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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten beider Seiten eines
Glassubstrats.
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Das
Sauberhalten von Fenstern und anderen Glasoberflächen ist ein verhältnismäßig kostspieliger,
zeitaufwendiger Vorgang. Während
die Reinigung eines einzelnen Fensters nicht besonders mühevoll ist,
kann die Sauberhaltung einer großen Anzahl von Fenstern eine
beträchtliche
Last darstellen. Beispielsweise sind bei modernen Bürotürmen mit Glasoberfläche beträchtliche
Zeit und beträchtliche Kosten
in Kauf zu nehmen, um Fensterputzer regelmäßig die äußeren Oberflächen der
Fenster reinigen zu lassen.
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Fenster
und andere Glasoberflächen
können auf
verschiedene Weise verschmutzt werden. Zwei hauptsächliche
Arten, wie Fenster Schmutz annehmen können, beruhen auf der Wirkung
von Wasser auf die Glasoberfläche.
Einmal kann das Wasser selbst Schmutz, Mineralien oder dergleichen
auf der Oberfläche
des Glases absetzen oder sich ansammeln lassen. Schmutziges Wasser,
welches auf das Glas auftrifft, pflegt nach dem Abtrocknen den mitgerissenen
oder gelösten
Schmutz auf dem Glas zurückzulassen.
Selbst wenn verhältnismäßig sauberes
Wasser auf die äußere Oberfläche eines
Fensters auftrifft, neigt jeder Wassertropfen, welcher auf dem Fenster
sitzt, dazu, Staub und andere Teilchen aus der Luft aufzunehmen,
während
er trocknet. Diese Teilchen und gegebenenfalls andere Chemikalien, die
im Wasser gelöst
werden, reichern sich mit der Zeit an und hinterlassen einen charakteristischen Fleck
oder Trocknungsring auf der Glasoberfläche.
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Die
zweite Art und Weise, wie Wasser einem Fenster oder einer anderen
Glasoberfläche
ein verschmutztes oder weniger ansprechendes Aussehen verleiht,
ist mit einem Angriff auf die Glasoberfläche selbst verbunden. Wenn
ein Tröpfchen
von selbst verhältnismäßig sauberem
Wasser auf einer Glasoberfläche
sitzt, beginnt es, alkalische Bestandteile aus dem Glas auszulaugen.
Bei einem typischen Kalk-Natron-Glas werden Natriumcarbonat und
Kalk aus dem Glas ausgelaugt und der pH-Wert des Tropfens erhöht. Mit
steigendem pH-Wert wird der Angriff auf die Glasoberfläche stärker. Als
Folge davon wird das Glas, welches unter einem trocknenden Wassertropfen
liegt, in der Zeit, in welcher der Wassertropfen vollständig trocknet,
ein wenig rauher. Außerdem werden
die alkalischen Bestandteile, die aus dem Glas ausgelaugt worden
sind, in Form eines Trocknungsringes auf dem Glas wieder abgeschieden. Dieses
getrocknete alkalische Material beeinträchtigt nicht nur das Aussehen
des Glases, sondern es geht erneut in Lösung, wenn das Glas wieder
benetzt wird, wobei der pH-Wert des nächsten Wassertropfens, der
auf der Glasoberfläche
zusammenläuft,
rasch ansteigt.
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Beim
Aufbewahren und Versenden von Glasplatten stellt die Anwesenheit
von Wasser auf den Oberflächen
zwischen einander angrenzenden Glasplatten ein chronisches Problem
dar. Man kann das Glas vor dem unmittelbaren Kontakt mit Wasser schützen, jedoch
kann Wasser, wenn das Glas in einer feuchten Umgebung aufbewahrt
wird, aus der Atmosphäre
auf der Glasoberfläche
kondensieren.
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Dies
wird um so problematischer, wenn größere Stapel von Glasplatten
gesammelt werden. Derartige große
Glasstapel besitzen eine verhältnismäßig große thermische
Masse und benötigen
längere Zeit,
um sich zu erwärmen.
Demzufolge sind sie häufig
kühler
als die Umgebungsluft, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt (beispielsweise
am Morgen), wodurch bewirkt wird, daß Feuchtigkeit aus der Luft
auf der Oberfläche
des Glases kondensiert. Zufolge der begrenzten Luftzirkulation benötigt die Feuchtigkeit,
die zwischen den Glasplatten kondensiert, eine verhältnismäßig lange
Zeit zum Trocknen. Dies gibt der kondensierten Feuchtigkeit die Möglichkeit,
die alkalischen Komponenten aus dem Glas auszulaugen und die Glasoberfläche zu beeinträchtigen.
Die Angriffsgeschwindigkeit kann etwas erniedrigt werden, indem
man auf die Oberfläche
des Glases eine Säure
aufbringt. Dies wird gewöhnlich
dadurch bewirkt, daß man
eine schwache Säure,
wie beispielsweise Adipinsäure,
in das Trennmittel einbringt, das dazu verwendet wird, die Glasplatten
daran zu hindern, aneinander zu kleben und sich gegenseitig Kratzspuren
zuzufügen.
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Es
sind schon viele Versuche unternommen worden, um einer Glasplatte
die Fähigkeit
zu verleihen über
längere
Zeit hinweg ein sauberes Aussehen zu bewahren. Ein Weg der gegenwärtigen Forschung besteht
aus einer "selbstreinigenden" Oberfläche für Glas und
andere keramische Materialien. Die Forschung auf diesem Gebiet gründet sich
auf die Fähigkeit
bestimmter Metalloxide, ultraviolettes Licht zu absorbieren und
biologische Materialien, wie beispielsweise Öl, pflanzliche Materie, Fette
und Schmalz und so weiter, fotokatalytisch zu zersetzen. Das wirkungsvollste
dieser fotokatalytischen Metalloxide scheint Titandioxid zu sein,
wenngleich andere Metalloxide, welche die genannte fotokatalytische Wirkung
zu besitzen scheinen, die Oxide von Eisen, Silber, Kupfer, Wolfram,
Aluminium, Zink, Strontium, Palladium, Gold, Platin, Nickel und
Cobalt sind.
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Während derartige
fotokatalytische Beschichtungen einen gewissen Vorteil beim Entfernen von
Materialien biologischen Ursprungs haben können, ist ihre unmittelbare
Wirkung auf andere Materialien unklar und scheint mit der Exposition
gegenüber
ultraviolettem Licht zu variieren. Demzufolge würden die oben erwähnten Schwierigkeiten,
die mit dem Wasser aus der Oberfläche von derartig beschichteten
Glasflächen
verbunden sind, nicht unmittelbar durch derartige fotokatalytische
Beschichtungen angegangen werden.
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Es
ist schon eine Reihe von Versuchen unternommen worden, um die Wirkung
von Wasser auf Glasoberflächen
auf ein Minimum herabzudrücken, indem
man das Wasser dazu veranlaßte,
sich in kleine Tröpfchen
aufzuteilen. Beispielsweise wird in US-PS 5424130 (Nakanishi et
al.) vorgeschlagen, eine Glasoberfläche mit einer Beschichtung
auf der Grundlage von Siliciumdioxid, das Fluoralkylgruppen enthält, zu versehen.
