EP2744763A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines niedrigemittierenden schichtsystems - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines niedrigemittierenden schichtsystems

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EP2744763A1
EP2744763A1 EP12756404.5A EP12756404A EP2744763A1 EP 2744763 A1 EP2744763 A1 EP 2744763A1 EP 12756404 A EP12756404 A EP 12756404A EP 2744763 A1 EP2744763 A1 EP 2744763A1
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EP
European Patent Office
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low
layer
flash lamp
emitting layer
substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12756404.5A
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French (fr)
Inventor
Harald Gross
Udo Willkommen
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Von Ardenne GmbH
Original Assignee
Von Ardenne GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2744763A1 publication Critical patent/EP2744763A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
    • E04B1/76—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only
    • E04B1/78—Heat insulating elements
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    • C03C—CHEMICAL 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
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    • C03C17/06—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
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    • C03C17/36—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal
    • C03C17/3602—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal the metal being present as a layer
    • C03C17/3657—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal the metal being present as a layer the multilayer coating having optical properties
    • C03C17/366—Low-emissivity or solar control coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C23/0025—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by a laser beam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5806—Thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL 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
    • C03C2218/00—Methods for coating glass
    • C03C2218/30—Aspects of methods for coating glass not covered above
    • C03C2218/32—After-treatment

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation, in particular tempering of a low-emitting layer system according to the preamble of claim 1 and a
  • the invention relates to the preparation, in particular the method of tempering, low-emitting, thin layers, e.g. Silver coatings, which find application in the field of thermal insulation of window and facade glass.
  • the special low-emissivity coatings also known as low emissivity or short low-e coatings, are used to reduce heat transfer.
  • the low-e coating is characterized by the fact that it has a low thermal emissivity and the
  • Coating in the visual spectral range is also largely transparent.
  • the aim of the heat-insulating coatings is that the solar radiation can pass through the pane and heat the building, while only a small amount of heat at room temperature is emitted from the building to the surroundings.
  • the low-e coating is intended to reduce an energy input from outside to inside.
  • the coatings used for this purpose include, for example, transparent, metallic layers, in particular
  • Silver-based multi-layer systems which have a low emissivity and thus a high reflection in the infrared range of the light, with a high transmittance of the entire layer system in the visible spectral range.
  • the commonly used metallic layers are used with a thickness with which they still have the required transparency. For example, silver is still transparent up to a thickness of 20 nm considered.
  • the transparent metallic layers with high reflection in the IR range are generally referred to as IR reflective layers for distinction.
  • Substrate is usually a vacuum method used, such as evaporation or sputtering technology.
  • these thin layers can not be the most ideal compliant deposit and tend to de-wetting, resulting in a corrugated, that is not uniform, layer thicknesses ⁇ distribution result has.
  • this energetic limitation of the growth can be partially compensated by the cover layers so that diffusion processes and the leveling of the silver layers occur during a subsequent temperature increase. This results from the shift of the surface energy balance in favor of a wetted configuration.
  • These layers with a homogeneous thickness are characterized by a corresponding decrease in surface resistance and offer the advantage of increased reflection in the infrared region of the light and thus a reduced emissivity.
  • coated substrate remain minimal, at least in such a range that visually no difference can be detected.
  • thermally toughened substrates are no longer be assembled. This means that they are no longer shaped, as is usual for glass, by scratching and breaking or otherwise mechanical
  • RTP rapid thermal processing
  • the invention is therefore the object of a
  • At least one low-emitting layer system after the deposition of at least one low-emitting layer system on at least one side of the substrate, at least one
  • the emission wavelength of the electromagnetic Radiation in the short-time annealing step preferably adjusted or adapted to the material of the low-emitting layer such that the emission wavelength of the
  • electromagnetic radiation is realized in their absorption range.
  • the low-emittance coating is tempered to a specific temperature and thus restructured in such a way that its properties, in particular the thermal, electrical or optical properties, change, for example compared to the low-emittance layer before the brief annealing Reduced surface resistance and possibly also increases their transmission in the visible and the reflection in the infrared.
  • Annealing meant in the processing of a glass to the safety glass. It has been shown that, in the case of a thermal treatment of the low-e layer deposited on the substrate after deposition, by means of the electromagnetic radiation adapted to the material properties of the low-e layer, the surface resistance of the coating is significantly reduced correlative decrease in emissivity, ie of the
  • the big advantage It also consists in that due to the low heat ⁇ capacity of the low-emitting coating no extra cooling of the coated substrate is necessary and the substrate is not processed in the annealing step to safety glass. This can be dispensed not only on an energy ⁇ intense heating of the substrate in an oven or on a controlled cooling by means of a subsequent cooling section, but the substrate remains during the RTP to room temperature and can be further processed immediately. Overall, the RTP allows much higher throughput, as the process lasts for much less than a second. In addition, high-priced plant components, such as ceramic rolls for transporting hot glass panes in an oven, can be dispensed with.
  • the electromagnetic radiation of the low-e layer will now be made by a flash lamp assembly, preferably at least a plurality of flash lamps ⁇ , by at least one flash pulse.
  • a xenon flash lamp is used as the flash lamp.
  • Xenon flash lamps provide a versatile wide-band spectrum from ⁇ with technically usable wavelength of typically 160 nm - 1000 nm, the noble gas xenon.
  • the lower limit of the light emission of 160nm ⁇ is limited by the used quartz glass of the flash lamps. Other types of glass, such as lithium fluoride, also allow emission wavelengths below 160nm, with no use of this material for cost reasons. Above 10000 nm, the intensity of the emitted light is negligible in terms of technical use.
  • the advantage of using a flash lamp is the relatively low cost and the possibility of customization the operation by adjusting the current density of layer ⁇ system. By operating the flash lamps with high current densities and a considerable amount of UV is generated.
  • the irradiation of the coated layer takes place from the side of the layer system in order to prevent absorption of the electromagnetic radiation for short-term tempering,
  • Emission wavelength of the electromagnetic radiation in the range of 160 nm to 1000 nm, preferably in a
  • the annealing of the low-emitting layer preferably takes place in the range of the emission wavelength of the electromagnetic radiation of 200 nm to 400 nm and / or 650 nm to 850 nm and / or 160 nm to 200 nm.
  • the radiation of flash lamps also includes
  • emission wavelength ranges of the electromagnetic radiation include the regions of absorption maxima of the low-emittance layer which are in the range of about 200 nm to 400 nm and 650 to 850 nm.
