DE3919147C2

DE3919147C2 - Process for coating a plastic substrate with aluminum

Info

Publication number: DE3919147C2
Application number: DE19893919147
Authority: DE
Inventors: Eggo Dipl Ing Sichmann; Thomas Dr Krug; Juergen Dipl Ing Meinel; Dan Dipl Ing Costescu; Martin Dipl Ing Poellmann
Original assignee: Leybold AG; Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1989-06-12
Filing date: 1989-06-12
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2009-06-13
Also published as: DE3919147A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit Aluminium, bestehend aus einer Gleichstromquelle, welche mit einer in einer evaku ierbaren Beschichtungskammer angeordneten Elektrode verbunden ist, die elektrisch mit einem Target in Verbindung steht, das zerstäubt wird und dessen zer stäubte Teilchen sich auf dem Substrat niederschla gen, wobei in die Beschichtungskammer ein Prozeßgas einbringbar ist, und wobei das zu zerstäubende Tar get aus einer Legierung von 0,5 bis 2,0% Silizium und 98,0 bis 99,5% Aluminium besteht.The invention relates to a method for coating a substrate with aluminum, consisting of a DC power source, which with a in an evaku eable coating chamber arranged electrode which is electrically connected to a target in Connection is established, which is atomized and whose zer dust particles settled on the substrate gene, a process gas in the coating chamber can be introduced, and wherein the Tar to be atomized get from an alloy of 0.5 to 2.0% silicon and 98.0 to 99.5% aluminum.

Bei bekannten Verfahren wird eine reine Aluminium schicht unmittelbar auf das Kunststoffsubstrat, z. B. auf Polycarbonat aufgesputtert, und zwar ohne eine Zwischen- oder Haftschicht. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Oxidationsbeständigkeit des reinen Aluminiums sehr begrenzt ist, d. h. daß es zum Beispiel bei längerer Lagerung des beschich teten Substrats erfahrungsgemäß zu einer Schichtkor rosion kommen kann.In known methods, a pure aluminum layer directly on the plastic substrate, e.g. B. sputtered onto polycarbonate without an intermediate or adhesive layer. This method has the disadvantage that the resistance to oxidation of pure aluminum is very limited, d. H. that it, for example, when storing the coating Experience has shown that the substrate forms a layer cor rosion can come.

Bekannt ist auch eine Vorrichtung zur Gleichspan nungs-Magnetronaufstäubung von Al auf Halbleiter substrate, bei der ein Target aus Al, enthaltend 2% Si eingesetzt wird (US-PS 4,547,279). Weiterhin ist ein Verfahren bekannt zum Aufstäuben von optischen Reflexions- oder elektrischen Widerstandsschichten mit Hilfe einer Magnetronkathode von einem Target mit 90% oder mehr Al und einem Rest von Si oder Cu (US-PS 4,125,446).A device for direct cutting is also known Magnetron sputtering of Al on semiconductors substrate in which a target made of Al, containing 2% Si is used (US Pat. No. 4,547,279). Still is a method known for dusting optical Reflective or electrical resistance layers using a magnetron cathode from a target with 90% or more Al and a balance of Si or Cu (U.S. Patent 4,125,446).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, ein Verfahren zu schaffen, das geeignet ist, die Lebensdauer bzw. Korrosionsbeständigkeit einer aufgestäubten reflektierenden Aluminiumschicht auf einem Kunststoffsubstrat, insbesondere einem Schein werferreflektor, wesentlich zu verbessern, ohne daß herkömmliche bzw. bereits vorhandene Vorrichtungen oder Anlagen dafür ungeeignet sind, bzw. ohne daß an diesen wesentliche oder kostspielige Umbauten oder Änderungen vorgenommen werden müssen.The object of the present invention is to achieve reasons to create a procedure that is suitable the lifespan or corrosion resistance of a dusted reflective aluminum layer a plastic substrate, especially a bill projector reflector, to improve significantly without conventional or existing devices or systems are unsuitable for this, or without these substantial or costly conversions or Changes need to be made.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unter Verwendung an sich bekannter Targets, be stehend aus 0,5-2,0% Si und 98,0-99,5% Al, Substrate aus Polycarbonat beschichtet werden.According to the invention, this object is achieved by that using targets known per se, be consisting of 0.5-2.0% Si and 98.0-99.5% Al, Polycarbonate substrates are coated.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungs möglichkeiten zu; eine davon ist in der anhängenden Zeichnung schematisch näher dargestellt, die eine Sputteranlage für das DC-Sputtern zeigt.The invention allows the most varied execution opportunities to; one of them is in the attached Drawing shown schematically, the one Sputtering system for DC sputtering shows.