Dazu wird vorgeschrieben, auf die Oberfläche des Glases einen Silicon-Alkoxid-Lack
aufzubringen, den Lack zu trocknen und anschließend den getrockneten Lack
in Luft zu brennen. Nakanishi et al. betonen, daß es wichtig sei, einen Teil
der nichtmetallischen Atome, d. h. der Sauerstoffatome in einer
SiO2-Schicht durch eine Fluoralkylgruppe
zu ersetzen. Bis zu 1,5% der Sauerstoffatome müssen so ersetzt werden. Nakanishi
et al. stellen weiter fest, daß im
Falle, daß weniger
als 0,1% der Sauerstoffatome durch Fluoralkylgruppen ersetzt werden,
das Glas Wasser nicht richtig abstoßen würde, weil der Kontaktwinkel
des Wassers auf der Glasoberfläche
unter 80° betrage.
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Derartige "wasserabweisende" Beschichtungen verursachen
leicht, daß Wasser
auf der Oberfläche
des Glases Perlen bildet. Wenn die Beschichtung auf eine Automobil-Windschutzscheibe
oder dergleichen aufgebracht wird, wo ein konstanter Strom aus schnell
bewegter Luft über
die Oberfläche bläst, kann
diese perlenbildende Wirkung des Wassers dazu beitragen, Wasser
von der Glasoberfläche durch
Wegblasen der Tröpfchen
von der Oberfläche zu
entfernen. Jedoch bleiben diese Tröpfchen unter ruhigeren Bedingungen
leicht an der Oberfläche
des Glases fest sitzen und verdampfen nur langsam. Demzufolge lösen diese
sogenannten "wasserabweisenden" Beschichtungen die
oben erwähnten,
durch das Wasser hervorgerufenen Fleckbildungsprobleme nicht. Im
Gegenteil, dadurch, daß das
Wasser leichter Perlen bildet, kann das Problem tatsächlich verschärft werden.
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Es
sind auch schon andere Überzüge aus Siliciumdioxid
auf Glasoberflächen
in verschiedener Weise aufgebracht worden. Beispielsweise ist aus US-PS
5394269 (Takamatsu et al.) eine "mikrorauhe" Beschichtung aus
Siliciumdioxid auf der Oberfläche von
Glas bekannt, um die Reflexion zu verringern. Diese aufgerauhte
Oberfläche
wird dadurch erzielt, daß man
die Oberfläche
mit einer übersättigten
Lösung
von Siliciumdioxid in Fluorkieselsäure behandelt, um eine poröse Schicht
aus Siliciumdioxid auf der Glasplatte auszubilden. Durch Verwendung
einer Vielkomponenten-Sol-Gel-Lösung
soll eine Oberfläche
erzielt werden, welche kleine Grübchen
aufweist, die mit kleinen "inselartigen
Landbereichen" durchsetzt
sind, deren Größe etwa
50–200
nm betragen soll. Während
diese aufgerauhte Oberfläche
dazu beitragen mag, die Reflexion an der Luft/Glas-Grenzfläche zu verringern,
erscheint es unwahrscheinlich, daß sie die oben erörterten
Schwierigkeiten des durch Wasser hervorgerufenen Verschmutzens verringern
kann. Wenn sie etwas bewirkt, dann scheint die poröse Natur
dieser Beschichtung eher zu bewirken, daß Wasser auf der Oberfläche des
Glases zurückgehalten
wird. Dabei scheint es wahrscheinlich, daß die Schwierigkeiten, die
mit der langen Verweildauer von Wasser auf der Glasoberfläche zusammenhängen, noch
vergrößert werden.
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Die
Erfindung betrifft Verfahren zum Abscheiden einer Beschichtung auf
beiden Seiten eines Glassubstrats.
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Es
ist bekannt, eine Schicht auf einer Seite eines Substrats abzuscheiden,
indem man ein Target, welches auf einer Seite des Substrates angeordnet
ist, dem Sputtering unterwirft. In dem Falle, daß die andere Seite des Substrates
durch Sputtering beschichtet werden soll, ist es normalerweise erforderlich,
die Anordnung des Substrates umzukehren und es ein zweites Mal durch
die Beschichtungsvorrichtung hindurch zu schicken.
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Aus
WO 92/17621 und
DE 4313284 sind Verfahren
bekannt, bei denen Scheibensubstrate in senkrechter Anordnung auf
Substratträgern
gehaltert werden, welche sich zusammen mit den Substraten durch
die Kammer hindurch bewegen, während
seitlich von den senkrecht angeordneten Substraten vorgesehene Targets
in seitlicher Richtung dem Sputtering unterzogen werden.
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Gemäß einer
ersten Erscheinungsform der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Beschichten zweier
Seiten einer einzelnen Glasscheibe oder Glasplatte in einem einzigen
Durchgang durch eine Beschichtungsvorrichtung
die Lieferung
einer Glasscheibe mit einer sauberen inneren Oberfläche und
einer sauberen äußeren Oberfläche;
die
Einrichtung einer Sputtering-Linie aus mindestens einer Sputtering-Kammer,
wobei die Sputtering-Linie eine Anzahl Transportwalzen zum Transportieren
der Glasplatte entlang der Sputtering-Linie sowie ein oberes Target,
welches oberhalb der Transportwalzen angeordnet ist, und ein unteres
Target, welches unterhalb det Transportwalzen angeordnet ist, aufweist;
die
Anordnung der Glasplatte auf den Transportwalzen derart, daß die innere
Oberfläche
auf das obere Target hin gerichtet ist, und Sputtern des oberen
Targets, um unmittelbar auf die innere Oberfläche des Glases oder auf eine
auf der inneren Oberfläche
des Glases zuvor aufgebrachte Schicht aus einem Stapel von Überzügen eine
Beschichtung abzuscheiden; und
Anordnung der Glasplatte auf
den Transportwalzen derart, daß die äußere Oberfläche auf
das untere Target hin gerichtet ist, und Sputtern des unteren Targets,
um auf der äußeren Oberfläche des
Glases oder auf einer zuvor auf der äu ßeren Oberfläche des Glases
aufgebrachten Schicht aus einem Stapel von Überzügen eine Beschichtung abzuscheiden;
wobei
das Glas sowohl auf der inneren Oberfläche als auch der äußeren Oberfläche beschichtet
wird, während
eine konstante Ausrichtung aufrecht erhalten wird, bei der die innere
Oberfläche
oberhalb der äußeren Oberfläche angeordnet
ist.
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Bei
einer Ausführungsform
umfaßt
die Sputtering-Linie die Anordnung einer Reihe von Sputtering-Kammern
mit einer ersten, nach unten gerichteten Kammer mit dem oberen Target
und einer zweiten, nach oben gerichteten Sputtering-Kammer mit dem
unteren Target. Das Sputtering des oberen Targets wird durchgeführt, während sich
die Glasplatte in der nach unten gerichteten Sputtering-Kammer befindet,
und das Sputtering des unteren Targets wird durchgeführt, während sich
die Glasplatte in der nach oben gerichteten Sputtering-Kammer befindet.
Alternativ umfaßt
die Sputtering-Linie eine Doppelrichtungs-Sputtering-Kammer mit
sowohl dem oberen als auch dem unteren Target. Die Glasplatte befindet sich
in der Doppelrichtungs-Sputtering-Kammer, während sowohl das obere als
auch das untere Target dem Sputtering unterworfen wird.