  • the thermal treatment of the coated, low-emitting layer by irradiation with light in these wavelength ranges enables a reduction in the emissivity or the
  • Sheet resistance compared to the low-emitting layer before the Kurzzeittemper Colour.
  • the range of 200 nm to less than 400 nm is advantageous, because in this area the low-e layer by up to a factor of two
  • Tempering step adjusted such that the deposited layer will receive or absorb a predetermined energy input in the irradiation area.
  • the specifiable energy input is a predetermined final temperature of the low-emitting layer in the irradiation area
  • the final temperature corresponds to the temperature of the deposited layer, which is used to heal the structural defects due either to fluctuations in the
  • the adjustment of the energy input therefore takes place taking into account the highest possible layer temperature, i. Maximum temperature of the deposited layers, as well as depending on the
  • Thickness of the layers to be thermally treated As a result, a given crystal structure and morphology of the deposited low-e layer is possible.
  • the adjustment of the energy input of the irradiation is preferably carried out both taking into account the parameters of the electromagnetic radiation, and the temperature of the deposited layer or. from the temperature of
  • a temperature measurement of the low-e layer or the low-e layer and the substrate takes place immediately before the short-term heat treatment step. Based on the measured temperature, the value of the energy input for the thermal aftertreatment is determined and adjusted so that a predefinable End temperature for the Kurzzeittemper Colour is obtained.
  • the energy input is chosen and matched with the highest possible layer temperature, ie maximum temperature of the layers, that the Kurzzeittemper Marin causes no damage to the deposited layer, but achieves predetermined or optimum layer properties. That is, the energy input is adjusted so that it does not exceed the highest possible layer temperature of the istschie ⁇ that layer.
  • the radiation is also well absorbed by the substrate, for example of glass, which can result in heating of the substrate.
  • the heating of the substrate can be minimized when adjusting the layer properties of the deposited layer.
  • the determined energy input becomes a process parameter, such as the energy density, i. Power, exposure surface and duration of the electromagnetic radiation, intended for controlling the Kurzzeitittemper suitss.
  • a process parameter such as the energy density, i. Power, exposure surface and duration of the electromagnetic radiation, intended for controlling the Kurzzeitittemper suitss.
  • the flash pulses have a duration of 0.05 ms to 20 ms and a
  • Pulse energy density in the range of 1 J / cm 2 to 10 J / cm 2 . It it is advantageous that the pulse intensity, the pulse repetition ⁇ holfrequenz, the pulse shape and the pulse duration of successive flash pulses in dependence on the thickness of the thermally treated layers and taking into account the heat conduction of the substrate can be varied.
  • the flash lamp is operated at a current density greater than 4000A / cm 2 without the energy densities described
  • Emission spectrum of the flash lamp with increasing current density shifts to shorter wavelengths. Since the life-expectancy of flash lamps is approximately 10 6 -10 flashes in the order of magnitude of the current density, a large number of substrates can be tempered until a lamp replacement.
  • High-power flash lamps for example, are operated at 500 Hz, so that the throughput in production plants is not limited by the RTP, but rather by the maximum transport speed of substrates or the coating of the substrates.
  • At least one low-e layer contains or consists of silver.
  • Thin silver films in a wetted configuration are transparent in the solar and / or visible spectral region and at the same time highly reflective in the infrared wavelength range.
  • thin silver layers usually can not be deposited in an ideal conformal manner and tend to become dewetting.
  • the low-emitting layer comprises or consists of other materials
  • the substrate is made of glass as the main substrate used by low-e layer systems.
  • the high absorption in the IR range loses due to the process control as
  • the method comprises a plurality of layers for forming a low-emittance layer system.
  • the layers can be thermally treated by means of electromagnetic radiation in the short-time heat treatment step of the low-emittance layer and / or in a further short-time heat treatment step.
  • the low ⁇ emitting layer system comprising at least two dielectric layers.
  • a low-e silver layer is arranged between at least two dielectric layers.
  • both the coating and the Kurzzeittemper Colour the deposited low-e layer by means of electromagnetic radiation in an inline vacuum coating system are advantageous embodiments of the invention.
  • an “inline” Process management "a physical transport of the substrate from a coating station to another processing station to apply and treat layers, the substrate during the coating process
  • the substrate is preferably moved with such a transport speed that it does not heat up too much.
  • the process may be operated in continuous flow systems with continuously-transporting substrate strip, either an endless substrate and a roll-to-roll coating, or a quasi-continuous sequence of synchronously moving, aufein ⁇ other following general cargo area substrates.
  • the short-time annealing step takes place in situ after the layer deposition of the substrate in the same treatment chamber.
  • a further layer deposition is carried out after the thermal treatment of the low-e layer.
  • a further thermal aftertreatment is carried out after the or each further low-layer deposition.
  • the energy input in the thermal treatment is adjusted so that a predetermined final temperature of
  • the inventive method is thus more energy efficient and associated with less breakage losses compared to conventional convection ovens.
  • the color shift of the low emissivity layer system reached with the method is congruent to the values which are observed for konventi ⁇ onelles annealing, which equalizes visual differences, and the parallel assembly of both discs
  • the flashlamp arrangement has at least one flashlamp, preferably a xenon lamp.
  • flash lamps can cost RTP plants of large areas at high throughput, z. B. greater than 40m 2 / min to be built.
  • the flash lamp assembly comprises a beam shaping device, for example a diaphragm or a mirror system, for
  • the length of the linear intensity distribution of the electromagnetic radiation for short-term etching corresponds at least to the width of the layer deposited on the substrate in the direction of the longitudinal extent of the linear intensity distribution of the electromagnetic radiation.
  • FIG. 1 a schematic representation of the system for the combined coating and subsequent thermal treatment by means of a flash lamp arrangement
  • Fig. 1 shows the basic structure of the system 1 for the combined coating and subsequent thermal treatment by means of a flash lamp assembly. It consists of an elongated vacuum system 1 with a
  • Substrate transport system 11 by means of which the large-area substrates 10 in a transport direction under different processing stations, u.a. Coating modules 30, are moved through.
  • a low-e layer system 20 is applied to the substrate 10, which has at least one low-e layer. There are also several low-e layers conceivable.
  • the substrate 10 provided with the layer system 20 is brought into a position for treatment with the flash lamp arrangement 50.
  • the flash lamp arrangement has a plurality of flash lamps 53, in particular xenon lamps.
