Подложка, покрытая слоем диэлектрика, способ и устройство для её изготовления

Есть еще 4 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Подложка (1) для остеклений, покрытая по меньшей мере одним тонким слоем диэлектрика, полученным нанесением катодного напыления, реакционноспособным в присутствии кислорода, и облучением по меньшей мере одним пучком ионов (3), происходящим из ионного источника (4) при условиях, приводящих к получению кристаллического слоя, вышеупомянутый слой диэлектрика представляет собой слой из оксида металла или кремния, стехиометрического или нестехиометрического, или из оксинитрида металла или кремния.

2. Подложка по п.1, отличающаяся тем, что она является стеклянной.

3. Подложка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что слой диэлектрика, облученный пучком ионов, имеет шероховатость, которая по меньшей мере на 20% меньше шероховатости такого же слоя диэлектрика, который не облучался пучком ионов.

4. Подложка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что вышеупомянутое напыление выполняют при помощи магнитного поля.

5. Подложка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что вышеупомянутый слой диэлектрика представляет собой слой из оксида по меньшей мере одного элемента, выбранного из кремния, цинка, тантала, титана, олова, алюминия, циркония, ниобия, индия, церия, вольфрама.

6. Подложка по п.5, отличающаяся тем, что слой представляет собой слой оксида цинка и имеет показатель преломления меньше или равный 1,95, в частности от 1,35 до 1,95.

7. Подложка по п.5 или 6, отличающаяся тем, что слой представляет собой слой оксида цинка и имеет степень кристалличности больше 90% и, в частности, больше 95%.

8. Подложка по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что вышеупомянутый слой диэлектрика представляет собой слой из оксинитрида кремния.

9. Подложка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что вышеупомянутый слой имеет содержание аргона порядка от 0,2 до 0,6 ат.%.

10. Подложка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что вышеупомянутый слой имеет содержание железа меньше или равное 3 ат.%.

11. Подложка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что она покрыта набором слоев, в котором слой серебра расположен выше вышеупомянутого слоя диэлектрика, облученного пучком ионов.

12. Подложка по п.11, отличающаяся тем, что другой слой диэлектрика расположен выше слоя серебра.

13. Подложка по п.11 или 12, отличающаяся тем, что набор слоев содержит по меньшей мере два слоя серебра.

14. Подложка по любому из пп.11-13, отличающаяся тем, что она имеет поверхностное сопротивление Рисунок 1 меньше 6 W/Рисунок 2, даже меньше 2,1 W/Рисунок 3, в частности порядка 1,9 W/Рисунок 4.

15. Остекление, в частности двойное или многослойное, содержащее по меньшей мере одну подложку (1) по любому из пп.1-14.

16. Способ нанесения тонкого слоя на подложку (1), в котором наносят по меньшей мере один тонкий слой диэлектрика на подложку катодным напылением, реакционноспособный в присутствии кислорода, в камере напыления (2) с облучением по меньшей мере одним пучком ионов (3), происходящим из ионного источника (4), отличающийся тем, что создают пучок ионов в камере напыления и осуществляют кристаллизацию вышеупомянутого слоя диэлектрика, облучаемого пучком ионов, путем облучения пучком ионов указанного слоя диэлектрика из оксида металла или кремния, стехиометрического или нестехиометрического, или из оксинитрида металла или кремния.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что создают пучок ионов кислорода.

18. Способ по п.16 или 17, отличающийся тем, что создают пучок ионов с энергией, находящейся в диапазоне от 200 до 2000 эВ, даже находящейся в диапазоне от 500 до 5000 эВ.

19. Способ по любому из пп.16-18, отличающийся тем, что вышеупомянутый слой диэлектрика, нанесенный на подложку катодным напылением с облучением пучком ионов, имеет очень низкую шероховатость.

20. Способ по любому из пп.16-19, отличающийся тем, что облучение пучком ионов осуществляют одновременно с нанесением слоя напылением.

21. Способ по любому из пп.16-20, отличающийся тем, что облучение пучком ионов осуществляют последовательно по отношению к нанесению слоя напылением.