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Gemäß einer
zweiten Erscheinungsform der Erfindung umfaßt eine Beschichtungsvorrichtung zum
Beschichten beider Seiten einer einzelnen Glasplatte in einem einzigen
Durchgang durch die Vorrichtung eine Sputtering-Linie, die mindestens
eine Sputtering-Kammer enthält,
wobei die Sputtering-Linie eine Anzahl Transportwalzen zum Haltern
und Transportieren der Glasplatte entlang der Sputtering-Linie,
ein oberes Target, welches oberhalb der Transportwalzen innerhalb
einer Sputtering-Kammer zum Aufbringen eines Überzuges auf die obere Oberfläche der
Glasplatte durch Sputtering angeordnet ist, und ein unteres Target
aufweist, welches unterhalb der Transportwalzen innerhalb einer
Sputtering-Kammer zum Aufbringen eines Überzuges auf die untere Oberfläche der
Glasplatte durch Sputtering angeordnet ist.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert, worin
bedeuten:
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1 einen
schematischen Querschnitt einer Glasscheibe mit einer Beschichtung;
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2 einen
schematischen Querschnitt einer aus mehreren Platten bestehenden
Isolierglaseinheit;
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3 einen
schematischen Querschnitt einer laminierten Fensterstruktur der
Art, wie sie üblicherweise
in Windschutzscheiben für
Automobile verwendet wird, mit einer Wasser zusammenfließen lassenden
Beschichtung;
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4 eine
schematische Darstellung einer in zwei Richtungen betriebenen Sputtering-Kammer zur
Verwendung einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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5 eine
schematische Darstellung einer mehrzonigen, in zwei Richtungen betriebenen
Sputtering-Kammer zur Verwendung gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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6 eine
Kraft-Mikrofotografie einer flachen, unbeschichteten Oberfläche einer
Scheibe aus herkömmlichem
Floatglas;
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7 eine
grafische Darstellung, die ein Höhenprofil
quer über
eine kurze Strecke der Oberfläche
einer in 6 dargestellten Glasscheibe
zeigt;
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8 eine
Kraft-Mikrofotografie einer Oberfläche einer Floatglas-Scheibe,
die eine Wasser zusammenfließen
lassende Beschichtung aufweist;
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9 eine
dreidimensionale Darstellung eines Bereichs, der in 8 gezeigten
Floatglas-Scheibe und
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10 eine
grafische Darstellung ähnlich 7,
jedoch mit einem Höhenprofil über eine
kurze Entfernung auf der Oberfläche
der in den 8 und 9 dargestellten
Wasser zusammenfließen
lassenden Beschichtung.
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1 erläutert schematisch
eine Glasscheibe oder Glasplatte, die ein Paar Beschichtungen trägt. Die
Glasscheibe 10 umfaßt
eine äußere Oberfläche 12 und
eine innere Oberfläche 14.
(Die Bezeichnung "innere" und "äußere" Oberfläche in der folgenden Beschreibung
ist in gewisser Weise willkürlich.
Jedoch wird angenommen, daß in
den meisten Fällen
die äußere Oberfläche einer
Umgebung ausgesetzt ist, in der sie in Berührung mit Schmutz, Wasser und
dergleichen kommen kann. Die Innenfläche kann ebenfalls auf eine
derartige Umgebung gerichtet sein. Bei den in den 2 und 3 erläuterten
Ausführungsformen
ist diese "innere" Oberfläche jedoch
geschützt,
und eine zweite Glasplatte steht zwischen dieser inneren Oberfläche und
der Umgebung.)
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Die
innere Oberfläche 14 des
Glases 10 trägt eine
reflektierende Beschichtung 30. Wie dem Fachmann einleuchtend,
kann diese reflektierende Beschichtung je nach den gewünschten
Eigenschaften verschiedenartig ausgebildet sein. Eine große Anzahl
derartiger Überzüge ist in
der Fachwelt bekannt, und die genaue Natur der reflektierenden Beschichtung 30 liegt
außerhalb
der Erfindung.
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Wenn
beispielsweise der Glasgegenstand als Spiegel verwendet werden soll,
kann die Beschichtung 30 lediglich aus einer verhältnismäßig dicken
Schicht aus einem reflektierenden Metall bestehen. Gewünschtenfalls
kann über
der Oberfläche
des Metalls, welche der Oberfläche,
die mit dem Glas in Berührung
steht, gegenüberliegt,
ein Schutzüberzug aus
einem dielektrischen Material aufgebracht sein. Wie bekannt, trägt diese
dazu bei, die Metallschicht vor chemischem und physikalischem Angriff
zu schützen.
Man kann ebenfalls jede beliebige Art von Spiegelbeschichtungen
verwenden, die dem Fachmann bekannt sind und die aus einer Schicht
aus einem dielektrischen Material auf beiden Seiten einer reflektierenden
Metallschicht bestehen; viele bekann te dichroitische Spiegel weisen
derartige Beschichtungen auf.
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Gemäß dem Beispiel
von 1 ist die reflektierende Beschichtung 30 als
Infrarotlicht reflektierende Beschichtung derjenigen Art dargestellt,
wie sie allgemein in Solar-Steuerungsbeschichtungen mit
niedrigem Emissionsvermögen
verwendet werden. Typischerweise umfassen derartige Beschichtungen
eine Metallschicht, welche zwischen einem Paar dielektrischer Schichten
sandwichartig eingeschlossen ist. Dieser Aufbau kann wiederholt
werden, um die Infrarotstrahlung reflektierenden Eigenschaften der
Gesamtheit der Schichten weiter zu verstärken. Ein Beispiel für eine nützliche
Gesamtheit von Infrarotlicht reflektierenden Beschichtungen ist
in US-PS 5302449 (Eby et al.), beschrieben, auf deren Inhalt hiermit
Bezug genommen wird.
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Die
zur Erläuterung
angegebene Gesamtheit 30 von Beschichtungen gemäß 1 umfaßt eine Grundbeschichtung 32,
die aus einer oder mehreren Schichten aus dielektrischen Materialien
bestehen kann. Beispielsweise kann diese Grundbeschichtung 32 aus
Zinkoxid bestehen, das in einer Dicke von 150 bis 275 Å aufgebracht
ist. Unmittelbar auf diese Grundbeschichtung 32 kann eine
erste Metallschicht 34 abgeschieden sein. Das Metall kann
beispielsweise Silber sein, das in einer Dicke von zwischen etwa 100
und etwa 150 Å aufgebracht
ist. Eine zweite dielektrische Schicht 38 kann über der
ersten Metallschicht 34 aufgebracht sein. Die Dicke dieser
dielektrischen Schicht 38 hängt zumindestens zum Teil davon
ab, ob eine zweite Metallschicht 40 in der Gesamtheit der
Schichten enthalten ist. Bei einer Gesamtheit von Beschichtungen
mit zwei Metallschichten, wie dargestellt, kann diese zweite dielektrische Schicht 38 typischerweise
aus einer verhältnismäßig dicken
Schicht aus einem Metalloxid, wie beispielsweise aus 700 bis 750 Å Zinkoxid
bestehen. Gewünschtenfalls
kann eine verhältnismäßig dünne Opferschicht 36 zwischen
der Metallschicht 34 und der dielektrischen Schicht 38 eingebracht
sein. Diese trägt
dazu bei, die Metallschicht 34 während der Abscheidung der dielektrischen
Schicht 38 durch Sputtering zu schützen. Die Opferschicht 36 kann
beispielsweise aus einer Schicht aus metallischem Titan bestehen,
welches in einer Dicke von 25 Å oder
darunter aufgebracht ist. Dieses metallische Titan wird während der
Aufbringung einer dielektrischen Schicht 38 aus Metalloxid
oxidiert und begrenzt dadurch eine etwaige Beschädigung der darunterliegenden
Silberschicht 34.