  • the flashlamp arrangement 50 consists of a mirror system 52 which, by means of a suitable arrangement and geometry, projects the light of the flashlamps homogeneously onto the substrate 10 provided with the low-e layer system 20 from the layer side.
  • a quartz glass plate 51 separates the flash lamp assembly 50 from the actual vacuum processing chamber.
  • the deposited substrate 10 can then be transported to another processing station 31 or the thermal treatment can be repeated.
  • the system 1 to a control 41 of the energy ⁇ entry of the heat treatment of the low-e layer system.
  • the controlled variable corresponds to an energy input, which is necessary to obtain a predetermined final temperature of the low-e layer system in the subsequent step of the thermal treatment. In this case, the final temperature of the deposited layer system 20 within certain
  • Example transmission, reflection and resistance occurs, and not destruction of the structure, such as embrittlement, caused due to exceeding the maximum temperature of the deposited layer.
  • the adjustment of the energy input of the irradiation both in consideration of the parameters of the electromagnetic radiation of the flash lamp device, such as their wavelength, energy density, exposure area, as well as the temperature of the deposited layer or. from the
  • Temperature of the deposited layer or the deposited layer system and the substrate For this purpose, an arrangement of the temperature measuring means 40 in the system 1 and a temperature measurement before the short-term tempering step is conceivable.
  • the determined value of the energy input is determined by the
  • Control device 41 is transmitted to the flash lamp device 50 and serves as a controlled variable for determining the parameters of the Kurzzeittemper suitss and for carrying out the subsequent Kurzzeittemper suitss.
  • a glass substrate having dimensions of 10x10 cm is introduced into a vacuum chamber and having a double temperable low-e (DLE) coated layer stack having a silver ⁇ layer between two dielectric layers.
  • the sample represents a commercially available layer system.
  • DLE double temperable low-e
  • it is irradiated with a xenon lamp device and an energy density of the radiation of 2 J / cm 2 .
  • the sheet resistance of the low-e layer stack before and after the irradiation is measured using an eddy current measuring device
  • the irradiation of the low-e layer stack results in a reduction of the surface resistance of the low-e layer from 6 ohm square (see reflection spectrum in FIG. 2) to 3 ohm square.
  • the reduction in sheet resistance indicates compaction and homogenization of the silver layer, which is the characteristic feature of the expected improvement in emissivity.
  • FIG. 2 shows the respective transmission and reflection spectra of the sample.
  • the term “trans” corresponds to the transmission spectrum of the sample before (untreated) and after the irradiation, and the formulation "Refl” to the reflection spectrum measured from the layer side before (untreated) and after the irradiation.
  • the comparison of the spectra given results for the thermally treated sample a significant increase in the transmission in the visual spectral range and a favorable higher reflection in the infrared wavelength range.

Abstract

Der Erfindung, die ein Verfahren zur Herstellung eines niedrigemittierenden Schichtsystems, umfassend die Schritte des Ausbildens zumindest einer niedrigemittierenden Schicht auf mindestens einer Seite des Substrats mittels Abscheidung und nachfolgendes Kurzzeittempern mindestens einer abgeschiedenen niedrigemittierenden Schicht mittels elektromagnetischer Strahlung unter Vermeidung einer sofortigen Aufheizung des Substrats und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, die optischen und thermischen Eigenschaften eines niedrigemittierenden Schichtsystems ohne kostenaufwendige Temperung des gesamten Substrats und unter Beibehaltung der Konfektionierbarkeit des low-e beschichteten Substrats zu verbessern.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines
niedrigemittierenden Schichtsystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung, insbesondere Temperung eines niedrigemittierenden Schichtsystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung, insbesondere das Verfahren zum Tempern, von niedrigemittierenden, dünnen Schichten, z.B. Silberschichten, welche Anwendung im Bereich der Wärmedämmung von Fenster- und Fassadengläsern finden. Die speziellen niedrigemittierenden Beschichtungen, auch low emissivity oder kurz low-e Beschichtungen genannt, werden zur Reduktion des Wärmetransports eingesetzt. Die low-e Beschichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie einen geringen thermischen Emissionsgrad aufweist und die
Beschichtung im visuellen Spektralbereich außerdem weitgehend transparent ist. Mit den wärmedämmenden Beschich- tungen wird zum einen angestrebt, dass die Solarstrahlung durch die Scheibe gelangen und das Gebäude erwärmen kann, während nur wenig Wärme bei Raumtemperatur aus dem Gebäude an die Umgebung abgestrahlt wird. In einem weiteren Anwendungsfall soll durch die low-e Beschichtung ein Energie- eintrag von außen nach innen verringert werden.
Die dazu verwendeten Beschichtungen umfassen beispielsweise transparente, metallische Schichten, insbesondere
silberbasierende Mehrlagenschichtsysteme, die einen geringen Emissionsgrad und damit eine hohe Reflexion im infraroten Bereich des Lichts haben, bei einem hohen Transmissionsgrad des gesamten Schichtsystems im sichtbaren Spektralbereich. Die üblicherweise verwendeten metallischen Schichten werden mit einer solchen Dicke verwendet, mit der sie noch die erforderliche Transparenz aufweisen. Beispielsweise Silber bis bis zu einer Dicke von 20 nm noch als transparent angesehen. Die transparenten metallischen Schichten mit hoher Reflexion im IR-Bereich werden zur Unterscheidung allgemein als IR-Reflexionsschichten bezeichnet.
Glas und andere nichtmetallische Substratmaterialien
besitzen dagegen in der Regel einen hohen Emissionsgrad im infraroten Spektralbereich. Dies bedeutet, dass sie einen hohen Anteil der Wärmestrahlung aus der Umgebung absorbieren und gleichzeitig entsprechend ihrer Temperatur auch eine große Wärmemenge an die Umgebung abstrahlen. Als Herstellungsverfahren für eine low-e Beschichtung des
Substrats wird in der Regel ein Vakuumverfahren eingesetzt, wie Verdampfungsverfahren oder Sputtertechnologie. Diese dünnen Schichten lassen sich allerdings meist nicht ideal konform abscheiden und neigen zur Entnetzung, was eine korrugierte, d.h. nicht gleichmäßige, Schichtdicken¬ verteilung zur Folge hat. Diese energetische Limitierung des Wachstums kann jedoch durch die Deckschichten teilweise kompensiert werden, so dass es bei einer nachgelagerten Temperaturerhöhung zu Diffusionsprozessen und der Egali- sierung der Silberschichten kommt. Dies ergibt sich aus der Verschiebung des Oberflächenenergiegleichgewichts zugunsten einer benetzten Konfiguration. Diese Schichten mit einer homogenen Dicke zeichnen sich durch eine korrespondierende Abnahme des Flächenwiderstands aus und bieten den Vorteil einer erhöhten Reflexion im infraroten Bereich des Lichts und somit einer verringerten Emissivität.