22. Способ по любому из пп.16-21, отличающийся тем, что направляют пучок ионов на подложку (1), в частности, в направлении, образующем ненулевой угол с поверхностью подложки, предпочтительно в направлении, образующем угол от 10 до 80ш с поверхностью подложки.

23. Способ по любому из пп.16-22, отличающийся тем, что направляют пучок ионов по меньшей мере на один катод, в частности, в направлении, образующем ненулевой угол с поверхностью катода, предпочтительно в направлении, образующем угол от 10 до 80ш с поверхностью упомянутого катода.

24. Способ по любому из пп.16-23, отличающийся тем, что пучок ионов создают при помощи линейного источника.

25. Способ по любому из пп.16-24, отличающийся тем, что на вышеупомянутый слой диэлектрика наносят по меньшей мере один функциональный слой, в частности, на основе серебра и осуществляют кристаллизацию вышеупомянутого функционального слоя.

26. Способ по п.25, отличающийся тем, что увеличивают размер кристаллитов слоя серебра порядка на 30-40%.

27. Способ по любому из пп.16-26, отличающийся тем, что слой диэлектрика представляет собой слой на основе оксида цинка.

28. Способ по любому из пп.16-27, отличающийся тем, что создают пучок ионов (3) в камере напыления (2) при помощи линейного ионного источника (4) одновременно с нанесением слоя напылением, осуществляют дополнительную обработку нанесенного слоя, по меньшей мере, другим пучком ионов.

29. Способ по любому из пп.16-27, отличающийся тем, что нанесение осуществляют магнитным полем.

30. Установка (10) для нанесения покрытия на подложку (1) для изготовления подложки по любому из пп.1-14 или для осуществления способа по любому из пп.16-29, содержащая камеру напыления (2), в которой на подложку наносят по меньшей мере один тонкий слой диэлектрика катодным напылением, реакционноспособный в присутствии кислорода, с облучением по меньшей мере одним пучком ионов (3), отличающаяся тем, что она содержит в камере напыления (2) по меньшей мере один линейный ионный источник (4), способный создавать по меньшей мере один пучок ионов, причем указанный слой диэлектрика состоит из оксида металла или кремния, стехиометрического или нестехиометрического, или из оксинитрида металла или кремния.

31. Установка по п.30, отличающаяся тем, что линейный ионный источник расположен таким образом, чтобы направлять пучок ионов на подложку, в частности, в направлении, образующем ненулевой угол, предпочтительно от 10 до 80ш с поверхностью подложки.

32. Установка по п.30 или 31, отличающаяся тем, что линейный ионный источник расположен таким образом, чтобы направлять пучок ионов по меньшей мере на один катод, в частности, в направлении, образующем ненулевой угол, предпочтительно от 10 до 80ш с поверхностью упомянутого катода.

33. Установка по любому из пп.30-32, отличающаяся тем, что напыление осуществляют при помощи магнитного поля.

 