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Bei
der erläuterten
Gesamtheit von Schichten ist eine zweite Metallschicht 40 über die
zweite dielektrische Schicht 38 aufgebracht. Die zweite
Metallschicht 40 besteht üblicherweise aus demselben Material
wie die erste Metallschicht 34. Beispielsweise kann diese
zweite Metallschicht 40 aus etwa 125 bis 175 Å Silber
bestehen. Wieder kann eine Opferschicht 42 aus Titan oder
dergleichen über
der Metallschicht 40 aufgebracht sein, um die Metallschicht während der
nachfolgenden Abscheidung der darüberliegenden dielektrischen
Schichten 44 und 46 zu schützen. Eine dritte dielektrische
Schicht 44 wird über
der Opferschicht 42 aufgebracht. Diese dielektrische Schicht 44 kann
ebenso ein Metalloxid sein, wie beispielsweise Zinkoxid, das in
einer Dicke von etwa 250 bis 300 Å aufgebracht ist. Gewünschtenfalls
kann eine Schutzüberzugsschicht 46 aus
einem weiteren dielektrischen Material über die dielektrische Schicht 44 aufgebracht
werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann dieser Schutzüberzug 4b aus
50 bis 60 Å einer
Schicht aus Si3N4 bestehen.
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Die
Wasser zusammenfließen
lassende Beschichtung 20 wurde auf die Innenoberfläche 12 des Glases
aufgebracht. Es ist bevorzugt, diese Beschichtung unmittelbar auf
die Oberfläche
der Glasscheibe 12 aufzubringen. Da das Glas, das typischerweise
ein Kalk/Natron-Glas ist, weitgehend aus Silici umdioxid gebildet
ist und die Wasser zusammenfließen
lassende Beschichtung zweckmäßigerweise ebenfalls
aus Siliciumdioxid besteht, geht man davon aus, daß dadurch
eine starke Bindung zwischen diesen beiden Schichten hergestellt
und die Wasser zusammenfließen
lassende Wirkung der Beschichtung 20 verstärkt wird.
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Die
Wasser zusammenfließen
lassende Beschichtung 20 besteht zweckmäßig aus Siliciumdioxid, welches
unmittelbar auf die äußere Oberfläche 12 des
Glases 10 abgeschieden worden ist. Wie weiter unten in
Verbindung mit den 8 bis 10 erörtert, besitzt
die Außenseite 22 dieser
Beschichtung 20 eine unregelmäßige Oberfläche. (Dies ist schematisch
als eine Reihe von in unregelmäßigen Abständen angeordneter
und ungleich großer
Stacheln an der Außenfläche 22 der
Beschichtung 21 dargestellt). Entsprechend ist die Zuordnung
einer bestimmten Dicke zu dieser Beschichtung 20 unweigerlich
etwas ungenau. Jedoch besitzt die Beschichtung 20 zweckmäßigerweise
eine mittlere Dicke von zwischen etwa 15 und etwa 350 Å, wobei
ein Bereich von zwischen etwa 15 und etwa 150 Å bevorzugt ist. Der Hauptvorteil
dieser Überzugsschicht
bei geringsten Kosten zeigt sich offensichtlich in einem Bereich von
etwa 20 bis etwa 120 Å.
Eine bevorzugte Art und Weise, in welcher diese Beschichtung 20 auf
die größere Oberfläche 12 des
Glases 10 aufgebracht wird, wird im folgenden näher erläutert.
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2 ist
eine schematische Darstellung einer aus mehreren Platten bestehenden
Isolierglaseinheit. Isolierglaseinheiten sind dem Fachmann wohl
bekannt und werden hier nicht im einzelnen besonders erläutert. Nur
so viel sei kurz gesagt, daß eine
Isolierglaseinheit allgemein aus zwei Glasplatten 10, 100 besteht,
welche durch einen Abstandhalter 110 voneinander getrennt
gehalten werden. Bei diesem Beispiel ist die Wasser zusmmenfließen lassende
Beschichtung 20, welche auf der Außenoberfläche des Glases 10 liegt,
derart angeordnet, daß sie von
der zweiten Glasplatte 100 wegweist, während die reflektierende Beschichtung 30,
die auf der Innenfläche
des Glases 10 liegt, auf die zweite Glasplatte 100 gerichtet
ist. Der Abstandhalter 110 ist auf einer Seite an die Innenfläche 102 der
zweiten Glasplatte 100 und auf der anderen Seite an die
erste Glasplatte 10 gebunden. Wie dem Fachmann bekannt
ist, kann der Abstandhalter unmittelbar an die Innenfläche 14 der
Glasplatte 10 gebunden sein, oder die reflektierende Beschichtung 30 kann
sich bis zu den Rändern der
Glasplatte 10 erstrecken und der Abstandhalter unmittelbar
an die Beschichtung 30 anstoßen.
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Typischerweise
ist der Abstandhalter aus Metall oder dergleichen gefertigt und
enthält
ein Trocknungsmittel 112. Dieses Trocknungsmittel steht mit
dem Gas in den Zwischenraum 115 zwischen den beiden Platten
in Verbindung, so daß Feuchtigkeit, die
zwischen die Glasplatten gelangen kann, entfernt werden kann. Eine äußere Abdichtung 114 kann
um den äußeren Umfang
des Abstandhalters 110 herum unter Ausbildung einer zuverlässigen Gas-
und Feuchtigkeitsbarriere vorgesehen sein.
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3 erläutert eine
weitere Anwendung für einen
beschichteten Glasgegenstand. Bei diesem Beispiel ist die Glasscheibe 10 an
eine zweite Glasscheibe 100 durch eine dazwischen liegende
reißfeste
Kunststofffolie 130 unter Ausbildung einer Laminatstruktur
gebunden. Derartige laminierte Fensterstrukturen sind auf dem Gebiet
der Automobilfensterscheiben wohlbekannt. Typischerweise ist die
Kunststoffschicht 130 eine verhältnismäßig dicke Schicht aus Polyvinylbutyral
oder dergleichen, die an beiden Glasscheiben heiß verschweißt ist. Vorzugsweise besteht
die reflektierende Beschichtung 30 jedoch aus einem Infrarotstrahlung
reflektierenden, wärmehärtbaren Überzug.
Von derartigen Überzügen ist eine
große
Anzahl dem Fachmann bekannt, und die genaue Art des Überzuges
ist nicht Gegenstand der Erfindung, sondern es kann jeder geeignete
wärmehärtbare Überzug 30 eingesetzt
werden.
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Wie
oben erwähnt,
wird die Wasser zusammenfließen
lassende Schicht wie auch die reflektierende Beschichtung 30 durch
Sputtering aufgebracht.
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4 erläutert schematisch
eine in zwei Richtungen arbeitende Sputtering-Kammer gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. Sputtering-Kammern mit Hilfe eines Magnetrons sind
dem Fachmann wohl bekannt und aus verschiedenen Quellen im Handel
erhältlich.
Während
eine gründliche
Erörterung
derartiger mit Hilfe eines Magnetrons arbeitender Sputtering-Kammern
nicht durch den Gegenstand der Erfindung bedingt ist, wird darauf verwiesen,
daß eine
verhältnismäßig nützliche
Struktur für
eine derartige Vorrichtung aus US-PS 5645699 (Sieck) bekannt ist.
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Allgemein
wird beim Sputtering mit Hilfe eines Magnetrons ein Target verwendet,
welches aus einem Metall oder Dielektrikum besteht, das auf dem Substrat
abgeschieden werden soll. Dieses Target ist mit einer negativen
Ladung versehen, während
eine verhältnismäßig positiv
geladene Anode angrenzend an das Target angeordnet ist. Durch Einführen einer verhältnismäßig geringen
Menge eines gewünschten Gases
in die Kammer neben dem Target kann ein Plasma dieses Gases erzeugt
werden. Atome in diesem Plasma kollidieren mit dem Target, wobei
sie das Targetmaterial aus dem Target herausschießen und es
auf das durch Sputtering zu beschichtende Substrat auftreffen lassen.