Dieser Effekt ist aus der Herstellung von Sicherheitsglas bekannt. Üblicherweise werden dazu die schon beschichteten Gläser in einem sogenannten Temperprozess bis über ihren Erweichungspunkt stark erhitzt, typischerweise bis 680- 720 °C, und dann schnell abgekühlt und so thermisch
vorgespannt. Da dies aber zusätzliche Kosten bedeutet, werden in der Regel nur die Scheiben zu Sicherheitsglas verarbeitet, für deren Einsatz dies vorgeschrieben ist. Ein Großteil der Scheiben verbleibt diesbezüglich unbehandelt. Bei diesem Wärmebehandlungsprozess verändern sich durch temperaturbedingte Diffusionsvorgänge und chemische
Reaktionen allerdings auch die optischen Eigenschaften des Mehrlagenschichtsystems , wie z.B. die Reflexionsfarbe oder die Transmission, insbesondere im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Diese Änderungen sind jedoch nachteilig, da unbehandelte und behandelte Scheiben aus Kostengründen nebeneinander verbaut werden, wobei optische Unterschiede höchst störend sind. Nach dem Stand der Technik wird deshalb versucht, die low-e Schichtsysteme derart zu gestalten, dass die Änderungen der optischen und thermischen Schichteigenschaften infolge der Wärmebehandlung des
beschichteten Substrats minimal bleiben, zumindest in einem solchen Bereich, dass visuell kein Unterschied feststellbar ist .
Im Weiteren sind diese thermisch vorgespannten Substrate nicht mehr konfektionierbar. Das bedeutet, dass sie nicht mehr, wie das für Glas üblich ist, mittels Anritzen und Brechen in Form gebracht oder anderweitig mechanisch
bearbeiten werden können. Ferner können mikroskopische
Defekte wie Mikrorisse bei derart behandelten Scheiben zum spontanen Zerspringen führen. Um dieser Gefahr vorzubeugen, müssen sie für spezielle Anwendungen einem Heat-Soak-Test , d.h. einem Heißlagerungstest für Einscheibensicherheitsglas, unterzogen werden.
Um die Konfektionierbarkeit des Glases zu gewährleisten, gibt es Bestrebungen, in einem RTP nur die Funktionsschicht, d.h. die low-e Schicht, allein zu erwärmen, ohne das
Substrat zu verändern. Mit dem Begriff „RTP" („rapid thermal processing") ist eine schnelle thermische Behandlung
gemeint. Bisher sind hierzu Versuche mit Laser bekannt, beispielsweise aus der Druckschrift WO 2010/142926 AI, welche im nahen Infrarotbereich, nachstehend IR-Bereich genannt, arbeiten. Außer im ferneren IR-Bereich absorbieren die low-e Schichten auch im UV-Bereich ausreichend gut. Für beide Absorptionsbereiche des low-e Schichtsystems ist der Einsatz von Linienlasern aus Halbleiterdioden für das Kurz- zeittempern allerdings sehr kostenintensiv, was nachteilig ist .
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein
effizientes Verfahren zur Herstellung, insbesondere zur Temperung, eines niedrigemittierenden Schichtsystems auf zumindest einer Seite des Substrats zu schaffen, mit dem die optischen und thermischen Eigenschaften des niedrigemittierenden Schichtsystems ohne kostenaufwendige
Wärmebehandlung des gesamten Substrats und unter
Beibehaltung dessen Konfektionierbarkeit verbessert werden. Dabei soll das Verfahren kostengünstig sein und der
Durchsatz erhöht werden. Weiterhin soll eine für die
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestal- tungen der Erfindung gehen aus den zugehörigen Unteransprüchen hervor.
Nach Maßgabe der Erfindung wird im Anschluss an die Abschei- dung zumindest eines niedrigemittierenden Schichtsystems auf zumindest einer Seite des Substrats zumindest eine
transparente metallische IR-Reflexionsschicht eines
niedrigemittierenden Schichtsystems, hier als
niedrigemittierende Schicht bezeichnet, unter Vermeidung einer sofortigen Aufheizung des Substrats in einem
Kurzzeittemperschritt mittels elektromagnetischer Strahlung kurzzeitig erwärmt. Dabei erfolgt die elektromagnetische
Strahlung bei einer Emissionswellenlänge, bei der sie durch die abgeschiedene niedrigemittierende Schicht zumindest teilweise absorbiert und in Wärme umgewandelt wird. Dabei wird die Emissionswellenlänge der elektromagnetischen Strahlung im Kurzzeittemperschritt bevorzugt an das Material der niedrigemittierenden Schicht derart eingestellt bzw. angepasst, dass die Emissionswellenlänge der
elektromagnetischen Strahlung in ihrem Absorptionsbereich realisiert wird.
Durch die Absorption der elektromagnetischen Strahlung wird die niedrigemittierende Beschichtung auf eine bestimmte Temperatur getempert und somit derart umstrukturiert, dass sich ihre Eigenschaften, insbesondere die thermischen, elektrischen bzw. optischen Eigenschaften, verändern, wobei sich beispielsweise im Vergleich zu der niedrigemittierenden Schicht vor dem Kurzzeittempern ihr Flächenwiderstand verringert und sich gegebenenfalls auch ihre Transmission im sichtbaren bzw. die Reflektion im Infraroten erhöht. Bevorzugt wird die elektromagnetische Strahlung zum Kurz¬ zeittempern derart eingestellt, dass die durch elektro¬ magnetische Strahlung getemperte, niedrigemittierende
Schicht vergleichbare bzw. gleiche Schichteigenschaften, insbesondere optische und/oder thermische Schichteigen- schaffen aufweist, wie die niedrigemittierende konventionell getemperte Schicht eines Sicherheitsglases. Mit der
Formulierung „die niedrigemittierende, konventionell
getemperte Schicht eines Sicherheitsglases" ist eine
Temperung im Verarbeitungsprozess eines Glases zum Sicher- heitsglas gemeint. Dabei hat sich gezeigt, dass es bei einer nach der Abscheidung erfolgten thermischen Behandlung der auf dem Substrat abgeschiedenen low-e Schicht mittels der an die Materialeigenschaften der low-e Schicht angepassten elektromagnetischen Strahlung zu einer deutlichen Verrin- gerung des Flächenwiderstandes der Beschichtung und einer damit korrelierenden Abnahme der Emissivität, d.h. der
Wärmeabstrahlung bis zu 30% kommt. Auch die optischen
Eigenschaften, wie Reflexionsfarben und Transmission, ändern sich in der Art, wie es auch bei einer konventionellen
Temperaturbehandlung der Fall wäre. Der große Vorteil besteht auch darin, dass aufgrund der geringen Wärme¬ kapazität der niedrigemittierenden Beschichtung keine extra Abkühlung des beschichteten Substrats nötig wird und das Substrat bei dem Temperschritt nicht zu Sicherheitsglas verarbeitet wird. Damit kann nicht nur auf eine energie¬ intensive Erwärmung des Substrats in einem Ofen oder auf eine kontrollierte Abkühlung mittels einer anschließenden Kühlstrecke verzichtet werden, sondern das Substrat bleibt während des RTP auf Raumtemperatur und kann dadurch sofort weiter verarbeitet werden. Insgesamt ermöglicht das RTP einen wesentlich höheren Durchsatz, da der Prozess deutlich weniger als eine Sekunde lang andauert. Außerdem kann auf hochpreisige Anlagenkomponenten, wie z.B. Keramikrollen zum Transport heißer Glasscheiben in einem Ofen, verzichtet werden.