Текст

Смотреть все

012048 Настоящее изобретение относится к области тонкослойных покрытий на основе диэлектрика, в частности, типа оксида, нитрида или оксинитрида металла, нанесенных на прозрачные подложки, в частности стеклянные, методом вакуумного напыления. Изобретение касается покрытой подложки, способа изготовления, установки для изготовления и применения подложки и/или способа изготовления остеклений и, в частности, двойных остеклений или многослойных остеклений, содержащих по меньшей мере одну подложку согласно изобретению. Действительно, для изготовления стекол, называемых "функциональными", обычно по меньшей мере на одну из подложек, которые их образуют, наносят тонкий слой или набор тонких слоев для того,чтобы придать стеклам оптические свойства, например антиотражающие свойства в инфракрасной области (низкая излучательная способность), и/или электропроводящие свойства. Диэлектрические слои на основе оксида и/или нитрида часто используют, например, с одной и с другой стороны слоя серебра или слоя легированного оксида металла, или в качестве интерференционного слоя в чередующихся наборах слоев диэлектриков с низким и высоким показателем преломления. Слои, нанеснные катодным напылением, считаются немного менее химически и механически стойкими, чем слои, нанеснные пиролитическим способом. Поэтому была развита экспериментальная техника для содействия напылению при помощи ионных пучков, в которой слой бомбардируют пучком йонов, например, кислорода или аргона, который позволяет увеличить плотность слоя и сцепление слоя с несущей подложкой. Упомянутую технику в течение длительного времени применяли только к подложкам очень маленьких размеров, ввиду проблем, возникающих, в частности, в терминах конвергенции между пучком ионов, происходящим из очень локализованного источника, с одной стороны, и частицами, образующимися в результате испарения или распыления мишени, с другой стороны. В документе ЕР 601928 изложен последовательный способ обработки нанесенного слоя, в котором сначала осуществляют нанесение слоя в камере для напыления, а затем бомбардируют данный слой диэлектрика после его нанесения пучком ионов "низкой энергии", происходящим из точечного источника,имеющем энергию, позволяющую ограничить распыление слоя в результате соударения с ним ионов пучка, типично, меньше 500 эВ и порядка сотни электрон-вольт. Данная обработка нацелена, по существу, на увеличение физической и/или химической долговечности слоя при помощи уплотнения слоя и позволяет достичь более низкой шероховатости поверхности слоя, благоприятствующей последующему "наслаиванию" слоя, наносимого впоследствии сверху. Тем не менее, данная обработка обладает тем неудобством, что может быть осуществлена только на полностью нанесенном слое. Другое неудобство данной обработки заключается в том, что она только дат возможность уплотнения слоя, обработанного таким образом, и что данное уплотнение вызывает увеличение показателя преломления слоя, обработанного таким образом. Следовательно, слои, обработанные таким образом, не могут быть заменены на необработанные слои в результате их различных оптических свойств и обязывают вновь полностью определить системы слоев, в которые материал должен быть включн. Кроме того, данная обработка не оптимизирована для того, чтобы быть осуществленной на подложке большого размера, например, при изготовлении архитектурного остекления. Более того, данный способ совсем несовместим со способом катодного напыления покрытия, в частности, осуществляемого в присутствии магнитного поля и предпочтительно реакционноспособного в присутствии кислорода и/или азота, в частности, в результате очень разных рабочих давлений; во время данного изобретения ионные источники функционировали при давлениях, в 10-100 раз меньших давлений, используемых для процессов катодного напыления покрытия, в частности, осуществляемого в присутствии магнитного поля и предпочтительно реакционноспособного в присутствии кислорода и/или азота. Совсем недавно были разработаны ионные источники, которые лучше совместимы с процессом нанесения слоя катодным напылением, решив, в частности, проблему совмещения пучков частиц и улучшив адекватность между размером и геометрией катода, с одной стороны, и ионного источника, с другой стороны. Данные системы, известные под названием "линейный источник", описаны, в частности, в документах US 6214183 и US 6454910. В документе WO 02/46491 описано использование источника упомянутого типа для получения функционального слоя оксида серебра катодным напылением, исходя из серебряной мишени, с бомбардировкой пучком ионов кислорода. Пучок ионов используют для того, чтобы уплотнить серебряный материал и превратить его в слой, содержащий оксид серебра. Вследствие уплотнения, слой оксида серебра способен в значительной степени поглощать и/или отражать УФ-излучение. Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков известного уровня техники и предложение новых материалов в виде тонких слоев, которые могут быть использованы для покрытия прозрачных подложек, типа стеклянных, новые способы нанесения и новые установки. Изобретение основано на том факте, что можно наносить тонкие слои диэлектрика, в частности, оксида и/или нитрида, с облучением пучком ионов, контролируя условия таким образом, чтобы материал конечного слоя имел лучшую степень кристалличности, гораздо большую степени кристалличности материала, нанесенного в обычных условиях, т.е. не подвергая слой воздействию по меньшей мере одного-1 012048 ионного пучка. В этом отношении задача изобретения состояла в получении подложки, в частности стеклянной, согласно п.1. Подложка согласно изобретению покрыта по меньшей мере одним тонким слоем диэлектрика, нанесенным катодным напылением, в частности, в присутствии магнитного поля, и предпочтительно реакционноспособным в присутствии кислорода и/или азота, с облучением по меньшей мере одним пучком ионов, происходящим из ионного источника, при этом слой диэлектрика, нанесенный с облучением пучком ионов, является кристаллическим. Под "кристаллическим" подразумевают тот факт, что по меньшей мере 30% материала, образующего слой диэлектрика, облученного пучком ионов, являются кристаллическим материалом и что размер кристаллитов таков, что они могут быть обнаружены методом дифракции рентгеновских лучей, т.е. имеют диаметр больше нескольких нанометров. Пучок ионов, используемый для осуществления настоящего изобретения, называется "пучком ионов высокой энергии", имеющем, типично, энергию порядка от нескольких сотен до нескольких тысяч электрон-вольт. Предпочтительно регулируют параметры таким образом, чтобы слой диэлектрика, нанесенный на подложку катодным напылением с облучением пучком ионов, имел очень слабую шероховатость. Под "очень слабой шероховатостью" подразумевают тот факт, что слой диэлектрика, облученный пучком ионов, имеет шероховатость по меньшей мере на 20%, предпочтительно по меньшей мере на 50% меньшую, чем шероховатость слоя диэлектрика, не облучавшегося пучком ионов. Слой диэлектрика, облученный пучком ионов, может, таким образом, иметь шероховатость меньше 0,1 нм при толщине 10 нм. Предпочтительно можно также регулировать параметры таким образом, чтобы слой имел показатель, весьма меньший или весьма больший показателя слоя, нанесенного без пучка ионов, но который также может быть близок к показателю слоя, нанесенного без пучка ионов. С точки зрения настоящего описания "близкий" показатель отличается от эталонной величины самое большее приблизительно на 5%. Изобретение, равным образом, дает возможность создать градиент показателя в нанеснном слое. Таким образом, вышеупомянутый слой обладает в одном из вариантов градиентом показателя, регулируемым в зависимости от параметров ионного источника. Преимущественно по меньшей мере для части диэлектрических материалов, которые могут быть нанесены, каково бы ни было реализованное изменение показателя, плотность слоя диэлектрика, нанесенного на подложку катодным напылением с облучением пучком ионов, может быть сохранена на близкой или идентичной величине. С точки зрения настоящего описания величина "близкой" плотности отличается от эталонной величины самое большее приблизительно на 10%. Изобретение применимо, в частности, для получения диэлектрического слоя на основе оксида металла или кремния, стехиометрического или нестехиометрического, или на основе нитрида или оксинитрида металла или кремния. В частности, диэлектрический слой может быть из оксида по меньшей мере одного элемента, выбранного среди кремния, цинка, тантала, титана, олова, алюминия, циркония, ниобия, индия, церия,вольфрама. Среди смешанных оксидов, которые могут быть приняты во внимание, можно назвать, в частности, оксид индия и олова (ИТО) (ITO). Слой может быть получен с использованием катода из легированного металла, т.