FI74697B - Foerfarande foer belaeggning av ett genomskinligt substrat. - Google Patents

Description

74697

Menetelmä läpinäkyvän substraatin pinnoittamiseksi -Förfarande för beläggning av ett genomskinligt substrat

Keksintö koskee lajimääritelmän mukaisesti menetelmää läpinäkyvän substraatin pinnoittamiseksi monikerroksisella optisella suodattimena, jossa on ainakin yksi hopeakerros ja yksi jälkeenpäin aikaansaatu, ulkopinnalla oleva heijastuksen poistava tinaoksidikerros, jolloin heijastuksen poistava kerros aikaansaadaan magnetronikatodisputteroimalla käyttäen määrättyä heijastuksen poistavan kerroksen hapen osapainetta ja määrättyä pinnoitusnopeutta. Hopeakerros tai hopeakerrokset voidaan tuottaa eri menetelmillä, käytännössä edullisesti magnetronikatodisputteroimisella. Heijastuksen poistava kerros tuotetaan edullisesti reaktiivisella magnet-ronikatodisputteroimisella. Menetelmä toteutetaan useimmiten, mutta ei välttämättä, yhtäjaksoisesti käyttäen läpikul-kusulkulaitosta. Substraatti voi olla lasi- tai muovilevy. Suuri valonläpäisevyys ja infrapunasäteiden korkea heijastus ovat ominaisia ohuille hopeakerroksille, joita näiden ominaisuuksien vuoksi käytetään moniin tarkoituksiin, esim. parantamaan ikkunalasien lämpöeristystä. Näitä hopeakerrosten selektiivisiä ominaisuuksia voidaan vielä parantaa järjestämällä hopeakerroksen substraattiin nähden vastakkaiselle puolelle näkyvälle alueelle sovitettu heijastuksen poistava kerros dielektrisestä materiaalista, jonka valontaittoker-roin on suurempi kuin 1,7. Muissa sellaisten suodattimien suoritusmuodoissa on läpinäkyvän substraatin ja hopeakerroksen välissä toinen dielektrinen kerros, joka toimii tar-tuntakerroksena ja joka muodostaessaan neljännesaaltopituus-kerroksen vaikuttaa vielä lisäksi heijastusta poistavasti. Siksi lajimääritelmän mukaisten toimenpiteiden puitteisiin kuuluu, että substraatin ja hopeakerroksen väliin järjestetään yksi tai useampia metallioksidikerroksia. Heijastuksen poistavaan kerrokseen voidaan vielä lisätä yksi tai useampia peittäviä heijastuskerroksia. Lisäksi lajimääritelmän mukaisten toimenpiteiden puitteisiin kuuluu, että läpinäkyvän 2 74697 substraatin ja hopeakerroksen sekä metallioksidikerrosten ja hopeakerroksen väliin järjestetään tarttuvuuden parantamiseksi esim. kromi-, nikkeli-, titaani- tai kromi-nikkeliseosmetalli- tai metalliseoskerroksia. Tunnetusti hyvin ohuet, vain muutaman atomikerroksen vahvuiset kerrokset riittävät tähän tarkoitukseen (s. DE-OS 21 44 242). Magnet-ronisputteroinnissa (US-Pat. 40 13 532) on kysymys tyhjömene-telmästä, jolla saadaan aikaan korkeita kerrostuma-asteita. Mainitulla menetelmällä voidaan tuottaa erityisen taloudellisesti hopeakerrokseen verrattuna suhteellisen paksuja heijastuksen poistavia kerroksia. Tällöin heijastuksen poistavan kerroksen, etenkin kun on kysymys tinaoksidikerroksesta, tuottamiseksi käytetään reaktiivista magnetronisputterointi-menetelmää. Happea sisältävässä kaasukehässä sputteroidaan metalli- vast, metalliseosantikatodeja (engl. "targets"), jolloin substraatin pinnalle muodostuu reaktiivisen prosessin tuloksena metallioksidi- tai metalliseosoksidikerros, joka toimii dielektrisenä heijastuksen poistavana kerroksena. Terminologian yksinkertaistamiseksi tekstissä käytetään joitakin lyhennyksiä, jotka on määritelty. Esim. heijastuksen poistavan kerroksen hapen osapaineesta käytetään lyhennystä E-osapaine ja heijastuksen poistavan kerroksen pinnoitusnopeu-desta E-pinnoitusnopeutta.