Gemäß der Erfindung erfolgt nun die elektromagnetische Bestrahlung der low-e Schicht durch eine Blitzlampenanordnung, die mindestens eine, bevorzugt mehrere Blitz¬ lampen aufweist, durch mindestens einen Blitzimpuls.
Vorteilhaft wird als Blitzlampe eine Xenon-Blitzlampe verwendet. Xenon Blitzlampen geben ein vielseitiges Breit¬ bandspektrum ab, mit technisch nutzbaren Wellenlängen von typischerweise 160 nm - 1000 nm. Das Edelgas Xenon
produziert das gewünschte Spektrum ohne schädliche Zusätze wie Quecksilber, was das Verfahren auch zu einer umweltfreundlichen Lösung macht. Die untere Grenze der Licht¬ emission von 160nm ist durch das verwendete Quarzglas der Blitzlampen limitiert. Andere Glassorten wie Lithiumfluorid erlauben auch Emissionswellenlängen unterhalb 160nm, wobei von einer Verwendung dieses Materials aus Kostengründen abgesehen wird. Oberhalb von lOOOnm ist die Intensität des emittierten Licht vernachlässigbar klein bezüglich einer technischen Nutzung.
Der Vorteil des Einsatzes einer Blitzlampe besteht in den relativ geringen Kosten und der Möglichkeit der Anpassung des Betriebs mittels Einstellung der Stromdichte an Schicht¬ system. Durch den Betrieb der Blitzlampen mit hohen Stromdichten wird auch ein beträchtlicher UV-Anteil generiert.
Bevorzugt erfolgt die Bestrahlung der beschichteten Schicht von der Seite des Schichtsystems, um eine Absorption der elektromagnetischen Strahlung zum Kurzzeittempern,
insbesondere im UV-Bereich, durch das Substrat und damit eine Erwärmung des Substrats zu vermeiden. Das ergibt ein Substrat, das verarbeitbar und konventionell konfektio- nierbar ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die niedrigemittierende Schicht im Temperschritt bei einer
Emissionswellenlänge der elektromagnetischen Strahlung im Bereich von 160 nm bis 1000 nm, vorteilhaft bei einer
Emissionswellenlänge der elektromagnetischen Strahlung im
Bereich von 200 nm bis 500 nm und/oder im Bereich von 500 nm bis 950 nm, thermisch behandelt. Dabei erfolgt das Tempern der niedrigemittierenden Schicht bevorzugt im Bereich der Emissionswellenlänge der elektromagnetischen Strahlung von 200 nm bis 400 nm und/oder 650 nm bis 850 nm und/oder 160 nm bis 200 nm. Die Strahlung von Blitzlampen umfasst auch
Emissionswellenlängen bis hinunter zu 160 nm.
Diese Emissionswellenlängenbereiche der elektromagnetischen Strahlung umfassen die Bereiche der Absorptionsmaxima der niedrigemittierenden Schicht, die im Bereich von ca. 200 nm bis 400 nm und von 650 bis 850 nm liegen. Die thermische Behandlung der beschichteten, niedrigemittierenden Schicht durch Bestrahlung mit Licht in diesen Wellenlängenbereichen ermöglicht eine Verringerung der Emissivität bzw. des
Flächenwiderstands im Vergleich zu der niedrigemittierenden Schicht vor dem Kurzzeittemperschritt . Dabei ist der Bereich von 200 nm bis kleiner als 400 nm von Vorteil, da in diesem Bereich die low-e Schicht um bis zu dem Faktor zwei
wesentlich mehr Strahlung absorbiert als in dem Bereich von 650 nm bis 850 nm. Dadurch kann eine Aktivierung mit
geringeren Leistungsdichten erreicht werden. Ebenfalls ist der Bereich von 200 nm bis kleiner als 400 nm technologisch besser umsetzbar. Vorzugsweise wird die elektromagnetische Strahlung zum
Temperschritt derart eingestellt, dass die abgeschiedene Schicht einen vorgebbaren Energieeintrag im Bestrahlungs- bereich erhalten bzw. absorbieren wird. Durch den vorgebbaren Energieeintrag wird eine vorgebbare Endtemperatur der niedrigemittierenden Schicht im Bestrahlungsbereich
erreicht. Dabei entspricht die Endtemperatur der Temperatur der abgeschiedenen Schicht, die zur Ausheilung der Strukturdefekte, die entweder aufgrund der Schwankungen in den
Beschichtungsbedingungen und/oder in der für die Herstellung stabiler Schichten unzureichenden Temperatur entstanden sind, führt und keine Beschädigung der abgeschiedenen
Schicht verursacht. Die Einstellung des Energieeintrags erfolgt daher unter Berücksichtigung der jeweils höchstmöglichen Schichttemperatur, d.h. Maximaltemperatur der abgeschiedenen Schichten, sowie in Abhängigkeit von der
Dicke der thermisch zu behandelnden Schichten. Damit ist im Ergebnis eine vorgegebene Kristallstruktur und Morphologie der abgeschiedenen low-e Schicht möglich.