Es ist außerdem
bekannt, einen Magneten hinter dem Target zu plazieren, um die Formgebung
des Plasmas zu unterstützen
und das Plasma auf einen Bereich zu konzentrieren, der an die Oberfläche des
Targets angrenzt.
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Gemäß 4 wird
die Glastafel 10, die zu beschichten ist, auf einer Anzahl
Trägerwalzen 210 gelagert,
welche im Abstand voneinander längs
der Sputtering-Kammer 200 angeordnet sind. Die genauen
Abstände
zwischen diesen Walzen 210 können variieren, aus weiter
unten näher
erläuterten
Gründen
ist es jedoch zweckmäßig, daß diese
Walzen über
mindestens eine Zwischenlänge
der Kammer 200 etwas weiter voneinander angeordnet sind,
um die effektive Beschichtungsfläche
vom unteren Target 260 aus zu erhöhen.
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Bei
der erläuterten
Ausführungsform
ist die Glasscheibe 10 derart angeordnet, daß sie waagerecht
quer über
diese Walzen, beispielsweise von links nach rechts, wandert. Die
Innenfläche 14 des Glases
ist nach oben gerichtet, während
die Außenfläche 12 des
Glases nach unten gerichtet ist und auf den Walzen 210 ruht.
(Während
dies wahrscheinlich die typischste Anordnung ist, ist es selbstverständlich,
daß die
relative Anordnung des Glases innerhalb der Sputtering-Kammer 200 so
lange umgekehrt werden kann, als die relativen Anordnungen von oberen Targets 220 und
unterem Target 260 ebenfalls umgekehrt werden. Demzufolge
ist zu bemerken, daß die Bezeichnung
dieser Targets als obere und untere Targets lediglich aus Vereinfachungsgründen erfolgt und
die relative Anordnung dieser Elemente innerhalb der Sputtering-Kammer
gewünschtenfalls
leicht umgekehrt werden kann).
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Die
Sputtering-Kammer 200 gemäß 4 umfaßt zwei
voneinander im Abstand angeordnete obere Sputtering-Targets 220a und 220b.
Während diese
Targets planare Targets sein können,
sind sie als sogenannte Dreh- oder zylindrische Targets dargestellt.
Diese Targets sind allgemein parallel zueinander angeordnet, wobei
sich eine Anzahl Anoden 230 horizontal und allgemein parallel
zu diesen Targets erstrekken. Wie in US-PS 5645699 angeregt, kann
auch eine Zwischenanode 230 zwischen diesen beiden Targets
angeordnet sein.
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Zur
Versorgung der Kammer mit dem Sputtering-Gas ist ein Gasverteilungssystem
angrenzend an die Targets 220a und 220b vorgesehen.
Es sind die verschiedensten Gasverteilungssysteme bekannt, und ein
derartiges Verteilungssystem kann einfach aus einem Paar Röhren 235 bestehen,
die eine Anzahl voneinander im Abstand angeordnete Öffnungen
oder Düsen
aufweisen, welche allgemein auf das Target gerichtet sind.
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Die
Verwendung mehrerer Targets, die oberhalb eines Glassubstrats in
einer Sputtering-Kammer unter Verwendung eines Magnetrons angeordnet sind,
ist auf dem einschlägigen
Fachgebiet ziemlich üblich.
Der einzigartige Aspekt der Sputtering-Kammer 200 gemäß 4 ist
jedoch das Vorhandensein des "unteren" Targets 260.
Dieses Target ist dasjenige, welches dazu verwendet wird, die Wasser
zusammenfließen
lassende Beschichtung 20 gemäß der Erfindung unmittelbar
auf die Außenfläche 12 des Glases
durch Sputtering aufzubringen. Wie bei den oberen Targets 220a und 220b ist
das untere Target 260 mindestens mit einer, vorzugsweise
mit zwei Anoden 270 versehen, welche in hinreichender Nähe angeordnet
sind, um ein stabiles Plasma aufrecht zu erhalten. Die Gasverteilungsröhren 235,
die angrenzend an die oberen Targets 220a und 220b dargestellt
sind, sind unzweckmäßig weit
weg von dem unteren Target 260, und das in dem Zwischenraum
vorhandene Glas 10 teilt die Sputtering-Kammer 200 tatsächlich in
zwei getrennte funktionelle Bereiche. Daher ist es bevorzugt, getrennte
Gasverteilungsrohre 275 vorzusehen, welche unterhalb des
Glases angrenzend an das untere Target 260 angeordnet sind, um
eine konsistente Gasversorgung für
das Plasma angrenzend an das Target sicherzustellen. Gewünschtenfalls
können
die unteren Rohre 275 und die oberen Rohre 235 Teile
desselben Gasverteilungssystems sein, d. h. beide Rohrsätze können mit einem
einzigen Gasversorgungssystem verbunden sein.
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Die
Art des durch die unteren Rohre 275 zugeführten Gases
hängt mindestens
zum Teil von der Art des Sputtering-Targets 260 ab. Bei herkömmlichem
Sputtering mit Hilfe eines Magnetrons muß das Target als Kathode dienen.
Zufolge der dielektrischen Natur von SiO2 kann
es außerordentlich
schwierig sein, ein zuverlässiges
Sputtering unter Verwendung eines Siliciumdioxid-Targets durchzuführen. Demzufolge
ist es bevorzugt, daß das
Target metallisches Silicium statt Siliciumdioxid enthält. Das
Material, welches tatsächlich
auf der Außenfläche 12 des
Glases abgeschieden wird, kann in Siliciumdioxid umgewandelt werden,
indem man Sauerstoff in das Gas, das durch die unteren Gasverteilungsrohre 275 zugeführt wird,
einmischt.
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Während die
aufeinander folgenden Glasscheiben 10 die Sputtering-Kammer
wirksam aufteilen, schließt
dies nicht aus, daß Gas,
welches in einen Bereich der Kammer eingeleitet wird, irgendwohin
in der Kammer wandert. Da es bevorzugt ist, daß das untere Target 260 aus
metallischem Silicium besteht, welches in einer oxidierenden Atmosphäre dem Sputtering
unterworfen wird, ist es wichtig, daß das Sputtering der oberen
Targets 220a und 220b nicht durch die Anwesenheit
von überschüssigem Sauerstoff,
der durch die unteren Rohre 275 eingeleitet sein kann,
beeinträchtigt
wird. Dies kann die Verwendung dieser Sputtering-Kammer 200 mit
dualer Sputtering-Richtung zur Abscheidung der Wasser zusammenfließen lassenden
Beschichtung 20 auf der einen Seite der Glasscheibe und
eines sauerstoffempfindlichen Metalls auf der anderen Oberfläche wirksam
verhindern.
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In
noch vorteilhafterer Weise kann die Kammer gemäß 4 für Sputtering
in dualer Richtung dazu verwendet werden, eine dielektrische Schicht auf
der Innenfläche 14 des
Glases und die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung 20 auf
der äußeren Oberfläche 12 des
Glases in einer einzigen Kammer abzuscheiden. Das dem Sputtering
unterzogene Dielektrikum kann ein Nitrid oder dergleichen sein,
solange das Einbringen von einigem Metalloxid in das abzuscheidende
Nitrid die aufgebrachte Beschichtung nicht beeinträchtigt.
