DE4221930C2 - Device for the adhesive coating of a plastic substrate - Google Patents

Device for the adhesive coating of a plastic substrate

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur haftfesten Beschichtung eines Kunststoffsubstrats, vorzugsweise eines scheibenförmigen Polymethylmethacrylat-Substrats mit Aluminium, in einer Vakuumkammer mittels einer Kathodenzerstäubungseinrichtung, bestehend aus einer Anode, einem als Kathode ausgebildeten, aus dem zu zer­ stäubenden Material bestehenden Target, einer zur Ab­ schirmung des zentralen Bereichs der Substratoberseite einsetzbaren Mittelmaske sowie unter Zuleitung eines Prozeßgases, vorzugsweise Argon, in die Kammer zur Aus­ bildung eines Plasmas.The invention relates to a device for adherent Coating a plastic substrate, preferably a disc-shaped polymethyl methacrylate substrate with aluminum, in a vacuum chamber using a Cathode sputtering device, consisting of a Anode, one designed as a cathode, from which to dusting material existing target, one for ab shielding the central area of the substrate top usable middle mask as well as under the supply of a Process gas, preferably argon, in the chamber for Aus formation of a plasma.

Für die Beschichtung von Kunststoffsubstraten unter­ scheiden sich die zur Auswahl stehenden Verfahren prin­ zipiell nach der Art des zu beschichtenden Kunststoffs.For coating plastic substrates under the available procedures differ depending on the type of plastic to be coated.

Der gewünschte Durchsatz in Substrate pro Zeiteinheit ist weiterhin entscheidend für die Auswahl der geeigne­ ten Beschichtungsanlage. The desired throughput in substrates per unit of time is still crucial for choosing the right one coating system.  

Die Beschichtung von Polycarbonat-Substraten mit Alumi­ nium, wie sie zum Beispiel für die Herstellung von Com­ pact Disks (CD's) Verwendung finden, ist bis zu einer bestimmten Substratgröße problemlos möglich, jedoch ab einer Substratgröße von etwa 200 mm Durchmesser, wie sie beispielweise für die Herstellung von Video Disks erfor­ derlich sind, verändern sich die optischen Eigenschaften von Polycarbonat, so daß hier ein anderer Substratwerk­ stoff verwendet werden muß.The coating of polycarbonate substrates with aluminum nium, as used for example for the production of Com pact disks (CD's) is up to one certain substrate size possible without problems, however a substrate size of about 200 mm in diameter, as they for example for the production of video discs the optical properties change of polycarbonate, so here is another substrate plant fabric must be used.

Als Alternative zeigen sich hier die Kunststoffe aus der Gruppe der Polymethylacrylate (PMMA), die beispielsweise als "Plexiglas" im Handel erhältlich sind.The plastics from the Group of polymethylacrylates (PMMA), for example are commercially available as "Plexiglas".

Die Beschichtung von PMMA-Substraten mit Aluminium in einer Aufdampfanlage ist problemlos möglich. Es ist jedoch zu bedenken, daß der maximale Durchsatz der zu baschichtenden Substrate bei einer Aufdampfanlage im Vergleich zu einer Kathodenzerstäubungs-/Sputteranlage relativ gering ist, da eine Aufdampfanlage im diskon­ tinuierlichen oder Batch-Betrieb und eine Sputteranlage als In-line-Anlage im kontinuierlichen Betrieb betreib­ bar ist.The coating of PMMA substrates with aluminum in a vapor deposition system is easily possible. It is however, keep in mind that the maximum throughput is too bas-layering substrates in a vapor deposition system in the Comparison to a cathode sputtering system is relatively low, as an evaporation system in the discount continuous or batch operation and a sputtering system operated as an in-line system in continuous operation is cash.

Bei der Beschichtung von PMMA-Substraten in einem Sput­ terverfahren mit beispielsweise Aluminium und Argon als Prozeßgas hat sich als nachteilig erwiesen, daß die Haftfestigkeit der aufgesputterten Aluminiumschicht absolut unbefriedigend ist und die aufgebrachte Schicht keine mechanische Festigkeit aufweist. Es hat daher bereits zahlreiche Bemühungen gegeben (US 4,957,603, DE 39 34 092 A1, DE 40 04 116 A1), die Haftfestigkeit von ge­ sputtertem Aluminium auf PMMA-Substraten zu erhöhen. When coating PMMA substrates in one sput terverfahren with, for example, aluminum and argon Process gas has proven disadvantageous that the Adhesive strength of the sputtered aluminum layer is absolutely unsatisfactory and the applied layer has no mechanical strength. It therefore has numerous efforts have already been made (US 4,957,603, DE 39 34 092 A1, DE 40 04 116 A1), the adhesive strength of ge to increase sputtered aluminum on PMMA substrates.  

