DE4004116C2 - Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffsubstrats, vorzugsweise eines Polymethylmethacrylat-Substrats, mit Metallen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffsubstrats, vorzugsweise eines Polymethylmethacrylat-Substrats, mit Metallen sowie Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten
eines Kunststoffsubstrats, vorzugsweise eines
Polymethylmethacrylat-Substrats, mit Metall, mit
einem Target, das zerstäubt wird und dessen zer
stäubte Teilchen sich auf dem Substrat niederschla
gen, wobei in die Beschichtungskammer Prozeßgase
einbringbar sind, sowie die Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens.
Bei bekannten Verfahren wird eine Aluminiumschicht
unmittelbar auf das Kunststoffsubstrat, z. B. auf
Polykarbonat, aufgestäubt, und zwar ohne eine
Zwischen- oder Haftschicht.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß nur Substrate
mit begrenzten Abmessungen beschichtet werden können,
da ab einer bestimmten Substratgröße das Polykarbonat
doppelbrechend wird, so daß beispielsweise Informa
tionen von Video- oder Audio-CD-Platten nicht mehr
fehlerfrei abgetastet werden können.
Ein besonderes Problem besteht beim Beschichten von
Kunststoffen aus der Gruppe der Polymethylacrylate,
die beispielsweise als "Plexiglas" im Handel sind.
Hier hat sich gezeigt, daß offenbar infolge der
besonderen Empfindlichkeit dieses Werkstoffs gegen
UV-Strahlung eine geringe Haftfestigkeit der aufge
stäubten Schicht besteht. Tatsächlich strahlt das
Plasma beim Aufstäuben mit den Edelgasen Neon, Argon,
Krypton und Xenon hauptsächlich UV-Strahlen im
Wellenlängenbereich von 70 bis 125 nm aus.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die geeignet
ist, die Haftfestigkeit einer aufgestäubten Alumi
niumschicht auf dem Kunststoffsubstrat wesentlich zu
verbessern, ohne daß herkömmliche bzw. bereits vor
handene Vorrichtungen oder Anlagen dafür ungeeignet
sind bzw. ohne daß an diesen wesentliche oder kost
spielige Umbauten oder Änderungen vorgenommen werden
müssen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß in einem ersten Beschichtungsschritt ein
Argon-Plasma während einer extrem kurzen Dauer in der
Beschichtungskammer aufrecht erhalten wird, vorzugs
weise bis der dabei erzeugte Aufstäubprozeß vom oxi
dischen zum metallischen Prozeß übergeht, daß für
einen zweiten Beschichtungsschritt Helium in die
Beschichtungskammer eingelassen und ein Helium-Plasma
gezündet wird und daß für einen dritten Beschich
tungsschritt Argon in die Beschichtungskammer
eingelassen und ein Argon-Plasma gezündet wird, wobei
dieser Argon-Plasmaprozeß bis zum Erreichen der
Soll-Schichtdicke aufrecht erhalten wird.
Bei der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs
gemäßen Verfahrens ist zweckmäßigerweise jede Gaszu
führungsleitung mit jeweils einer Abpumpleitung ver
bunden, in die jeweils ein Absperrventil eingeschal
tet ist und die an eine Vakuumpumpe anschließbar ist.
Mit Vorteil ist dabei in jede Abpumpleitung ein Dros
selventil eingeschaltet, wobei dieses Drosselventil
jeweils in den Leitungsabschnitt zwischen der Lei
tungsverzweigung mit der zugehörigen Gaszuführungs
leitung einerseits und dem Absperrventil andererseits
angeordnet ist.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind
in den Patentansprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungs
möglichkeiten zu; eine davon ist in der anhängenden
Zeichnung schematisch näher dargestellt, die eine
Anlage zum Aufstäuben von Kunststoffsubstraten zeigt.
