1984-03-03 1988-03-23 Stc Plc Coating process
DE3511675C2 (de) * 1984-04-02 1989-08-10 Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo, Jp
FR2562268A1 (fr) * 1984-04-02 1985-10-04 Mitsubishi Electric Corp Film antireflechissant pour dispositifs photoelectriques et leur procede de fabrication
DE3511675A1 (de) * 1984-04-02 1985-12-05 Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo Antireflexfilm fuer eine photoelektrische einrichtung und herstellungsverfahren dazu
US4649088A (en) * 1984-04-02 1987-03-10 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Antireflective film for photoelectric devices
US4673476A (en) * 1984-04-02 1987-06-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Antireflective film for photoelectric devices and manufacturing method thereof
EP0294572A1 (de) * 1987-06-12 1988-12-14 Leybold Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung eines Substrats
EP0776989A1 (de) * 1995-11-29 1997-06-04 ANTEC Angewandte Neue Technologien GmbH Verfahren zur Herstellung einer farbgebenden Beschichtung
US5900289A (en) * 1995-11-29 1999-05-04 Antec Angewandte Neue Technologien Gmbh Method of producing a colorating coating
EP0877098A1 (de) * 1997-05-07 1998-11-11 Applied Materials, Inc. System und Methode zur Ablagerung von Filmen
US6083852A (en) * 1997-05-07 2000-07-04 Applied Materials, Inc. Method for applying films using reduced deposition rates
US6324439B1 (en) 1997-05-07 2001-11-27 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for applying films using reduced deposition rates
WO2003069394A1 (de) * 2002-02-11 2003-08-21 Siemens Aktiengesellschaft Integration von halbleiterbauelementen in brillen
WO2009010180A1 (de) * 2007-07-16 2009-01-22 Schott Ag Hartstoffbeschichteter glas- oder glaskeramik-artikel und verfahren zu dessen herstellung
US8460804B2 (en) 2007-07-16 2013-06-11 Schott Ag Glass or glass-ceramic article coated with hard material and method for production thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0718418B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Gradientenschicht
Ndukwe Solution growth, characterization and applications of zinc sulphide thin films
DE2808780C2 (de) Verfahren zum Überziehen von Flachglas mit einem lichtreflektierenden Silizium enthaltenden Überzug
DE2125827B2 (de) Verfahren zum Aufstäuben eines elektrisch leitenden Metalloxidüberzuges
DE3317954C2 (de)
DE3316693C2 (de)
DE2140092C3 (de) Verfahren zur Herstellung dünner Schichten auf Substraten
DE4107756C2 (de)
DE2806468C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines halbreflektierenden Filmes aus Zinnoxid auf einem Substrat
DD264911A5 (de) Verfahren zur herstellung eines ueberzuges auf einer glasoberflaeche
EP0017296B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Mikrolinsen und Kopplungselement mit einer nach diesem Verfahren hergestellten Mikrolinse
DE2839057C2 (de)
DE3124447A1 (de) Verfahren zur bildung eines niederschlagfilms
DE4344258C1 (de) Material aus chemischen Verbindungen mit einem Metall der Gruppe IV A des Periodensystems, Stickstoff und Sauerstoff, dessen Verwendung und Verfahren zur Herstellung
DE3202709A1 (de) Verfahren und einrichtung zum beschichten eines substrates mit inhomogenen schichten
DE19912737A1 (de) Verfahren zur Herstellung von porösen SiO¶x¶-Schichten und poröse SiO¶x¶-Schichten
DE3015060A1 (de) Verfahren zur herstellung von metall- und mischmetallchalkogenidfilmen und verwendung derselben
DE3525211C2 (de)
DE1622474C3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Lichtpolarisators
DE19620645A1 (de) Verfahren zur Herstellung selektiver Absorber
EP0153468A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur lichtinduzierten, fotolytischen Abscheidung
DE1496590C3 (de) Verfahren zur Herstellung von warme reflektierenden SnO tief 2 Schichten mit reproduzierbaren optischen und elektrischen Eigenschaften auf Tragern
DE2409254A1 (de) Lichtpolarisator und verfahren zu seiner herstellung
DE3736933A1 (de) Membran fuer die verwendung in einer roentgenstrahlenmaske und verfahren zu ihrer herstellung
WO2011161038A1 (de) Verfahren zur erhöhung der transluzenz eines substrats

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8130 Withdrawal