Käytettäessä (käytännöstä) tunnettua lajimääritelmän mukaista menetelmää on todettu, että hopeakerroksen infrapuna-heijastusominaisuudet huononevat tuotettaessa heijastuksen poistava kerros hopeakerrokselle reaktiivisessa happeasisäl-tävässä plasmassa. Niinpä tinaoksidikerroksen tuottaminen vähentää hopeakerrosten infrapunaheijastusta 90 %:sta 10 % -40 %:iin. Infrapunaheijastuksen vähenemistä voidaan tosin kompensoida ainakin osittain muodostamalla hopeakerros alunalkaen jonkin verran paksummaksi. Tämä heikentää kuitenkin näkyvän spektrialueen läpäisevyyttä, mikä myös huonontaa sellaisen suodattimen tehokkuutta. Heijastuksen poistavan kerroksen pinnoiteprosessin aikana tapahtuvien hopeakerrok- 3 74697 sen muutosten syitä ei tunneta.

Keksinnön tavoitteena on suorittaa lajimääritelmän mukainen menetelmä niin, että hopeakerroksen infrapunaheijastus-ominaisuudet eivät huonone silloinkaan kun heijastuksen poistava kerros tuotetaan käyttämällä reaktiivista magnetro-nikatodisputterointimenetelmää.

Tämän tehtävän ratkaisuksi keksintö esittää, että hopea-kerrokselle tuotetaan ensin magnetronikatodisputteroimalla heijastuksen poistavaa kerrosta ohuempi metallioksidinen suojakerros, nimittäin käyttäen E-osapainetta alhaisempaa suoja-kerroksen hapen osapainetta (S-osapainetta) ja E-pinnoitusno-peutta pienempää suojakerroksen pinnoitusnopeutta (S-pinnoi-tusnopeutta) ja että hopeakerrokselle tuotetaan tämän jälkeen heijastuksen poistava kerros. Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan metallioksidinen suojakerros tuotetaan reaktiivisella magnetronikatodisputterointi-menetelmällä. Metallioksidinen suojakerros tuotetaan tällöin tinaa, indiumia, tinalla seostettua indiumia, lyijyä, sinkkiä, titaania tai tantaa-lia olevilla antikatodeilla (engl. targets), jolloin suoja-kerros koostuu tinaoksidista, indiumoksidista, tinaoksidilla seostetusta indiumoksidista, lyijyoksidista, sinkkioksidista, titaanioksidista tai tantaalioksidista. Keksinnön toinen suoritusmuoto on tunnettu siitä, että suojakerros tuotetaan magnetronikatodisputterointimenetelmällä metallioksidisten antikatodien avulla, edullisesti jotakin aineista tinaoksidi, indiumoksidi, tinaoksidilla seostetulla indiumoksidi, lyijy-oksidi, sinkkioksidi, titaanioksidi tai tantaalioksidi.