Diese beschränkten sich jedoch auf die Anwendung eines anderen Prozeßgases als Argon, wie beispielsweise Helium, oder auf mehrere Prozeßschritte oder auch auf die chemische Modifikation der Substratoberfläche.However, these were limited to the application of one process gas other than argon, such as Helium, or on several process steps or on the chemical modification of the substrate surface.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Haft­ festigkeit einer aufgesputterten Aluminiumschicht auf ein Kunststoffsubstrat aus PMMA spürbar verbessert.The present invention is therefore based on the object based on creating a device that detained strength of a sputtered aluminum layer a plastic substrate made of PMMA noticeably improved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anode in unmittelbarer Nähe der Kathode vorgesehen ist, ein Abstand zwischen der Anode und dem zu beschich­ tenden Substrat einstellbar ist und der Sputterstrom­ kreis ausschließlich zwischen Kathode und Anode geschlossen und gegenüber allen anderen Vorrichtungs­ teilen elektrisch isoliert ist.This object is achieved in that the anode is provided in the immediate vicinity of the cathode is to coat a distance between the anode and the tendency substrate is adjustable and the sputter current circle exclusively between cathode and anode closed and opposite to all other device share is electrically isolated.

Mit Vorteil ist durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Verbesserung der Haftfestigkeit von auf PMMA-Substraten aufgesputterten Aluminiumschichten fest­ stellbar. Nach dem unter Fachleuten dieses Fachgebietes üblichen "Tesa-Test" zur Messung der Haftfestigkeit von Schichten ist ein signifikanter Anstieg der Haftfestig­ keit nachweisbar. Für die Herstellung von beispielweise einer Video Disk werden jeweils zwei Substrate mit ihren beschichteten Substratoberflächen miteinander verklebt. Durch die Beschichtung der Substrate mit der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung ist nun vorteilhafterweise auch das Verkleben von aluminiumbeschichteten PMMA-Substraten möglich.The advantage of using the invention Device an improvement in the adhesive strength of PMMA substrates sputtered aluminum layers firmly adjustable. According to the experts in this field usual "Tesa test" for measuring the adhesive strength of Layers is a significant increase in adhesive strength verifiable. For example a video disc will each have two substrates with their coated substrate surfaces glued together. By coating the substrates with the Invention according device is now advantageously also Bonding of aluminum-coated PMMA substrates possible.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet und beschrieben.Further advantages and features of the invention are in the Claims marked and described.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmög­ lichkeiten zu. Ein Beispiel davon ist in den anhängenden Zeichnungen näher dargestellt, und zwar zeigen:The invention allows a wide variety of designs possibilities to. An example of this is in the attached Drawings shown in more detail, namely:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Beschichten eines Kunststoffsubstrats - entsprechend dem Stand der Technik - in Schnittdarstellung und Fig. 1 shows a device for coating a plastic substrate - according to the prior art - in a sectional view

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beschichten eines Kunststoffsubstrats in Schnittdarstellung. Fig. 2 shows an inventive device for coating a plastic substrate in a sectional view.

In einer Vakuumkammer 1 (Fig. 1) befindet sich ein dünnes, kreisscheibenförmiges Substrat 2 aus PMMA-Poly­ methylmethacrylat, das auf einem Substratträger 3 aufge­ legt ist. In einem Abstand A von beispielsweise 120 mm ist über dem Substrat 2 ein zu zerstäubendes, ebenso kreisscheibenförmiges Target 4 aus Aluminium vorgesehen, das mit einer Targethalterung 5 am Deckel der Vakuumkam­ mer 1 befestigt ist. Eine im Schnitt kragenförmig darge­ stellte Ringblende 6 deckt von der Oberfläche des zu beschichtenden Substrates 2 den ringförmigen äußeren Teil ab. Auf dieser Blende 6 ist eine ringförmige, kühl­ bare Anode 7 aus Kupfer vorgesehen, die den Zwischenraum in Umfangsrichtung begrenzt, der von dem Substrat 2 und dem Target 4 gebildet wird.In a vacuum chamber 1 ( Fig. 1) is a thin, circular disc-shaped substrate 2 made of PMMA poly methyl methacrylate, which is placed on a substrate carrier 3 . At a distance A of, for example, 120 mm above the substrate 2, an aluminum disk-shaped target 4 to be atomized is provided, which is attached to the cover of the vacuum chamber 1 with a target holder 5 . A collar-shaped Darge presented in section collar 6 covers from the surface of the substrate 2 to be coated, the annular outer part. On this screen 6 , an annular, cool bare anode 7 made of copper is provided, which limits the space in the circumferential direction, which is formed by the substrate 2 and the target 4 .