In der Zeichnung ist ein Substrat 1 aus Polycarbonat dargestellt, das mit einer dünnen Schicht 2 versehen werden soll. Diesem Substrat 1 liegt ein Target 3 gegenüber, das zu zerstäuben ist. Das Target 3 steht über ein im Schnitt U-förmiges Element 4 mit einer Elektrode 5 in Verbindung, die auf einem Joch 6 ruht, welches zwischen sich und dem Element 4 drei Dauermagnete 7, 8, 9 einschließt. Die auf das Al- Target 3 gerichteten Polaritäten der Pole der drei Dauermagnete 7, 8, 9 wechseln sich ab, so daß je weils die Südpole der beiden äußeren Dauermagnete 7, 9 mit dem Nordpol des mittleren Dauermagneten 8 ein etwa kreisbogenförmiges Magnetfeld durch das Target 3 bewirken. Dieses Magnetfeld verdichtet das Plasma vor dem Target 3, so daß es dort, wo die Magnetfel der das Maximum ihres Kreisbogens besitzen, seine größte Dichte hat. Die Ionen im Plasma werden durch ein elektrisches Feld beschleunigt, das sich auf grund einer Gleichspannung aufbaut, die von einer Gleichstromquelle 10 angegeben wird. Diese Gleich stromquelle 10 ist mit ihrem negativen Pol über zwei Induktivitäten 11, 12 mit der Elektrode 5 verbunden. Das elektrische Feld steht senkrecht auf der Oberfläche des Targets 3 und beschleunigt die positiven Ionen des Plasmas in Richtung auf dieses Target. Hierdurch werden mehr oder weniger viele Atome oder Partikel aus dem Target 3 herausgeschlagen, und zwar insbesondere aus den Gebieten 13, 14, wo die Magnet felder ihre Maxima haben. Die zerstäubten Atome oder Partikel wandern in Richtung auf das Substrat 1, wo sie sich als dünne Schicht 2 niederschlagen.In the drawing, a substrate 1 made of polycarbonate is shown, which is to be provided with a thin layer 2 . This substrate 1 is opposite a target 3 which is to be atomized. The target 3 is connected via a section U-shaped element 4 to an electrode 5 , which rests on a yoke 6 , which includes three permanent magnets 7 , 8 , 9 between it and the element 4 . The polarities of the poles of the three permanent magnets 7 , 8 , 9 directed at the Al target 3 alternate so that the south poles of the two outer permanent magnets 7 , 9 with the north pole of the middle permanent magnet 8 each have an approximately circular magnetic field through the target 3 effect. This magnetic field compresses the plasma in front of the target 3 , so that it has its greatest density where the magnetic fields have the maximum of their circular arc. The ions in the plasma are accelerated by an electric field which builds up on the basis of a DC voltage which is indicated by a DC power source 10 . This direct current source 10 is connected with its negative pole via two inductors 11 , 12 to the electrode 5 . The electric field is perpendicular to the surface of the target 3 and accelerates the positive ions of the plasma in the direction of this target. As a result, more or fewer atoms or particles are knocked out of the target 3 , in particular from the areas 13 , 14 where the magnetic fields have their maxima. The atomized atoms or particles migrate towards the substrate 1 , where they are deposited as a thin layer 2 .