Keksinnön puitteissa käytetään heijastuksen poistavan kerroksen aikaansaamiseksi kerrospaksuuksia, jotka ovat tavanomaisia päällystettäessä substraatteja edelläkuvatun rakenteen mukaisilla optisilla suodattimilla. Suojakerroksen vahvuus ja S-osapaine sekä S-pinnoitusnopeus vaihtelevat huomattavasti. Niiden ohjearvo on tunnettu siitä, että suojakerros tuotetaan käyttäen S-osapainetta ja S-pinnoitus-nopeutta, jotka ovat ainakin noin kertoimen 0,5 verran pie- 4 74697 nemmät kuin E-osapaine ja E-pinnoitusnopeus . Yksityiskohtaisesti keksintö esittää, että 5 nm - 30 nm:n vahvuiselle hopeakerrokselle sputteroidaan 2 nm - 10 nm:n vahvuinen suojakerros ja tälle suojakerrokselle heijastuksen poistava, 25 nm - 60 nm:n vahvuinen tinaoksidikerros. Tässä yhteydessä keksinnön-mukainen edullinen suoritusmuoto on tunnettu siitä, että suojakerros tuotetaan S-osapaineella, joka on pienempi tai yhtä suuri kuin 3xl0-4 mbar sekä käyttäen S-pin-noitusnopeutta, joka on pienempi tai yhtä suuri kuin 0,8 nm/sek, heijastuksen poistava kerros E-osapaineella, joka on suurempi tai yhtä suuri kuin 7xl0“4 mbar käyttäen E-pinnoi-tusnopeutta, joka on suurempi tai yhtä suuri kuin 2 nm/sek, edullisesti 3,5 nm - 4 nm/sek.

Keksintö perustuu siihen tunnettuun seikkaan, että tuotettaessa heijastuksen poistava kerros tunnetuilla menetelmillä, erityisesti reaktiivisen magnetronikatodisputterointi-menetelmän yhteydessä käytettävän reaktiivisen plasman avulla, hopeakerroksen ylimpiin kerroksiin puhalletaan atomihiuk-kasia, jotka aiheuttavat alussa mainittuja, häiritseviä muutoksia kerroksissa. Työskenneltäessä keksinnön osoittamalla tavalla, onnistutaan yllättävästi välttämään kokonaan hopea-kerroksen vaurioituminen. Suojakerros estää heijastuksen poistavan kerroksen tuottamisen yhteydessä syntyvät hopea-kerroksen vauriot. Tämä pätee yllättävästi silloinkin, kun sekä suojakerros että myös heijastuksen poistava kerros tuotetaan reaktiivisella magnetronikatodisputterointimenetelmäl-lä. Jo 2 nm:n vahvuisten kerrosten on todettu aikaansaavan suojakerroksen riittävän suojatehon. Toteutettaessa keksin-nönmukaista menetelmää läpikulkusulkulaitosta käyttäen menetellään tarkoituksenmukaisesti siten, että katodi järjestetään hopeakatodin ja heijastuksen poistavan kerroksen katodin tai katodeiden väliin suojakerroksen tuottamiseksi, jolloin pinnoitettavat substraatit kulkevat peräkkäin näiden sputte-rointiasemien läpi. Keksintö ei rajoitu läpikulkumenetelmän käyttöön. Niinpä suojakerros ja heijastuksen poistava kerros 5 74697 voidaan myös tuottaa peräkkäin samaa katodia käyttäen, jolloin pinnoiteparametri säädetään suojakerroksen tuottamisen jälkeen heijastuksen poistavan kerroksen tuottamiseksi vaadittavalla tavalla. Suojakerroksen tuottamiseen käytetään yleensä sopivaa metallia tai metalliseosta olevia antikatode-ja. Mutta myös metallioksidiantikatodeja voidaan käyttää. Näillä pinnoitusnopeudet ovat tosin pienemmät kuin metallisilla antikatodeilla, mutta niillä saadaan aikaan ilman muuta suojakerrosta varten vaadittavat muutaman nm:n annokset sekuntia kohti. Oksidisten antikatodien käytöstä on se etu, että oksidikerroksen syntymiseksi, joissa ei ole häiritsevää näkyvän valon jäännösabsorptiota, välttämätön hapen paine pinnoitekammiossa on pienempi kuin käytettäessä metallisia antikatodeja. Näin saavutetaan suurempi varmuusetäisyys suurimpaan sallittuun hapen paineeseen hopeakerroksen vaurioitumisen välttämiseksi.