Die Einstellung des Energieeintrags der Bestrahlung erfolgt bevorzugt sowohl unter Berücksichtigung der Parameter der elektromagnetischen Strahlung, als auch der Temperatur der abgeschiedenen Schicht bzw . aus der Temperatur der
abgeschiedenen Schicht bzw . des abgeschiedenen Schichtsystems und des Substrats . Zu diesem Zweck ist in einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass unmittelbar vor dem Kurzzeittemperschritt eine Temperaturmessung der low-e Schicht bzw. der low-e Schicht und des Substrats erfolgt. Aufgrund der gemessenen Temperatur wird der Wert des Energieeintrags für die thermische Nachbehand- lung ermittelt und so angepasst, dass eine vorgebbare Endtemperatur für den Kurzzeittemperschritt erhalten wird. Der Energieeintrag wird dabei so gewählt und mit der jeweils höchstmöglichen Schichttemperatur, d.h. Maximaltemperatur der Schichten, abgestimmt, dass der Kurzzeittemperschritt keine Beschädigung der abgeschiedenen Schicht verursacht, sondern vorgebbare bzw. optimale Schichteigenschaften erreicht. Das heißt, der Energieeintrag ist so eingestellt, dass er die höchstmögliche Schichttemperatur der abgeschie¬ denen Schicht nicht überschreitet. Dies ist insbesondere wichtig bei einer Bestrahlung von einer Emissionswellenlänge der Strahlung im oder nah zum UV-Bereich. In diesem Wellenlängenbereich wird die Strahlung auch durch das Substrat, beispielsweise aus Glas, gut absorbiert, was eine Erwärmung des Substrats zur Folge haben kann. Durch die Berücksich- tigung der Temperatur des Substrats und der Wellenlänge der Strahlung bei der Einstellung des Energieeintrags der Strahlung kann die Erwärmung des Substrats bei Einstellung der Schichteigenschaften der abgeschiedenen Schicht minimiert werden. Die derart im Kurzzeittemperschritt behandelten low-e Schichten bieten den Vorteil einer erhöhten Reflexion im infraroten Bereich des Lichts und somit eine verringerte Emissivität .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird aus dem ermittelten Energieeintrag ein Prozessparameter, wie zum Beispiel die Energiedichte, d.h. Leistung, Einwirkfläche und Zeitdauer der elektromagnetischen Strahlung, zur Steuerung des Kurzzeittemperschritts bestimmt. Das bedeutet, dass durch die Anpassung der elektromagnetischen Strahlung im Kurzzeittemperschritt, insbesondere durch die Anpassung der Blitzimpulse in Bezug auf ihre Pulsform, -Zeitdauer,
-anzahl, Wellenlänge bzw. Stromdichte, die Energiedichte, und somit die optimale Schichtoptimierung von low-e Schicht¬ systemen, vorgenommen werden kann. Vorteilhaft weisen die Blitzimpulse eine Dauer von 0,05 ms bis 20 ms und eine
Pulsenergiedichte im Bereich von 1 J/cm2 bis 10 J/cm2 auf. Es ist vorteilhaft, dass die Pulsintensität, die Pulswieder¬ holfrequenz, die Pulsform und die Pulsdauer aufeinander folgender Blitzpulse in Abhängigkeit von der Dicke der thermisch zu behandelnden Schichten und unter Berücksich- tigung der Wärmeleitung des Substrats variiert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Blitzlampe bei einer Stromdichte größer als 4000A/cm2 betrieben ohne die beschriebenen Energiedichten der
Lichtemission zu verändern im Vergleich zu geringeren Strom- dichten. Dies kann entweder durch geringere Lampendurchmesser oder durch kürzere Blitzzeiten bewerkstelligt werden. Bei Stromdichten von über 4000 A/cm2 kann ein ausgeprägter UV-Anteil generiert werden, da sich das Maximum des
Emissionsspektrums der Blitzlampe mit steigender Stromdichte zu kürzeren Wellenlängen verschiebt. Da bei der Größenordnung der Stromdichte eine Lebenserwartung von Blitzlampen ca. 106 - 10 Blitze beträgt, kann eine große Anzahl von Substraten bis zu einem Lampenwechsel getempert werden.
Hochleistungsblitzlampen werden beispielsweise mit 500Hz betrieben werden, so dass der Durchsatz in Produktionsanlagen nicht durch das RTP beschränkt ist, sondern eher durch die maximale Transportgeschwindigkeit von Substraten bzw. die Beschichtung der Substrate.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält zumindest eine low-e Schicht Silber oder besteht daraus. Dünne Silberfilme in einer benetzten Konfiguration sind im solaren und/oder sichtbaren Spektralbereich transparent und gleichzeitig im infraroten Wellenlängenbereich hochreflektierend. Im Herstellungsverfahren lassen sich herkömmlicherweise dünne Silberschichten meist nicht ideal konform abscheiden und neigen zur Entnetzung. Dies
resultiert in einer korrugierten, nicht ideal gleichmäßigen Schichtdickenverteilung, was für wärmedämmende Beschich- tungen sehr nachteilig ist. Durch die nachträgliche
thermische Behandlung der Schicht im Kurzzeittemperschritt mittels elektromagnetischer Strahlung erfolgt aufgrund der durch die Temperaturerhöhung verursachten Diffusionsprozesse eine ganzflächige Benetzung und somit Glättung der Silberschichten . Es ist allerdings denkbar, dass die niedrigemittierende Schicht andere Materialien aufweist oder aus solchen
besteht, soweit diese einen für low-e Schichtsysteme als akzeptabel erachteten, geringen thermischen Emissionsgrad im Infrarotbereich bei einem hohen Transmissionsgrad im
sichtbaren Spektrum aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Substrat aus Glas als dem hauptsächlich angewendeten Substrat von low-e Schichtsystemen. Die hohe Absorption im IR-Bereich verliert aufgrund der Prozessführung als
Kurzzeittempern mit Begrenzung und gegebenenfalls mit
Überwachung der Schicht- und damit Substrattemperatur an Bedeutung .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren im Schritt des Ausbildens zumindest einer niedrigemittierenden Schicht mehrere Schichten zur Bildung eines niedrigemittierenden Schichtsystems. Dabei können die Schichten mittels elektromagnetischer Strahlung im Kurzzeittemperschritt der niedrigemittierenden Schicht oder/und in einem weiteren Kurzzeittemperschritt thermisch behandelt werden. Vorzugsweise umfasst das niedrig¬ emittierende Schichtsystem mindestens zwei dielektrische Schichten. Bevorzugt wird eine low-e Silberschicht zwischen zumindest zwei dielektrischen Schichten angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt sowohl die Beschichtung als auch der Kurzzeittemperschritt der abgeschiedenen low-e Schicht mittels elektromagnetischer Strahlung in einer inline Vakuumbeschichtungsanlage . In Bezug auf die vorliegenden Erfindung meint eine „inline- Prozessführung" einen körperlichen Transport des Substrates von einer Beschichtungsstation zur weiteren Bearbeitungsstation, um Schichten aufbringen und behandeln zu können, wobei das Substrat während des Beschichtungsvorgangs