Idealerweise ist jedoch das Dielektrikum, das auf die Innenfläche 14 aufgebracht
wird, ein Oxid (oder mindestens ein Teiloxid), so daß eine Vermischung
des Gases, welches durch die beiden Sätze von Rohren 235 und 275 eingeleitet
wird, die dielektrische Schicht oder die Wasser zusammenfließen lassende
Beschichtung nicht beeinträchtigt.
Beispielsweise können
eines der Targets oder beide Targets 220a und 220b aus
metallischem Titan oder TiOX (mit 1 < X < 2) bestehen, und
das durch beide Sätze
von Gasverteilungsrohren 235 und 275 eingeleitete
Gas kann ein in geeigneter Weise austariertes Gemisch aus Argon und
Sauerstoff sein.
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Bei
herkömmlichen
Sputtering-Kammern unter Verwendung eines Magnetrons wird der Abstand der
Walzen 210, die zur Unterstützung des Glases verwendet
werden, verhältnismäßig gering
gehalten, um zu erlauben, daß kleinere
Glassubstrate auf der Linie bearbeitet werden können, ohne daß eine wesentliche
Gefahr besteht, daß das
Glas zwischen die Walzen fällt.
Um das Stören
der Walzen beim Aufbringen der Wasser zusammenfließen lassenden
Beschichtung auf der Außenfläche 12 des
Glases auf ein Minimum zu beschränken,
kann dieser Abstand jedoch vergrößert werden.
Der maximale sichere Abstand muß von
Fall zu Fall für
einen gegebenen Bereich von zu bearbeitenden Glasgrößen bestimmt werden.
Je größer jedoch
der Abstand zwischen den Walzen ist, welche auf dem Weg vom unteren
Target 260 bis zur Außenfläche 12 des
Glases angeordnet sind, um so größer ist
der Prozentsatz des gesputterten Siliciumdioxids, welches auf dem
Glas abgeschieden wird. Natürlich
können
die Walzen in anderen Bereichen der Sputtering-Vorrichtung auf ihrem normalen
Abstand gehalten werden. Es kann zweckmäßig sein, einige der Walzen
in der Kammer 200 zum Sputtering in dualer Richtung leicht
entfernbar auszubilden, so daß die
Kammer von der dargestellten Anordnung in eine mehr nach herkömmlichem Muster
betriebene Kammer, in welcher lediglich eine Seite des Glases beschichtet
wird und in der die Walzen enger zusammen angeordnet sind, umgewandelt werden
kann.
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Anstatt
den Abstand zwischen den Walzen zu verändern, könnte man auch die Walzen mit
einem geringeren Durchmesser ausbilden. Herkömmliche Walzen sind hohle Metallrohre.
Gewünschtenfalls
können
Walzen mit geringerem Durchmesser versteift werden, beispielsweise
durch Ausfüllen
mit einem starren Schaumstoff. Um dieselbe Transportgeschwindigkeit
des Glases längs
der Halterung zu gewährleisten,
müßten diese
Walzen mit geringerem Durchmesser rascher gedreht werden, beispielsweise
mit Hilfe eines Übersetzungsmittel-Paares mit dem gewünschten Übersetzungsverhältnis.
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Die
Walzen 210 können
von jedem herkömmlichen
Aufbau sein. Es wurde gefunden, daß gute Ergebnisse erzielt werden
können,
wenn man zylindrische Aluminiumwalzen verwendet, um die herum ein
Seil aus Kevlar® spiralförmig gewunden
ist, wobei das Kevlar®-Material die Oberfläche bildet,
mit der das Glas in unmittelbarer Berührung steht.
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Bei
einigen besonderen Anwendungsfällen kann
die Sputtering-Kammer 200 gemäß 4 für Sputtering
in 2-facher Richtung ausreichend sein, um die gesamte gewünschte Beschichtung
sowohl auf die Innen- als auch auf die Außenfläche des Glases aufzubringen.
Häufiger
jedoch ist die Sputtering-Kammer 200 Teil einer Sputtering-Linie,
welche eine Reihe von Sputtering-Kammern umfaßt. Jede Sputtering-Kammer
in der Linie könnte
sowohl ein oberes Target als auch ein unteres Target umfassen, jedoch
bei den meisten herkömmlichen
Anwendungsweisen ist die Gesamtheit der Überzüge, die auf die obere Seite
des Glases aufgebracht werden, komplexer (d. h., besteht aus einer
Reihe von unterschiedlichen Schichten verschiedener Zusammensetzung)
und dicker als die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung gemäß der Erfindung. Daher
kann die Mehrzahl der Sputtering-Kammern aus herkömmlichen,
nach unten gerichteten Sputtering-Kammern mit lediglich einem oberen
Target und keinen Targets unterhalb der Halterungen bestehen.
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Wenn
die Sputtering-Linie eine Kombination aus nach unten gerichteten
Sputtering-Kammern und Sputtering-Kammern 200 mit doppelter
Richtung umfaßt,
kann die Anordnung der Kammern mit doppelter Richtung längs der
Sputtering-Linie variiert werden. Wenn der das Wasser zusammenfließen lassende Überzug gemäß der Erfindung
durch Sputtering eines siliciumhaltigen Targets (beispielsweise
eines hauptsächlich
aus Silicium oder aus mit Aluminium dotiertem Silicium gebildeten
Targets) in oxidierender Atmosphäre
aufgebracht wird, darf man nicht versuchen, eine oxidierbare Metallschicht
(beispielsweise eine Infrarotstrahlung reflektierende Silberschicht des
Typs, wie er herkömmlicherweise
bei Überzugsgesamtheiten
mit niedrigem Emissionsvermögen verwendet
wird) auf der oberen Seite des Glases in derselben Kammer abzuscheiden.
Demzufolge können
mindestens diejenigen Kammern, die dazu verwendet werden, eine Metallschicht
durch Sputtering aufzutragen, als nach unten gerichtete Sputtering-Kammern
betrieben werden, indem man das untere Target wegläßt. Es wäre aber
auch möglich,
ein Metalloxid (beispielsweise SiO2, ZnO
oder SnO2) auf der oberen Seite des Glases
in derselben Kammer abzuscheiden.
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Herkömmliche
Erfahrung würde
es dem Fachmann nahelegen, die Wasser zusammenfließen lassende
Beschichtung, die erfindungsgemäß verwendet
wird, in der ersten Sputtering-Kammer oder nötigenfalls in den ersten von
mehreren Sputtering-Kammern
aufzubringen, um sicherzustellen, daß die Wasser zusammen fließenlassende
Beschichtung aufgebracht wird, bevor die Glasoberfläche durch
Berührung
mit den Walzen, die das Glas innerhalb der Kammer unterstützen, beschädigt oder
verschmutzt wird. In ganz überraschender
Weise wurde jedoch gefunden, daß das
Gegenteil zutrifft: Der Wasser zusammenfließen lassenden Überzug gemäß der Erfindung
wird optimalerweise in der letzten Sputtering-Kammer aufgebracht.
Wenn mehr als eine Sputtering-Kammer 200 mit doppelter
Richtung erforderlich ist, um einen hinreichend dicken, Wasser zusammenfließen lassenden Überzug aufzubringen, ohne
die Fortschreitgeschwindigkeit des Glases durch die Sputtering-Linie übermäßig zu senken, wird
der Wasser zusammenfließen
lassende Überzug
optimalerweise in den letzten von mehreren Sputtering-Kammern aufgebracht.