е. содержащего миноритарный элемент; в качестве иллюстрации, обычно используют катоды из цинка, содержащего небольшое количество другого металла, такого как алюминий или галлий. В настоящем описании под оксидом цинка подразумевают оксид цинка, который может содержать небольшое количество другого металла. Это относится также к другим названным оксидам. Например, слой оксида цинка, нанесенный согласно изобретению, может иметь степень кристалличности больше 90%, в частности больше 85%, и среднеквадратичную (СК) (RMS) шероховатость меньше 1,5 нм, в частности порядка 1 нм. Упомянутый слой оксида цинка, нанесенный согласно изобретению, может иметь показатель преломления, который может быть установлен на величине, меньшей или равной 1,95, в частности порядка 1,35-1,95. Его плотность может быть сохранена на величине, близкой к 5,3 г/см 2, в частности на величине порядка 5,30,2 г/см 2, идентичной плотности слоя ZnO, нанесенного при низком давлении, которая составляет порядка 5,3 г/см 2. Слои оксида цинка, имеющие показатель преломления, установленный на величине, меньшей 1,88 и близкой к данной величине, могут быть получены, регулируя условия катодного напыления (в частности, содержание кислорода в атмосфере) таким образом, чтобы слегка отклониться от стехиометрии целевого оксида с тем, чтобы компенсировать воздействие бомбардировки ионами. Слой диэлектрика может быть также из нитрида или оксинитрида кремния. Такие слои диэлектрического нитрида могут быть получены, регулируя условия катодного напыления (в частности, содержание азота в атмосфере) таким образом, чтобы слегка отклониться от стехиометрии целевого нитрида с-2 012048 тем, чтобы компенсировать воздействие бомбардировки ионами. Следствием воздействия пучка ионов является улучшение механических свойств диэлектрического слоя. В результате ионной бомбардировки в слой вводится(вводятся) количество(а) бомбардирующего(их) вещества(веществ) в пропорции, которая зависит от природы газовой смеси в источнике и конфигурации источник/катод/подложка. В качестве иллюстрации слой, нанесенный при бомбардировке пучком ионов аргона, может иметь в своем составе аргон в содержании порядка от 0,2 до 0,6 ат.%, в частности около 0,45%. Генерация пучка ионов ионным источником, в котором используются катоды из мягкого железа или любого другого материала, в частности парамагнитного, которые подвергаются эрозии в ходе процесса, может быть ответственна за присутствие следов железа в нанесенном слое. Было подтверждено,что присутствие железа в процентном содержании 3 ат.% или меньше, является приемлемым, так как оно не нарушает характеристики, в частности оптические или электрические, слоя. Предпочтительно параметры нанесения (в частности, скорость перемещения подложки) подбирают таким образом, чтобы содержание железа было меньше 1 ат.%. Благодаря сохранению обычных оптических характеристик, очень легко ввести диэлектрические слои, полученные таким образом, в известные наборы слоев для изготовления оконных стекол, называемых функциональными, в частности, использующих металлический функциональный слой на основе серебра. Могут быть задуманы специфические наборы слоев, включающие в себя диэлектрик с показателем,установленным на величине, отличной от стандарта. Таким образом, предметом изобретения является подложка, покрытая набором слоев, в котором слой серебра расположен поверх вышеупомянутого слоя диэлектрика, подвергнутого воздействию пучка ионов. По меньшей мере один другой слой диэлектрика может быть затем нанесен поверх вышеупомянутого слоя серебра. Данная конфигурация оказывается особенно выгодной, когда нижний диэлектрический слой представляет собой слой на основе оксида цинка и/или олова, так как они дают повод для наращивания слоя серебра на особенно хорошо ориентированный слой оксида с улучшенными конечными характеристиками. Известно, что присутствие слоя оксида цинка под серебром заметно влияет на качество вышеупомянутого слоя серебра. Формирование слоя серебра на слое оксида цинка, нанесенного согласно изобретению, дат заметное улучшение. Было обнаружено, что слой серебра, полученный таким образом, обладает лучшей кристалличностью с 15-40%-ным увеличением кристаллической фазы по отношению к аморфной фазе (дифракция от плоскостей (111. В этом отношении предметом изобретения, равным образом, является способ согласно