Seuraavassa keksintöä esitetään suoritusesimerkein. Esimerkki I:

Tyhjöpinnoitelaitteistoon, joka oli varustettu magnetro-nikatodisputterointiin tarvittavilla katodeilla, asetettiin 4 mm:n vahvuinen Float-lasilevy, jonka koko oli 200 cm x 100 cm. Substraatin pinta hohtopuhdistettiin 4xl0”2 mbar paineella. Lopuksi paine laskettiin pinnoitukseen vaadittavalle tasolle. Pinnoittaminen tapahtui siten, että Float-lasilevyä liikutettiin vakionopeudella lineaaristen 120 cm x 23 cm kokoisten katodien ohi. Pinnoituksessa käytettiin kolme katodia, jotka katodit oli varustettu hopeaa, tinaa ja koostumukseltaan 90 % In/10 % Sn olevaa indiumtinaseosta olevilla antikatodella.

Seuraavat kerrokset tuotettiin peräkkäin: - 33 nm:n vahvuinen tinaoksidikerros tinan reaktiivisella sputteroinnilla 6 74697 - 4 nm:n vahvuinen tinaoksidilla seostettu indium-oksidikerros sputteroimalla reaktiivisesti seosta, jossa on 90 % indiumia ja 10 % tinaa (molemmat kerrokset muodostavat yhdessä lasisubstraatin ja hopeakerroksen väliin järjestetyn heijastuksen poistavan kerroksen, joka toimii myös kiinnittävänä kerroksena) - 8 nm:n vahvuinen hopeakerros sputteroimalla hopeaa argonilmakehässä

Hopeakerrokselle tuotetaan lopuksi 40 nm:n vahvuinen tinaoksidikerros sputteroimalla reaktiivisesti tinakohdeai-netta. Pinnoitusnopeus oli 3,5 nm/sek. Sputterointi tapahtui Ar/N2-/02“ ilmakehässä, jolloin E-osapaine oli l,4xl0-3 mbar.

Mitattaessa lopuksi pinnoitetun levyn infrapunaheijastus säteilyn tullessa pinnoituksen ilman puolelta saatiin tulokseksi 12 % :n heijastus aallonpituuden ollessa 8 ym. 550 nm:n vahvuisen levyn valon läpäisevyys oli 51 %.

Esimerkki II:

Samalla tavalla kuin esimerkissä I tuotettiin ensin Float-lasilevylle 33 nm:n vahvuinen tinaoksidikerros, 4 nm:n vahvuinen tinaoksidilla seostettu indiumoksidikerros ja 8 nm:n vahvuinen hopeakerros. Sen jälkeen tuotettiin 3 nm:n vahvuinen SnC>2-kerros sputteroimalla reaktiivisesti tina-antikatodia. Sputterointi tapahtui 0,3 nm/sek. pinnoitusno-peudella Ar/N2/02~ilmakehässä S-osapaineen ollessa lxl0"4 mbar. Tämän jälkeen seurasi pinnoitus toisella 36 nm:n vahvuisella tinaoksidikerroksella E-pinnoitusnopeuden ollessa 3,5 nm/sek. Ar/N2/02~ilmakehässä E-osapaineen ollessa l,4xl0-3 mbar.

Mitattaessa pinnoitetun levyn infrapunaheijastus pinnoituksen ilman puolelta saatiin tulokseksi 92 %:n heijastus aallonpituuden ollessa 8 ym. 550 nm:n vahvuisen levyn läpäi sevyys oli 84 %.

7 74697

Esimerkki III:

Samalla tavalla kuin esimerkissä I tuotettiin ensin 33 nm:n vahvuinen tinaoksidikerros, tinaoksidilla seostettu 3 nm:n vahvuinen indiumoksidikerros ja 8 nm:n vahvuinen ho-peakerros. Sen jälkeen tuotettiin tinaoksidilla seostettu 3 nm:n vahvuinen tinaoksidikerros sputteroimalla seosta, jossa oli 90 % In ja 10 % Sn. S-pinnoitusnopeus oli 0,2 nm/sek ja S-osapaine Ar/N2/02~ilmakehässä 8x10 “5 mbar.