und/oder der Blitzlampenbestrahlung auch weitertransportiert wird. Dabei wird das Substrat bevorzugt mit einer derartigen Transportgeschwindigkeit bewegt, dass es sich nicht zu sehr erwärmt. Das Verfahren kann in Durchlaufanlagen mit kontinuierlich transportierendem Substratband, entweder ein Endlos- Substrat und eine Rolle-zu-Rolle Beschichtung oder eine quasi-kontinuierliche Abfolge von synchron bewegten, aufein¬ ander folgenden flächigen Stückgutsubstraten, betrieben werden .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt der Kurzzeittemperschritt in-situ nach der Schichtab- scheidung des Substrats in derselben Behandlungskammer.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird nach der thermischen Behandlung der low-e Schicht eine weitere Schichtabscheidung vorgenommen. Vorzugsweise wird nach der oder jeder weiteren low-e Schichtabscheidung eine weitere thermische Nachbehandlung vorgenommen. Dabei wird der Energieeintrag bei der thermischen Nachbehandlung so angepasst, dass eine vorgebbare Endtemperatur der zu
behandelnden low-e Schicht erhalten wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit im Vergleich zu konventionellen Konvektionsöfen energieeffizienter und mit weniger Bruchverlusten verbunden. Die mit dem Verfahren erreichte Farbverschiebung des niedrigemittierenden Schichtsystems ist kongruent zu den Werten, welche für konventi¬ onelles Tempern beobachtet werden, was optische Unterschiede egalisiert und die parallele Montage beider Scheiben
ermöglicht . Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird vorrich- tungsgemäß auch durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den
zugehörigen Unteransprüchen hervor. Nach Maßgabe der Erfindung umfasst die Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Blitzlampenanordnung zum Kurzzeittempern des low-e Schichtsystems. Dabei weist die Blitzlampenanordnung zumindest eine Blitzlampe, bevorzugt eine Xenonlampe, auf. Mit Blitzlampen können kostengünstig Anlagen zum RTP von großen Flächen bei hohem Durchsatz, z. B. größer als 40m2/min, gebaut werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Blitzlampenanordnung eine Strahlformungseinrichtung, beispielsweise eine Blende bzw. ein Spiegelsystem, zur
Erzeugung einer linienförmigen Intensitätsverteilung der elektromagnetischen Strahlung, die vorteilhaft senkrecht zur Transportrichtung des Substrats verläuft. Dabei entspricht die Länge der linienförmigen Intensitätsverteilung der elektromagnetischen Strahlung zum Kurzzeittempern zumindest der Breite der auf dem Substrat abgeschiedenen Schicht in Richtung der Längserstreckung der linienförmigen Intensitätsverteilung der elektromagnetischen Strahlung. Dadurch werden Bereiche des niedrigemittierenden Schichtsystems in Längserstreckung der linienförmigen Intensitätsverteilung gleichzeitig kurzzeitig bestrahlt und abgekühlt, was zu einer homogenen Strukturierung der low-e Beschichtung in dem bestrahlten Bereich führt.
Die Erfindung soll nachfolgend am Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig.l: eine schematische Darstellung des Anlagesystems zur kombinierten Beschichtung und nachfolgenden thermischen Behandlung mittels einer Blitzlampenanordnung;
Transmissions- (Trans) und Reflektionsspektren (Refl) , gemessen von der Glas- bzw. Schichtseite, jeweils vor (unbehandelt) und nach der thermischen Behandlung der low-e Schicht mittels der Blitzlampenanordnung. Die im Folgenden detailliert beschriebenen konkreten
Prozessschritte und Apparaturen sind nur als illustrative Beispiele zu verstehen. Die Erfindung ist daher nicht auf die hier genannten Prozessparameter, Apparaturen und
Materialien beschränkt.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Anlagesystems 1 zur kombinierten Beschichtung und nachfolgenden thermischen Behandlung mittels einer Blitzlampenanordnung. Sie besteht aus einer längserstreckten Vakuumanlage 1 mit einem
Substrattransportsystem 11, mittels dessen die großflächigen Substrate 10 in einer Transportrichtung unter verschiedenen Bearbeitungsstationen, u.a. Beschichtungsmodule 30, hindurch bewegt werden. In einem Beschichtungsmodul 30 wird auf das Substrat 10 ein low-e Schichtsystem 20 aufgebracht, das zumindest eine low-e Schicht aufweist. Es sind auch mehrere low-e Schichten denkbar.
Nach der erfolgten Beschichtung wird das mit dem Schichtsystem 20 versehene Substrat 10 in eine Position zur Behand- lung mit der Blitzlampenanordnung 50 gebracht. Die Blitzlampenanordnung weist hierbei mehrere Blitzlampen 53, insbesondere Xenonlampen, auf. Die Blitzlampenanordnung 50 besteht aus einem Spiegelsystem 52, das durch eine geeignete Anordnung und Geometrie das Licht der Blitzlampen homogen auf das mit dem low-e Schichtsystem 20 versehene Substrat 10 von der Schichtseite projiziert. Eine Quarzglasscheibe 51 trennt die Blitzlampenanordnung 50 von der eigentlichen Vakuumprozesskammer . Nach der erfolgten thermischen
Behandlung kann das abgeschiedene Substrat 10 anschließend zu einer weiteren BearbeitungsStation 31 transportiert oder die thermische Behandlung wiederholt werden . Optional weist die Anlage 1 eine Regelung 41 des Energie¬ eintrags der Temperung des low-e SchichtSystems auf . Die Regelgröße entspricht dabei einem Energieeintrag, der notwendig ist, um eine vorgebbare Endtemperatur des low-e SchichtSystems im nachfolgenden Schritt der thermischen Behandlung zu erhalten . Dabei muss die Endtemperatur des abgeschiedenen SchichtSystems 20 innerhalb bestimmter
Grenzen erreicht werden, indem eine Einstellung und somit die Verbesserung ihrer Schichteigenschaften, wie zum
Beispiel Transmission, Reflektion und Widerstand, erfolgt, und nicht eine Zerstörung der Struktur, wie Versprödung, verursacht aufgrund der Überschreitung der Maximaltemperatur der abgeschiedenen Schicht .