Alle innerhalb der Vakuumkammer 1 befindlichen Einbau­ teile sind rotationssymmetrisch zur Achse X-X ausge­ führt.All parts inside the vacuum chamber 1 are rotationally symmetrical to the axis XX.

Um die Achse X-X befindet sich zwischen Target 4 und Substrat 2 eine im wesentlichen zylindrische Mittelmaske 8, die mit einem konisch verbreiterten unteren Ende den zentralen Teil der Substratoberfläche abdeckt. Diese Mittelmaske 8 ist an der Vakuumkammer 1 befestigt und elektrisch floatend ausgebildet.Between the target 4 and the substrate 2 there is an essentially cylindrical center mask 8 , which covers the central part of the substrate surface with a conically widened lower end. This center mask 8 is attached to the vacuum chamber 1 and is designed to be electrically floating.

Da das Target 4 als Kathode ausgeführt ist, ist in dem von Kathode und Anode 7 gebildeten Zwischenraum ein Plasma einstellbar, das als Plasmaring 9 ausgeformt ist.Since the target 4 is designed as a cathode, a plasma which is designed as a plasma ring 9 can be set in the space formed by the cathode and anode 7 .

In Fig. 2 ist im wesentlichen die Anordnung von Fig. 1 übernommen, bestehend aus einer Vakuumkammer 10 mit einem Substrat 2, einem Substratträger 3, einem Target 4 mit Targethalterung 5, einer äußeren Ringblende 6 mit einem darauf befindlichen Ringelement 11, das bislang als Anode ausgeführt war und einer gegenüber dem Stand der Technik erheblich verlängerten Mittelmaske 12.In Fig. 2, the arrangement of Fig. 1 is essentially taken over, consisting of a vacuum chamber 10 with a substrate 2 , a substrate carrier 3 , a target 4 with target holder 5 , an outer ring diaphragm 6 with an annular element 11 thereon, which was previously known as Anode was designed and a center mask 12 which was considerably elongated compared to the prior art.

Der Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten ursprüngli­ chen Version liegt im wesentlichen in dem nun auf ca. 250 mm verlängerten Abstand B zwischen dem Substrat 2 und dem Target 4. Durch die Anordnung einer hohlzylin­ drischen und wassergekühlten Kupferanode 13 unmittelbar vor der Targetoberfläche entsteht ein Abstand C von ca. 150 mm zwischen Substratoberfläche und Unterkante Anode 13, und es bildet sich nun ein Plasmaschlauch 14 in unmittelbarer Nähe des Targets 4 aus. Alle Einbauten der Kammer 10 sind rotationssymmetrisch in bezug auf die Achse Y-Y ausgeführt.The difference from the original version shown in FIG. 1 lies essentially in the distance B between the substrate 2 and the target 4, which is now lengthened to approximately 250 mm. The arrangement of a hollow cylindrical and water-cooled copper anode 13 directly in front of the target surface creates a distance C of approximately 150 mm between the substrate surface and the lower edge of the anode 13 , and a plasma tube 14 is now formed in the immediate vicinity of the target 4 . All internals of the chamber 10 are rotationally symmetrical with respect to the axis YY.

Ein Sputterstromkreis 15 verbindet die Kathode 4 und die Anode 13 und ist mittels der Stromdurchführungen 16, 17 gegenüber allen anderen Vorrichtungsteilen elektrisch isoliert. A sputtering circuit 15 connects the cathode 4 and the anode 13 and is electrically insulated from all other device parts by means of the current bushings 16 , 17 .

BezugszeichenlisteReference list

11

Vakuumkammer
Vacuum chamber

22nd

Substrat, Kunststoffsubstrat
Substrate, plastic substrate

33rd

Substratträger
Substrate carrier

44th

Target, Kathode
Target, cathode

55

Targethalterung
Target holder

66

Ringblende
Ring aperture

77

Anode
anode

88th

Mittelmaske
Middle mask

99

Plasmaring
Plasma ring

1010th

Vakuumkammer
Vacuum chamber

1111

Ringelement
Ring element

1212th

Mittelmaske
Middle mask

1313

Anode
anode

1414

Plasmaschlauch
Plasma hose

1515

Sputterstromkreis
Sputter circuit

1616

Stromdurchführung
Current feedthrough

1717th

Stromdurchführung
A Abstand
B Abstand
C Abstand
X-X Achse
Y-Y Achse
Current feedthrough
A distance
B distance
C distance
XX axis
YY axis