In der Zeichnung ist ein Kunststoffsubstrat 1 darge
stellt, das mit einer dünnen Aluminiumschicht 2 ver
sehen 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 Target
3 gerichteten Polaritäten der Pole der drei Dauermag
nete 7, 8, 9 wechseln sich ab, so daß jeweils die
Südpole der beiden äußeren Dauermagnete 7, 9 mit dem
Nordpol des mittleren Dauermagneten 8 ein etwa kreis
bogenförmiges Magnetfeld durch das Target 3 bewirken.
Dieses Magnetfeld verdichtet das Plasma vor dem Tar
get 3, so daß es dort, wo die Magnetfelder das Maxi
mum ihres Kreisbogens besitzen, seine größte Dichte
hat. Die Ionen im Plasma werden durch ein elektri
sches Feld beschleunigt, das sich aufgrund einer
Gleichspannung aufbaut, die von einer Gleichstrom
quelle 10 angegeben wird. Diese Gleichstromquelle 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 in der Prozeßkammer 25 bzw. im
Behälter 24 angeordnete Target 3. Hierdurch werden
mehr oder weniger viele Atome oder Partikel aus dem
Target 3 herausgeschlagen, und zwar insbesondere aus
den Gebieten 13, 14, wo die Magnetfelder ihre Maxima
haben. Die zerstäubten Atome oder Partikel wandern in
Richtung auf das Substrat 1, das sich unterhalb der
Blende 26 am Boden des Behälters 25 befindet, wo sie
sich als dünne Schicht 2 niederschlagen.
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 Beschichtungskammer
15, 15a zugeführt werden. Aufgrund dieser und anderer
Daten kann er zum Beispiel den Heliumfluß an dem
Behälter 16 oder den Argonfluß aus dem Behälter 17
über die in die Zuführungsleitung 22 eingeschalteten
Ventile 18, 19 bzw. über die in die Zuführungsleitung
23 eingeschalteten Ventile 30, 31 regeln und die
Spannung an der Kathode 5 einstellen. Der Prozeßrech
ner ist auch in der Lage, alle anderen Variablen, zum
Beispiel die Stromzufuhr zu überwachen. Da derartige
Prozeßrechner bekannt sind, wird auf eine
Beschreibung ihres Aufbaus verzichtet.
Eine deutliche Steigerung der Haftfestigkeit der
Schicht 2 auf dem Polymethylmethacrylat-Substrat 1
ist das Ergebnis der Verwendung von Helium als
Prozeßgas, bis eine Schichtdicke erreicht ist (z. B.
Aluminium 350-400 Å), die für UV-Strahlung des
anschließenden Argon-Prozesses undurchlässig ist.
Für den Sputterprozeß wird in einer ersten Phase des
Prozesses ein Argon-Plasma während einer extrem
kurzen Zeitdauer in der Beschichtungskammer 15, 15a
aufrecht erhalten, und zwar so lange, bis der dabei
erzeugte Zerstäubungsprozeß, insbesondere durch
Ausgasung des PMMA-Substrats, vom oxidischen zum
metallischen Prozeß übergeht, woraufhin für eine
zweite Phase des Prozesses Helium in die
Beschichtungskammer 15, 15a über die
Zuführungsleitung 22 eingelassen wird, so daß ein
Helium-Plasma gezündet werden kann, woraufhin für
eine dritte Prozeßphase wiederum Argon über die
Zuführungsleitung 23 in die Beschichtungskammer
15, 15a eingelassen und ein Argon-Plasma gezündet
wird, wobei dieser Argon-Plasmaprozeß bis zum
Erreichen der gewünschten Dicke der Schicht 2
aufrecht erhalten wird.
Um bei Abschluß der einzelnen Prozeßphasen (I-III)
ein rasches Spülen bzw. Auspumpen der Beschichtungs
kammer und der einzelnen Gaszuführungsleitungen 22,
23 bzw. des Anschlußstutzens 21 zu ermöglichen, ist
eine besondere Vakuumpumpe 37 über Abpumpleitungen
38, 39 bzw. 40 an die Leitungen 22, 23 bzw. die
Beschichtungskammer 15, 15a angeschlossen. Die
Abpumpleitungen 38, 39 sind mit Ventilen 35, 36 ver
sehen, die verhindern, daß bei geöffneten Ventilen
18, 30 Gas aus den Behältern 16, 17 direkt nach außen
strömen kann. Um den Gasaustritt aus den Rohren 22,
23 zu mindern, sind Drosselventile 33, 34 in die Ab
pumpleitungen 38, 39 eingeschaltet.