Diesbezüglich kann die Einstellung des Energieeintrags der Bestrahlung sowohl unter Berücksichtigung der Parameter der elektromagnetischen Strahlung der Blitzlampenvorrichtung, wie ihre Wellenlänge, Energiedichte, Einwirkfläche, als auch der Temperatur der abgeschiedenen Schicht bzw . aus der
Temperatur der abgeschiedenen Schicht bzw . des abgeschiedenen SchichtSystems und des Substrats erfolgen . Zu diesem Zweck ist eine Anordnung der Temperaturmessmittel 40 in der Anlage 1 und eine Temperaturmessung vor dem Kurzzeit- temperschritt denkbar .
Der ermittelte Wert des Energieeintrags wird über die
Steuereinrichtung 41 an die Blitzlampenvorrichtung 50 übermittelt und dient als Regelgröße zur Bestimmung der Parameter des Kurzzeittemperschritts und zur Durchführung des nachfolgenden Kurzzeittemperschritts . Das bedeutet, dass die Parameter des Kurzzeittemperschritts , wie Wellenlänge, Dauer, Art und Weise der elektromagnetischen Strahlung, so angepasst werden, dass das zu behandelnde SchichtSystem den ermittelten Energieeintrag erhält und dadurch die low-e Schicht die vorgebbare Endtemperatur erreicht . Ausführungsbeispiel :
Ein Glassubstrat mit den Abmessungen 10x10 cm wird in eine Vakuumkammer eingeschleust und mit einem temperbaren double low-e (DLE) SchichtStapel beschichtet, welcher eine Silber¬ schicht zwischen zwei dielektrischen Deckschichten aufweist. Die Probe stellt ein kommerziell erhältliches Schichtsystem dar. Zur Verbesserung der optischen Eigenschaften der low-e Schichtstapel wird er mit einer Xenonlampenvorrichtung und einer Energiedichte der Bestrahlung von 2 J/cm2 bestrahlt . Der Flächenwiderstand des low-e Schichtstapels vor und nach der Bestrahlung wird mit einem Wirbelstrommessgerät
bestimmt, da die Silberschicht durch die dielektrischen Deckschichten nicht direkt kontaktiert werden kann. Die Bestrahlung des low-e Schichtstapels resultiert in einer Verringerung des Flächenwiderstands der low-e Schicht von 6 Ohm Square (siehe Reflektionsspektrum in der Fig. 2) auf 3 Ohm Square. Die Verringerung des Flächenwiderstands weist auf eine Verdichtung und Homogenisierung der Silberschicht hin, was das charakteristische Merkmal der zu erwartenden Verbesserung der Emissivität darstellt.
In Fig. 2 sind die jeweiligen Transmissions- und Reflek- tionsspektren der Probe dargestellt. Dabei entspricht die Formulierung „Trans" dem Transmissionsspektrum der Probe vor (unbehandelt) und nach der Bestrahlung, und die Formulierung „Refl" dem Reflektionsspektrum gemessen von der Schichtseite vor (unbehandelt) und nach der Bestrahlung. Der Vergleich der gegebenen Spektren ergibt für die thermisch behandelte Probe eine deutliche Zunahme der Transmission im visuellen spektralen Bereich sowie eine vorteilhafte höhere Reflektion im infraroten Wellenlängenbereich. Bezugszeichenliste
Beschichtungsanlagesystem
Substrat
TransportSystem
Beschichtung/Schicht
Beschichtungsmodul /BeschichtungsStation
Bearbeitungsmodul/BearbeitungsStation
Mittel zur Temperaturmessung
Blitzlampenanordnung
Quarzglasscheibe
Spiegelsystem
Blitzlampe

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines niedrigemittierenden Schichtsystems, umfassend die Schritte des Ausbildens zumindest einer transparenten metallischen IR- Reflexionsschicht , nachfolgend als niedrigemittierende
Schicht bezeichnet, auf mindestens einer Seite des Substrats mittels Abscheidung und nachfolgendes Kurzzeittempern mindestens einer abgeschiedenen Schicht mittels elektromag¬ netischer Strahlung unter Vermeidung einer sofortigen
Aufheizung des Substrats, dadurch gekennzeichnet, d a s s zumindest eine niedrigemittierende Schicht
kurzzeitgetempert wird, wobei die elektromagnetische
Strahlung durch eine Blitzlampenanordnung, welche zumindest eine Blitzlampe, vorzugsweise mehrere Blitzlampen, aufweist, durch mindestens einen Blitzimpuls erfolgt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass als Blitzlampe eine
Xenonblitzlampe verwendet wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Blitzlampe bei einer
Stromdichte größer als 4000A/cm2 betrieben wird.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Blitzpulse im Bereich zwischen 0,05 bis 20 ms eingestellt wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die
elektromagnetische Strahlung zum Kurzzeittempern derart eingestellt wird, dass die niedrigemittierende Schicht im Bestrahlungsbereich einen vorgebbaren Energieeintrag erhält.
6. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine niedrigemittierende Schicht Silber aufweist oder aus einer solchen besteht.
7. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es im Schritt des Ausbildens zumindest einer niedrigemittierenden Schicht mehrere Schichten zur Bildung eines niedrigemittierenden Schichtsystems umfasst.
8. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das
niedrigemittierende Schichtsystem mindestens zwei
dielektrische Schichten aufweist.
9. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es in einer Inline- Vakuumbeschichtungsanlage erfolgt .
10. Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Blitzlampenanordnung zum Kurzzeittempern zumindest einer transparenten
metallischen IR-Reflexionsschicht eines niedrigemittierenden Schichtsystems, nachfolgend als niedrigemittierende Schicht bezeichnet, umfasst.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Blitzlampenanordnung zumindest eine Blitzlampe, bevorzugt eine Xenonlampe, aufweist .
12. Vorrichtung nach Ansprüchen 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Blitzlampenanordnung eine Strahlformungseinrichtung zur Erzeugung einer linienförmigen Intensitätsverteilung der elektromagnetischen Strahlung aufweist .
13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Mittel zur Steuerung des Energieeintrags der Blitzlampenanordnung aufweist .
14. Niedrigemittierende Beschichtung hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
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