Claims (10)

1. Vorrichtung zur haftfesten Beschichtung eines Kunststoffsubstrats (2), vorzugsweise eines schei­ benförmigen Polymethylmethacrylat-Substrats mit Aluminium, in einer Vakuumkammer (1, 10) mittels einer Kathodenzerstäubungseinrichtung, bestehend aus einer Anode (7, 13), einem als Kathode ausge­ bildeten, aus dem zu zerstäubenden Material bestehenden Target (4), einer zur Abschirmung des zentralen Bereichs der Substratoberseite einsetz­ baren Mittelmaske (8, 12) sowie unter Zuleitung eines Prozeßgases, vorzugsweise Argon, in die Kammer (1, 10) zur Ausbildung eines Plasmas (9, 14), dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (13) in unmittelbarer Nähe der Kathode (4) vorgesehen, ein Abstand (C) zwischen der Anode (13) und dem zu beschichtenden Substrat (2) einstellbar ist und der Sputterstromkreis (15) ausschließlich zwischen Kathode (4) und Anode (13) geschlossen und gegen­ über allen anderen Vorrichtungsteilen elektrisch isoliert ist.1. Device for the adhesive coating of a plastic substrate ( 2 ), preferably a disc-shaped polymethyl methacrylate substrate with aluminum, in a vacuum chamber ( 1 , 10 ) by means of a cathode sputtering device, consisting of an anode ( 7 , 13 ), one formed as a cathode, Target ( 4 ) consisting of the material to be atomized, a middle mask ( 8 , 12 ) that can be used to shield the central area of the substrate top, and a process gas, preferably argon, is fed into the chamber ( 1 , 10 ) to form a plasma ( 9 , 14 ), characterized in that the anode ( 13 ) is provided in the immediate vicinity of the cathode ( 4 ), a distance (C) between the anode ( 13 ) and the substrate ( 2 ) to be coated is adjustable and the sputter circuit ( 15 ) is closed exclusively between cathode ( 4 ) and anode ( 13 ) and is electrically insulated from all other parts of the device. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kathode (4), die Anode (13), die Mit­ telmaske (12) und die Ringblende (6), die zusammen die wesentlichen Einbauteile in der Kammer (10) bilden, mit dem Substrat (2) rotationssymmetrisch zur Achse Y-Y ausgebildet sind.2. Device according to claim 1, characterized in that the cathode ( 4 ), the anode ( 13 ), the middle mask ( 12 ) and the ring diaphragm ( 6 ), which together form the essential installation parts in the chamber ( 10 ), with the substrate ( 2 ) are rotationally symmetrical to the axis YY. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (4) kreisscheiben­ förmig ausführbar ist. 3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the cathode ( 4 ) is circular disc-shaped. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anode (13) als hohl­ zylindrischer Ring ausformbar ist.4. Device according to claims 1, 2 or 3, characterized in that the anode ( 13 ) can be formed as a hollow cylindrical ring. 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte innere Durchmesser der Anode (13) in etwa dem Außendurchmesser der Kathode (4) entspricht.5. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the clear inner diameter of the anode ( 13 ) corresponds approximately to the outer diameter of the cathode ( 4 ). 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen Kathode (4) und Anode (13) in etwa null beträgt.6. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the axial distance between the cathode ( 4 ) and anode ( 13 ) is approximately zero. 7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (B) zwischen Substrat (2) und Kathode (4) in etwa doppelt so groß ist wie der Abstand (C) zwischen Substrat (2) und Anode (13).7. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the distance (B) between the substrate ( 2 ) and cathode ( 4 ) is approximately twice as large as the distance (C) between the substrate ( 2 ) and anode ( 13 ). 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelmaske (12) im wesentlichen zylindrisch mit einem in Substratrichtung konisch erweiterten Ende ausgeformt ist.8. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the central mask ( 12 ) is substantially cylindrical with an end which is flared in the direction of the substrate. 9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Plasmaschlauch (14) im Innenraum der Anode (13) und unmittelbar vor der dem Substrat (2) zugewandten Kathodenfläche erzeugbar ist. 9. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that a plasma tube ( 14 ) in the interior of the anode ( 13 ) and immediately before the substrate ( 2 ) facing cathode surface can be generated. 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Vorrichtung enthaltende Vakuumkammer (10) so ausgebildet ist, daß sie in eine "In-line"-Anlage integrierbar ist.10. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the vacuum chamber ( 10 ) containing the device is designed so that it can be integrated into an "in-line" system.
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