изобретению, улучшающий кристалличность слоя серебра, нанесенного на слой диэлектрика, в частности на диэлектрический слой на основе оксида цинка, согласно которому вышеупомянутый слой диэлектрика наносят на подложку катодным напылением, в частности, в присутствии магнитного поля и предпочтительно реакционноспособного в присутствии кислорода и/или азота, с облучением по меньшей мере одним пучком ионов, происходящим предпочтительно из линейного источника. Согласно данному способу на вышеупомянутый слой диэлектрика наносят по меньшей мере один функциональный слой, в частности, на основе серебра, и осуществляют кристаллизацию вышеупомянутого функционального слоя. В таком случае можно достичь увеличения размера кристаллитов слоя серебра порядка 15-40%, в частности от 30 до 40% (дифракция от плоскостей (111. Это выражается в уменьшении удельного сопротивления серебра (непосредственно связанного с характеристиками энергетической излучательной способности) или в уменьшении поверхностного сопротивления R по меньшей мере на 10% при равной толщине серебра с R меньше 6 / , даже меньше 2,1 / , в частности порядка 1,9 / . Данные подложки являются, таким образом, особенно выгодными для изготовления стекол с низкой излучательной способностью, или стекол для контролирования солнечного излучения, или прозрачных элементов с высокой электропроводностью, таких как экраны для электромагнитного экранирования плазменных воспроизводящих устройств. В вышеупомянутых подложках поверх слоя серебра может быть расположен другой слой диэлектрика. Слой диэлектрика может быть выбран на основе оксидов, или нитридов, или оксинитридов, упомянутых выше. Слой диэлектрика сам может быть нанесен с облучением или без облучения пучком ионов. Набор слоев может содержать по меньшей мере два слоя серебра, даже три или четыре слоя серебра. Примеры наборов слоев, которые могут быть реализованы согласно изобретению, содержат следующие последовательности слоев:Si3N4/ZnO(i)/Ag/Si3N4/ZnO(i)/Ag/Si3N4/(оксид),(i) где указывает, что слой подвергнут облучению пучком ионов и где слой блокирующего металла может быть интеркалирован выше и/или ниже по меньшей мере одного слоя серебра. Используемая подложка равным образом может быть из пластмассы, в частности из прозрачной пластмассы. Дополнительно, предметом изобретения является способ изготовления подложки, такой как описанная перед этим, т.е. способ нанесения набора слоев, в котором на подложку катодным напылением в камере напыления с облучением по меньшей мере одним пучком ионов, происходящим из ионного источника, наносят по меньшей мере один слой диэлектрика, в частности, в присутствии магнитного поля и предпочтительно реакционноспособный в присутствии кислорода и/или азота. По способу согласно изобретению пучок ионов создают при помощи линейного источника, и показатель преломления вышеупомянутого слоя диэлектрика, облучаемого пучком ионов, может быть установлен в зависимости от параметров ионного источника. Таким образом, показатель преломления слоя диэлектрика, облучаемого пучком ионов, может быть уменьшен или увеличен по отношению к показателю преломления упомянутого слоя, нанесенного в отсутствие пучка ионов. Преимущественно по меньшей мере для части диэлектрических материалов, которые могут быть нанесены, каково бы ни было реализованное изменение показателя, сохраняют плотность слоя диэлектрика, нанесенного на подложку катодным напылением с облучением пучком ионов. Облучение пучком ионов осуществляют в камере напыления одновременно и/или последовательно с нанесением слоя напылением. Под "одновременно" подразумевают тот факт, что материал, входящий в состав тонкого слоя диэлектрика, подвергается воздействиям пучка ионов в то время, когда слой еще не полностью нанесен, т.е. когда он ещ не достиг своей конечной толщины. Под "последовательно" подразумевают тот факт, что материал, входящий в состав тонкого слоя диэлектрика, подвергается воздействиям пучка ионов в то время, когда слой полностью нанесен, т.