Für die Steuerung der dargestellten Anordnung kann ein Prozeßrechner vorgesehen werden, der Meßdaten verarbeitet und Steuerungsbefehle abgibt. Diesem Prozeßrechner können beispielsweise die Werte des gemessenen Partialdrucks in der Prozeßkammer 15 zu geführt werden. Aufgrund dieser und anderer Daten kann er zum Beispiel den Gasfluß über die Ventile 18, 19 regeln und die Spannung an der Kathode ein stellen. Der Prozeßrechner ist auch in der Lage, al le anderen Variablen, zum Beispiel Kathodenstrom und magnetische Feldstärke zu regeln. Da derartige Pro zeßrechner bekannt sind, wird auf eine Beschreibung ihres Aufbaus verzichtet.A process computer can be provided to control the arrangement shown, which processes measurement data and issues control commands. For example, the values of the measured partial pressure in the process chamber 15 can be fed to this process computer. Based on this and other data, he can, for example, regulate the gas flow through the valves 18 , 19 and set the voltage at the cathode. The process computer is also able to regulate all other variables, for example cathode current and magnetic field strength. Since such process computers are known, a description of their structure is dispensed with.

Um die Korrosionsbeständigkeit der Schicht 2 auf dem Kunststoffsubstrat 1 im Sinne der gestellten Aufgabe sicher zu stellen, ist das Target 3 aus einer Legie rung von 0,5 bis 2,0% Silizium und 99,5 bis 98,0% Aluminium gebildet.In order to ensure the corrosion resistance of the layer 2 on the plastic substrate 1 in the sense of the task, the target 3 is formed from an alloy of 0.5 to 2.0% silicon and 99.5 to 98.0% aluminum.

Eine deutliche Steigerung der Schichtqualität hin sichtlich einer Verringerung der Tiefenoxidation und der Barriereeigenschaften gegenüber einem herkömmli chen Target aus Reinaluminium ist das Ergebnis.A significant increase in layer quality evidently a reduction in deep oxidation and the barrier properties compared to a conventional The target is made of pure aluminum.

BezugszeichenlisteReference list

1 Substrat
2 Schicht
3 Target
4 U-förmiges Element
5 Elektrode
6 Joch
7 Dauermagnet
8 Dauermagnet
9 Dauermagnet
10 Gleichstromquelle
11 Induktivität
12 Induktivität
13 Sputtergraben (Gebiet)
14 Sputtergraben (Gebiet)
15, 15a Raum, Beschichtungskammer
16 Gasbehälter
17 Gasbehälter
18 Ventil
19 Ventil
20 Einlaßstutzen
21 Einlaßstutzen
22 Gaszuführungsleitung
23 Gaszuführungsleitung
24 Behälter
25 Behälter, Prozeßkammer
26 Blende
27 elektrischer Anschluß, (Masse-Leitung)
28 elektrischer Anschluß
29 Kondensator 1 substrate
2 layer
3 target
4 U-shaped element
5 electrode
6 yokes
7 permanent magnet
8 permanent magnet
9 permanent magnet
10 DC power source
11 inductance
12 inductance
13 Sputtergraben (area)
14 Sputtergraben (area)
15 , 15 a room, coating chamber
16 gas containers
17 gas tanks
18 valve
19 valve
20 inlet connection
21 inlet connection
22 gas supply line
23 gas supply line
24 containers
25 containers, process chamber
26 aperture
27 electrical connection, (ground line)
28 electrical connection
29 capacitor

Claims

Method for coating a substrate ( 1 ) with aluminum with a device consisting of a direct current source ( 10 ) which is connected to an electrode ( 5 ) which is arranged in an evacuable coating chamber ( 15a , 25 ) and which is electrically connected to a target ( 3 ) is connected, which is atomized and the dusted particles of which are deposited on the substrate ( 1 ), it being possible to introduce a process gas into the coating chamber ( 15 a, 25 ), and the target ( 3 ) to be atomized from one Alloy of 0.5 to 2.0% silicon and 98.0 to 99.5% aluminum be, characterized in that substrates ( 1 ) are coated from polycarbonate.