Es wird ein Ar-Plasma mit extrem kurzer Dauer so
lange aufrecht erhalten, bis die Beschichtung
vom oxidischen ins metallische Zerstäuben
übergegangen ist.
Grund: Während des Beschichtungsbeginnes gast
PMMA stark aus. Ein Ar-Plasma zeigt sich auf
grund der hohen Prozeß-Ausbeute unkritisch gegen
Oxidation, und das Target bleibt trotz Ausgasung
"sauber". Es findet keine nennenswerte Beschich
tung statt. Durch die höhere Zerstäubungsrate
beim Zerstäuben mit Ar wird die Oberfläche mit
einem Hauch Al "versiegelt", so daß die
Ausgasung des PMMA-Substrats verhindert wird.
Diese Schicht (ca. 400 Å) wird mit He-Plasma
aufgetragen. Da durch Schritt 1 der Kunststoff
praktisch nicht mehr ausgast, kann sofort ein
He-Plasma gezündet werden, ohne in den kriti
schen oxidischen Zustand zu gelangen.
Durch Beschichtungsschritt 2 ist das PMMA-Sub
strat vor der UV-Strahlung geschützt, und es
kann ein herkömmliches Ar-Plasma gezündet wer
den, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht
ist.
Substratbelastung und Schichtdicken der einzelnen
Schichten bei einer Gesamtdicke von ca. 1000 Å
(Gesamtbeschichtungszeit ca. 7 sec.)
Bezugszeichenliste
1 Substrat
2 Schicht, Aluminiumschicht
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, Helium
17 Gasbehälter, Argon
18 Ventil
19 Ventil
21 Einlaßstutzen
22 Gaszuführungsleitung
23 Gaszuführungsleitung
24 Behälter
25 Behälter, Prozeßkammer
26 Blende
27 elektrischer Anschluß (Masse-Leitung)
28 elektrischer Anschluß
29 Kondensator
30 Ventil
31 Ventil
32 Kondensator
33 Drosselventil
34 Drosselventil
35 Ventil, Absperrventil
36 Ventil, Absperrventil
37 Vakuumpumpe
38 Abpumpleitung
39 Abpumpleitung
40 Abpumpleitung
41 Leitungsverzweigung
42 Leitungsverzweigung
2 Schicht, Aluminiumschicht
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, Helium
17 Gasbehälter, Argon
18 Ventil
19 Ventil
21 Einlaßstutzen
22 Gaszuführungsleitung
23 Gaszuführungsleitung
24 Behälter
25 Behälter, Prozeßkammer
26 Blende
27 elektrischer Anschluß (Masse-Leitung)
28 elektrischer Anschluß
29 Kondensator
30 Ventil
31 Ventil
32 Kondensator
33 Drosselventil
34 Drosselventil
35 Ventil, Absperrventil
36 Ventil, Absperrventil
37 Vakuumpumpe
38 Abpumpleitung
39 Abpumpleitung
40 Abpumpleitung
41 Leitungsverzweigung
42 Leitungsverzweigung
Claims (5)
1. Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffsub
strats (1), vorzugsweise eines Polymethyl
methacrylat-Substrats, mit Metall, mit einem
Target (3), das zerstäubt wird und dessen zer
stäubte Teilchen sich auf dem Substrat (1),
niederschlagen, wobei in die Beschichtungskammer
(15, 15a) Prozeßgase einbringbar sind, dadurch
gekennzeichnet, daß in einem ersten
Beschichtungsschritt ein Argon-Plasma während
einer extrem kurzen Dauer in der
Beschichtungskammer (15, 15a) aufrecht erhalten
wird, vorzugsweise bis der dabei erzeugte
Aufstäubprozeß vom oxidischen zum metallischen
Prozeß übergeht, daß für einen zweiten Beschich
tungsschritt Helium in die Beschichtungskammer
(15, 15a) eingelassen und ein Helium-Plasma
gezündet wird und daß für einen dritten Be
schichtungsschritt Argon in die Beschich
tungskammer (15, 15a) eingelassen und ein
Argon-Plasma gezündet wird, wobei dieser
Argon-Plasmaprozeß bis zum Erreichen der Soll-Schicht
dicke aufrecht erhalten wird.