е. после того, как он достиг его конечной толщины. В варианте с одновременным облучением при нанесении положение ионного(ых) источника(ов) предпочтительно оптимизировано таким образом, чтобы максимум плотности напыляемых частиц, происходящих из мишени, перекрывался с пучком ионов или пучками ионов. Предпочтительно для получения диэлектрического слоя на основе оксида создают пучок ионов кислорода с атмосферой с преобладающим содержанием кислорода, в частности со 100% кислорода у ионного источника, тогда как атмосфера у катода, используемого для напыления, составлена предпочтительно из 100% аргона. В данном варианте облучение пучком ионов осуществляется одновременно с нанесением слоя напылением. С этой целью нет необходимости ограничивать энергию ионов, как в известном уровне техники; напротив, создают пучок ионов с энергией, находящейся в диапазоне от 200 до 2000 эВ, даже находящейся в диапазоне от 500 до 5000 эВ, в частности от 500 до 3000 эВ. Можно направлять пучок ионов на подложку и/или на распыляемый катод, в частности, в направлении или под ненулевым углом к поверхности подложки и/или катода соответственно, так что пучок ионов накладывается на поток нейтральных частиц, выбрасываемых из мишени при напылении. Упомянутый угол может составлять от 10 до 80 по отношению к нормали к подложке, будучи измеренным, например, относительно вертикали в центре катода и, в частности, относительно вертикали к оси катода, когда он цилиндрический. В случае прямого потока на мишень, пучок ионов, происходящих из источника, накладывается на"след потока" мишени, создаваемый распылением, т.ес. центры двух пучков, выходящих соответственно из катода и ионного источника, совмещаются на поверхности подложки. Преимущественно, когда поток ионов может быть также использован вне следа потока и ориентирован на катод, чтобы увеличить степень использования мишени (абляция). Пучок ионсв может в таком случае быть ориентирован на распыляемый катод под углом (10-80) по отношению к нормали к подложке, проходящей через центр катода, и, в частности, через ось катода, когда он цилиндрический. Расстояние от источника до подложки в последовательной или одновременной конфигурации составляет от 5 до 25 см, предпочтительно 105 см. Ионный источник может быть расположен до или после распыляемого катода по направлению перемещения подложки (то есть угол между ионным источником и катодом или подложкой является, соответственно, отрицательным или положительным по отношению к нормали к подложке, проходящей через центр катода). В варианте изобретения в камере для напыления при помощи линейного ионного источника созда-4 012048 ют пучок ионов одновременно с нанесением слоя напылением, затем осуществляют дополнительную обработку нанесенного слоя по меньшей мере одним другим пучком ионов. Настоящее изобретение станет более понятным из следующего ниже детального описания примеров осуществления, не носящих ограничительного характера, и из прилагаемого чертежа, который иллюстрирует продольный разрез установки согласно изобретению. С целью изготовления остеклений, называемых функциональными (для контроля солнечного излучения, с низкой излучательной способностью, нагреваемые стекла), обычно, на подложку наносят набор тонких слоев, содержащий по меньшей мере один функциональный слой. Когда данный функциональный слой или данные функциональные слои представляет(ют) собой, в частности, слой или слои на основе серебра, необходимо нанести слой серебра (с толщиной в интервале от 8 до 15 нм), удельное электрическое сопротивление и/или нормальная излучающая способность которого были бы минимальны. Известно, что для того чтобы это осуществить, пленка серебра должна быть нанесена на подслой оксида цинка:(i) совершенно кристаллический (фаза вюрцита) с предпочтительной ориентацией, образованной базальными плоскостями (плоскости 0002), параллельными подложке;(ii) совершенно гладкий (минимальная шероховатость). Современные технические решения, позволяющие наносить оксид цинка, не позволяют совместно получить указанные две характеристики. Например,решения, позволяющие кристаллизовать оксид цинка (нагрев подложки, увеличение катодной мощности, увеличение толщины, увеличение содержания кислорода), приводят к увеличению шероховатости слоя, что приводит к значительному изменению характеристик слоя серебра, нанеснного сверху; решения, позволяющие наносить слой оксида цинка с низкой шероховатостью, или не шероховатый(нанесение при низком давлении, нанесение слоя очень малой толщины), приводят к частичной аморфизации слоя серебра, что ухудшает качество гетеро-эпитаксиального наращивания серебра на ZnO. В рамках изобретения удивительным образом обнаружили, что нанесение, в частности, оксида цинка, а также множества других диэлектриков, осуществляемое при содействии