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Wenn
der Wasser zusammenfließen
lassende Überzug
am Anfang der Sputtering-Linie aufgebracht wird, weist der Hauptteil
der Außenfläche des Glases
die erwünschten,
Wasser zusammenfließen lassenden
Eigenschaften auf. Jedoch kann es vorkommen, daß die Ränder des Glases diese verbesserten
Eigenschaften nicht in konsistenter Weise aufweisen. Dies wird einer
leichten Übersprühung der Beschichtung,
die auf die Oberseite des Glases nach Abscheidung der Wasser zusammenfließen lassenden
Beschichtung aufgebracht wird, zugeschrieben, wobei ein sehr geringer
Anteil des Materials, welches auf die Oberseite aufgebracht wird,
auf die Unterseite hinüber
driftet und den Wasser zusammenfließen lassenden Überzug an
den Rändern
der Glasscheibe überlagert.
Zwar ist dieser übergesprühte Überzug so
dünn, daß er keine
leicht erkennbare Wirkung auf die optischen Eigenschaften des Glases
ausübt,
jedoch verringert dieser praktisch unsichtbare Überzug doch die Vorteile des
Wasser zusammenfließen
lassenden Überzuges
rund um die Ränder
des Glases. Durch Aufbringen des Siliciumdioxids auf die Außenfläche des
Glases gegen Ende der Sputtering-Linie kann die Menge an Übersprühung, die
auf dem Siliciumdioxid-Überzug
abgeschieden wird, auf ein Minimum gesenkt und die vorteilhafte Wirkung
des Wasser zusammenfließen
lassenden Überzuges
bewahrt werden.
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Eine
Sputtering-Kammer 200 für
doppelte Sputtering-Richtung,
wie diejenige, welche in 4 gezeigt ist, minimiert, wie
angenommen wird, die Kosten und maximiert die Produktionswirksamkeit beim
Aufbringen von Beschichtungen auf beide Seiten einer Glasscheibe.
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Während das
Glassubstrat durch die Kammer wandert, gibt es Zeiten, in denen
das Glas die oberen Targets 200a und 200b von
den unteren Targets 260 oder umgekehrt wirksam abschirmt.
Demzufolge kann Material von den oberen Targets auf das untere Target
und Material von dem unteren Target auf ein oberes Target oder beide
aufgebracht werden. Die Sputtering-Kammer 200 gemäß 4 ist
ideal, wenn die oberen Targets 220a, 220b und das
untere Target 260 praktisch dieselbe Zusammensetzung aufweisen.
Wenn die oberen Targets eine unterschiedliche Zusammensetzung im
Vergleich zu der Zusammensetzung des unteren Targets aufweisen,
kann die gegenseitige Verunreinigung der unterschiedlichen Targets
jedoch zu Schwierigkeiten beim Sputtering oder beim Aufrechterhalten
der beständigen
Produktqualität
führen.
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Mindestens
theoretisch kann diese Schwierigkeit dadurch überwunden werden, daß man die Energie,
die jedem der Sputtering-Targets zugeführt wird, steuert, um sicherzustellen,
daß jedes
Target nur dann dem Sputtering unterworfen wird, wenn das Glas in
einer solchen Position ist, daß es
obere und untere Targets voneinander abschirmt. Jedoch sind gegenwärtig im
Handel erhältliche
Energieversorgungs-Steuerungen
in dieser Weise nicht eingerichtet. Außerdem kann die Steuerungslogik
für eine
derartige Anordnung übermäßig schwierig
sein, falls die Sputtering-Linie dazu verwendet wird, Glassubstrate unterschiedlicher
Größe anstelle
von solchen einheitlicher Größe zu beschichten.
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5 erläutert eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung, eine mögliche
Sputtering-Kammer 300, die dazu verwendet werden kann,
sowohl die Innenfläche 14 als
auch die Außenfläche 12 des Substrates
in einem einzigen Durchgang ohne bedeutende gegenseitige Verunreinigung
der Sputtering-Targets
zu beschichten. Elemente mit analoger Funktion im Verhältnis zu
Elementen, die in 4 dargestellt sind, tragen die
gleichen Bezugszeichen, jedoch um einen Betrag von 100 erhöht; beispielsweise
sind die oberen Gasverteilungsrohre 335 gemäß 5 funktionell
analog den oberen Gasverteilungsrohren 235 gemäß 4.
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Die
Sputtering-Kammer 300 gemäß 5 wird durch
ein Paar Barrieren 340 wirksam in drei Überzugszonen 300a, 300b und 300c unterteilt.
Ein Teil des Gases in einer Beschichtungszone kann in eine andere
Beschichtungszone strömen,
so daß es am
besten ist, eine einheitliche Atmosphäre in allen drei Zonen zu verwenden.
Jedoch dienen die Barrieren 340 dazu, die Menge an in einer
Beschichtungszone dem Sputtering unterzogenen Material, die auf einem
Target in einer anderen Beschichtungszone landet, wirksam zu begrenzen.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 5 ist jede
der drei Beschichtungszonen 300a bis 300c dazu
eingerichtet, vier Targets aufzunehmen, wobei zwei Targets oberhalb
des Substrates und zwei unterhalb des Substrates angeordnet sind.
Daher gibt es sechs obere Target-Montagestellen 321 bis 326 oberhalb
des Weges des Glases und sechs untere Target-Montagestellen 361 bis 366 unterhalb
des Weges des Glases. Dies erlaubt eine maximale Flexibilität dieser
einzigen, mehrzonigen Sputtering-Kammer 300, um Produkte
mit unterschiedlichen Eigenschaften herzustellen. 5 erläutert schematisch,
wie jede der oberen Target-Montagestellen 321 bis 326 gegenüber den
jeweiligen unteren Target-Montagestelle 361 bis 366 vertikal
ausgerichtet ist. Es versteht sich jedoch, daß die Targets nicht in dieser
Art vertikal gegeneinander ausgerichtet sein müssen und in vorteilhafterer
Weise auch in einer horizontal versetzten Anordnung vorhanden sein
können.
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Bei
der in 5 dargestellten Anordnung besitzt die erste Beschichtungszone 300a zwei
obere Targets (320a und 320b), jedoch keine unteren
Targets auf den unteren Target-Montagestellen 361 oder 362.
Während
in der ersten Beschichtungszone ein Sputtering-Gas den oberen Gasverteilungsrohren 335 und
Energie den oberen Anoden 330 zugeführt werden muß, besteht
keine Notwendigkeit dafür,
Gas den unteren Gasverteilungsrohren 375 oder Energie den
unteren Anoden 370 zuzuführen. Die zweite Beschichtungszone 300b besitzt
zwei untere Targets 360c und 360d, jedoch trägt keine
der oberen Target-Montagestellen 323 und 324 Sputtering-Targets. Analog besitzt
die dritte Beschichtungszone 300c zwei untere Targets 360e und 360f,
jedoch keine der oberen Target-Montagestellen 325 und 326 trägt Sputtering-Targets.
Optimalerweise wird, wie oben erwähnt, die erste Beschichtungszone 300a dazu verwendet,
die äußerste Schicht
der Gesamtheit aus reflektierenden Beschichtungen, die von der Innenfläche 14 des
Substrats getragen wird, aufzubringen, während die letzten beiden Beschichtungszonen 300b und 300c dazu
verwendet werden, den Wasser zusammenfließen lassenden Überzug 20 auf
die Außenfläche 12 der
Substrate durch Sputtering abzuscheiden.