Tämän jälkeen seurasi pinnoittaminen 36 nm:n vahvuisella tinaoksidikerroksella E-pinnoitusnopeuden ollessa 3,5 nm/sek Ar/N2/02“ilmakehässä ja E-osapaineen ollessa 1,5x10“3 mbar.

Pinnoitetun levyn infrapunaheijastus oli 92 % aallonpituuden ollessa 8 ym ja valon läpäisevyys oli 84,5 % levyn pinnoituksen vahvuuden ollessa 550 nm.

Ainoassa kuviossa on esitetty pinnoitetun levyn spektri-set läpäisevyys- ja heijastuskäyrät, viimeksi mainittu mitattiin pinnoituksen ilman puolelta. Spektrikäyrät osoittavat, että pinnoitetun levyn suodattamisominaisuudet ovat erittäin hyvät. Näkyvän alueen suureen läpäisevyyteen alueella, jossa valon läpäisevyys on 83 % ihmissilmän valonherkkyyden suhteen, liittyy lähi-infrapuna-alueella suuren heijastuksen ·. alue, jolloin kauempana infrapuna-alueella saavutetaan 92 %:n hei jastuarvoja.

Claims (7)

8 74697

1. Menetelmä läpinäkyvän substraatin pinnoittamiseksi monikerroksisella optisella suodattimena, jossa on ainakin yksi hopeakerros ja yksi jälkeenpäin aikaansaatu ulkopinnalla oleva heijastuksen poistava tinaoksidikerros, jolloin heijastuksen poistava kerros tuotetaan magnetronikatodisput-teroimalla käyttäen määrättyä heijastuksen poistavan kerroksen hapen osapainetta (E-osapaine) ja määrättyä pinnoitusno-peutta (E-pinnoitusnopeus), tunnettu siitä, että ho-peakerrokselle tuotetaan magnetronikatodisputteroimalla ensin heijastuksen poistavaa kerrosta ohuempi metallioksidinen suojakerros, käyttäen E-osapainetta alhaisempaa suojakerroksen hapen osapainetta (S-osapaine) ja E-pinnoitusnopeutta pienempää suojakerroksen pinnoitusnopeutta (S-pinnoitus-nopeus), ja että tämän jälkeen tuotetaan suojakerrokselle heijastuksen poistava kerros.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metallioksidinen suojakerros tuotetaan reaktiivisella magnetronikatodisputteroimalla.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että metallioksidinen suojakerros tuotetaan tinaa, indiumia, tinalla seostettua indiumia, lyijyä, sinkkiä, titaania, tai tantaalia olevilla antikatodeilla.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että metallioksidinen kerros tuotetaan metalli-oksidisilla antikatodeilla edullisesti jotakin aineista tinaoksidi, indiumoksidi, tinaoksidilla seostettu indiumoksi-di, lyijyoksidi, titaanioksidi tai tantaalioksidi.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suojakerros tuotetaan käyttäen S- 9 74697 osapainetta ja S-pinnoitusnopeutta, jotka ovat ainakin kertoimen 0,5 verran pienemmät kuin E-osapaine vast. E-pinnoi-tusnopeus.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1- 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 nm - 30 nm:n paksuiselle hopeaker-rokselle tuotetaan 2 nm - 10 nm:n paksuinen suojakerros ja tälle suojakerrokselle 25 nm - 60 nm:n paksuinen heijastuksen poistava kerros.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että suojakerros tuotetaan käyttäen S-osapainet-ta, joka on pienempi tai yhtä suuri kuin 3xl0-4 mbar ja S-pinnoitusnopeutta, joka on pienempi tai yhtä suuri kuin 0,8 nm/sek, heijastuksen poistava kerros E-osapaineella, joka on suurempi tai yhtä suuri kuin 7xl0-4 mbar ja käyttäen E- pin-noitusnopeutta, joka on suurempi tai yhtä suuri kuin 2 nm/ sek, edullisesti 3,5 nm - 4 nm/ sek.