2. Vorrichtung zum Beschichten eines Kunststoff
substrats (1), vorzugsweise eines Polymethyl
methacrylat-Substrats, mit Metall, insbesondere
mit Aluminium, bestehend aus einer Gleichstrom
quelle (10), welche mit einer in einer evakuier
baren Beschichtungskammer (15, 15a) angeordneten
Elektrode (5) verbunden ist, die elektrisch mit
einem Target (3) in Verbindung steht, das zer
stäubt wird und dessen zerstäubte Teilchen sich
auf dem Substrat (1) niederschlagen, wobei in
die Beschichtungskammer (15, 15a) Prozeßgase
einbringbar sind, wozu die Beschichtungskammer
(15, 15a) über Gaszuführungsleitungen (22, 23)
sowohl mit Argon als auch mit einem mit Helium
gefüllten Behälter (16 bzw. 17) verbindbar ist,
wozu in die Gaszuführungsleitungen (22, 23)
Ventile (18, 19 bzw. 30, 31) eingeschaltet sind,
über die die Gase dosiert in die
Beschichtungskammer (15, 15a) einlaßbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Gaszuführungs
leitung (22 bzw. 23) mit jeweils einer Abpump
leitung (38 bzw. 39) verbunden ist, in die
jeweils ein Absperrventil (35 bzw. 36) einge
schaltet ist und die an eine Vakuumpumpe (37)
anschließbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß in jede Abpumpleitung (38, 39) ein
Drosselventil (33, 34) eingeschaltet ist, wobei
dieses Drosselventil (33, 34) jeweils in den
Leitungsabschnitt zwischen der Leitungsverzwei
gung (41, 42) mit der zugehörigen Gaszuführungs
leitung (22, 23) einerseits und dem Absperrven
til (35, 36) andererseits angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ansteuerung sowohl der
den Gasbehälter (16, 17) unmittelbar nachge
schalteten Gaseinlaßventile (18, 30) als auch
der zwischen dem Einlaßstutzen (21) und den
Leitungsverzweigungen (41, 42) in die Gaszufüh
rungsleitungen (22, 23) eingeschalteten Ventile
(19, 31) elektrisch und über einen Prozeßrechner
erfolgt.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der in die
Abpumpleitungen (38, 39) eingeschalteten Dros
selventile (33, 34) und Absperrventile (35, 36)
elektrisch und über einen Prozeßrechner erfolgt.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4004116A DE4004116C2 (de) | 1990-02-10 | 1990-02-10 | Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffsubstrats, vorzugsweise eines Polymethylmethacrylat-Substrats, mit Metallen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
US07/510,043 US5068021A (en) | 1990-02-10 | 1990-04-17 | Device for coating a polymethylmethacrylate substrate with aluminum |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4004116A DE4004116C2 (de) | 1990-02-10 | 1990-02-10 | Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffsubstrats, vorzugsweise eines Polymethylmethacrylat-Substrats, mit Metallen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4004116A1 DE4004116A1 (de) | 1991-08-14 |
DE4004116C2 true DE4004116C2 (de) | 1997-08-21 |
Family
ID=6399883
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4004116A Expired - Fee Related DE4004116C2 (de) | 1990-02-10 | 1990-02-10 | Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffsubstrats, vorzugsweise eines Polymethylmethacrylat-Substrats, mit Metallen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1990
- 1990-02-10 DE DE4004116A patent/DE4004116C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-04-17 US US07/510,043 patent/US5068021A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
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US5068021A (en) | 1991-11-26 |
DE4004116A1 (de) | 1991-08-14 |
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