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Die
Anordnung der Targets in der mehrzonigen Sputtering-Kammer 300 gemäß 5 dient
lediglich der Erläuterung,
und es versteht sich von selbst, daß die Anordnung der Targets
variiert werden kann, um die Produktionswirksamkeit für unterschiedliche
Produkte zu maximieren. Wenn beispielsweise eine dickere Wasser
zusammenfließen lassende
Beschichtung bei unveränderter
Glas-Fortbewegungsgeschwindigkeit gewünscht wird, kann ein Silicium
enthal tendes Target auf jeder der unteren Target-Montagestellen 361 bis 366 montiert
werden, während
keine der oberen Target-Montagestellen 321 bis 326 ein
Target trägt.
Wenn eine dünnere
Beschichtung ausreicht (oder wenn die Glas-Fortbewegungsgeschwindigkeit durch die
Beschichtungskammer in geeigneter Weise verringert wird), kann es vorkommen,
daß nur
die beiden letzten unteren Target-Montagestellen 365 und 366 mit
Targets besetzt werden, während
jede der ersten vier oberen Target-Montagestellen 321 bis 324 Sputtering-Targets trägt. Natürlich können eine
oder mehrere der Beschichtungszonen 300a bis 300c sehr ähnlich wie
die Sputtering-Kammer 200 für doppelte Sputtering-Richtung
gemäß 4 betrieben
werden, indem man Targets in der oberen und unteren Target-Montagestelle
derselben Zone montiert.
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Die
Vorrichtung gemäß den 4 und 5 sowie
das Verfahren zum Abscheiden von Beschichtungen unter Verwendung
derartiger Beschichtungssysteme wird in dem vorliegenden Falle hauptsächlich im
Zusammenhang mit dem Aufbringen eines reflektierenden Stapels von Überzügen auf
einer Seite des Glases und einer Wasser zusammenfließen lassenden
Beschichtung auf der anderen Seite des Glases erörtert. Es versteht sich jedoch,
daß diese
Vorrichtung und dieses Verfahren auch dazu verwendet werden können, Überzüge auf beide
Seiten einer Glasscheibe unabhängig
von der Art der Überzüge aufzubringen.
Beispielsweise kann die Vorrichtung dazu verwendet werden, auf beiden
Seiten einer Glasscheibe einen Anti-Reflexionsbelag, auf beiden Seiten
eines durchsichtigen oder durchscheinenden organischen Substrates
Infrarotlicht reflektierende Beschichtungen oder auf jede Seite
desselben Substrates eine Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung abzuscheiden.
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Der
Vorteil des in den 4 und 5 erläuterten
Systems besteht darin, daß ein
Substrat mit einer durch Sputtering aufgebrachten Beschichtung (unabhängig von
der Zusammensetzung) auf beiden Seiten in einem einzigen Durchgang
durch die Beschichtungsvorrichtung versehen werden kann, während das
Glas in konstanter Orientierung gehalten wird, d. h. es nicht gekippt,
gedreht oder anderweitig manipuliert werden muß. Dies ermöglicht die Verwendung eines
einfachen Satzes an üblichen
Transportwalzen, um das Glas längs
der Produktionslinie fortzubewegen. Ohne die vorliegende Erfindung
würde man
typischerweise entweder das Glas manuell handhaben müssen, um
es zu kippen und es in einem getrennten Durchlauf durch die Beschichtungsvorrichtung
zurückzuschicken,
oder ein kompliziertes Glashandhabungssystem einsetzen müssen, welches
das Substrat haltern und es während
des Herstellungsverfahrens an einem bestimmten Punkt kippen müßte. Dies
ermöglicht
es, Glas mit Beschichtungen auf beiden Seiten, besonders wirtschaftlich ohne
Einbuße
an Beschichtungsqualität
herzustellen.
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In
der Vergangenheit wurde angenommen, daß, wenn man die Unterseite
des Glases beschichten muß,
die Berührung
mit den Walzen diese Beschichtung zerkratzen und bzw. oder die Unterseite des
Glases vor dem Aufbringen der Beschichtung verderben würde. Überraschenderweise
zeigt die vorliegende Erfindung jedoch, daß beide Seiten des Glases in
einem einzigen Durchgang mit ausgezeichneten Ergebnissen beschichtet
werden können.
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Die
genauen Betriebsbedingungen (beispielsweise Zusammensetzung der
Targets, Zusammensetzung des Plasmas u.s.w.), unter denen die Wasser
zusammenfließen
lassende Beschichtung aufgebracht wird, können, je nach Bedarf, variiert werden,
um die Abscheidung einer Beschichtung der gewünschten Dicke zu optimieren.
Betrachtet man die vorliegende Lehre als Leitlinie, so sollte ein
Fachmann imstande sein, geeignete Betriebsbedingungen auszuwählen, um
diese Beschichtung ohne übermäßige Vorversuche
aufzubringen.
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Ein Überzug aus
SiO2 kann durch Sputtering unter Verwendung
eines Siliciumdioxid-Targets in einer inerten Atmosphäre abgeschieden
werden, jedoch ist Siliciumdioxid ein schlechter Leiter, und es kann
schwierig sein, derartige dielektrische Materialien in einer Gleichstrom-Sputtering-Vorrichtung dem Sputtering
zu unterwerfen. Man kann stattdessen ein Target aus reinem Silicium
in einer oxidierenden Atmosphäre
verwenden, jedoch lassen sich derartige Targets nur sehr schwer
in einer konsistenten, gesteuerten Weise dem Sputtering unterwerfen,
da Silicium ein Halbleiter ist. Um das Sputtering zu verbessern
und die Funkenbildung zu vermindern, ist es bevorzugt, daß ein Target
aus Silicium mit etwa 5% Aluminiumgehalt in einer oxidierenden Atmosphäre dem Sputtering
unterworfen wird.
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Selbst
wenn ein mit Aluminium dotiertes Siliciumtarget verwendet wird,
kann die Atmosphäre
in der Sputtering-Kammer variiert werden, um die optimale Sputtering-Geschwindigkeit
zu erzielen. Während
die Sputtering-Atmosphäre
eine oxidierende Atmosphäre
sein muß,
ist es nicht erforderlich, daß sie aus
reinem Sauerstoff besteht. Im Gegenteil, ein Gemisch aus Sauerstoff
und einem Inertgas erhöht gleichfalls
die Sputtering-Geschwindigkeit. Es wird angenommen, daß ein Sputtering-Gas
aus Sauerstoff und bis zu etwa 40% Argon (vorzugsweise 0 bis 20%
Argon), welches bei einem Druck von etwa 3 × 10–3 mbar
gehalten wird, ausreicht. Die Leistung, die dem Sputtering-Target
zugeführt
wird, muß optimiert werden,
um eine Funkenbildung zu verringern und trotzdem die Sputtering-Geschwindigkeit
auf ein Maximum zu bringen. Eine Leistung von etwa bis zu 80 kW
sollte annehmbare Ergebnisse erbringen.
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Eine
Produktionsanordnung, die sich als gut geeignet erwiesen hat, verwendet
drei drehbare Sputtering-Targets aus Silicium, welches mit etwa 5%
Aluminium dotiert ist, wobei jedes Target mit einer Leistung von
etwa 42 kW betrieben wird. Die Atmosphäre in der Sputtering-Kammer
besteht aus 100% O2 von einem Druck von
etwa 2,5 bis 4,5 mTorr (etwa 3,3 bis 6,0 Pa). Das Glassubstrat wird
an diesen Sputtering-Targets mit einer Geschwindigkeit von etwa
225 bis 500 Zoll pro Minute (0,1 bis 0,2 ms–1) vorbeigeführt.
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Während eine
bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung beschrieben worden ist, versteht es sich von selbst, daß verschiedene
Veränderungen, Anpassungen
und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne daß vom Umfang
der Ansprüche
abgewichen wird.