пучка ионов, происходящих из линейного источника, позволяет при некоторых условиях нанести слой с высокой степенью кристалличности и предельно низкой шероховатостью. Это позволяет значительно улучшить качество слоя серебра, наносимого на диэлектрический подслой методом эпитаксии, и, следовательно, как оптические,так и механические характеристики наборов слоев. Сравнительный пример 1. В данном примере слой оксида цинка толщиной 40 нм наносят на стеклянную подложку (1) при помощи установки (10), показанной на чертеже. Данная установка для нанесения покрытия содержит камеру для вакуумного напыления (2), в которой подложка (1) перемещается на средствах конвейерной доставки, не изображенных здесь, по направлению и в сторону, показанную стрелкой F. Данная установка (2) содержит систему для катодного напыления (5) в присутствии магнитного поля. Данная система содержит по меньшей мере один вращающийся цилиндрический катод (но он, равным образом, мог бы быть плоским), который простирается точно на всю ширину подложки, при этом ось катода расположена точно параллельно подложке. Данная система катодного напыления (5) расположена над подложкой на высоте Н 5, равной 265 мм. Материал, выделяющийся из катода системы напыления, направляется на подложку точно в форме пучка (6). Установка (2) содержит также линейный ионный источник (4), испускающий пучок ионов (3), который также простирается точно на всю ширину подложки. Данный линейный ионный источник (4) расположен перед катодом, в соответствии с направлением перемещения подложки, на расстоянии L4, равном 170 мм, от оси катода, на высоте Н 4, равной 120 мм, над подложкой. Ионный пучок (3) ориентирован под углом А по отношению к вертикали к подложке, проходящей через ось катода. Упомянутое нанесение покрытия осуществляют известным методом катодного напыления на подложку (1), которая перемещается в камере напыления (2) перед катодом вращающегося типа на основеZn, содержащего около 2 мас.% алюминия, в атмосфере, содержащей аргон и кислород. Скорость перемещения составляет по меньшей мере 1 мм/мин. Условия нанесения, представленные в табл. 1 а, следующей ниже, приспособлены для того, чтобы создать слой оксида цинка с небольшим недостатком состава против стехиометрического с показателем 1,88 (тогда как слой стехиометрического ZnO имеет показатель от 1,93 до 1,95). Полученный слой анализируют методом отражения рентгеновских лучей для того, чтобы определить его плотность и толщину, и методом дифракции рентгеновских лучей для того, чтобы определить его кристалличность. Спектр обнаруживает пик при 2=34, типичный для ZnO (0002). На основании спектра дифракции рентгеновских лучей делают вывод о размере кристаллитов по классической форму-5 012048 ле Шеррера (Scherrer) и используя фундаментальные параметры. Равным образом, измеряют прохождение света через подложку, отражение света от подложки и поверхностное сопротивление. Измеренные величины представлены в табл. 1 б, следующей ниже. Пример 1. В данном примере на стеклянную подложку наносят согласно изобретению слой оксида цинка толщиной 40 нм. Упомянутое нанесение осуществляют катодным напылением на подложку, которая перемещается в той же самой камере напыления, что и в сравнительном примере 1, в атмосфере у распыляемого катода,содержащей только аргон. Расположенный в камере напыления линейный ионный источник используют для того, чтобы создать одновременно с напылением ионный пучок, исходя из атмосферы у источника,состоящей из 100% кислорода. Источник наклонн таким образом, чтобы направлять пучок на подложку под углом 30. Данные модифицированные условия нанесения позволяют получить слой оксида цинка, имеющий показатель 1,88, плотность которого идентична плотности контрольного материала. Оптические свойства только немного затронуты облучением пучком ионов. Спектр дифракции рентгеновских лучей обнаруживает очень интенсивный пик (0002) ZnO, который указывает, при постоянной толщине ZnO, на увеличение количества ZnO, которое кристаллизуется и/или имеет более резко выраженную ориентацию. Методом МСВИ (SIMS) измеряют содержание железа меньше 1 ат.%. Методом спектрометрии обратного рассеяния Рутерфорда измеряют, что слой ZnO содержит аргон в количестве 0,45 ат.%. Таблица 1 а Пример 2. В данном примере на стеклянную подложку наносят набор слоев ZnO 10 нм/Ag 19,5 нм/ZnO 10 нм, в котором нижний слой оксида цинка получают, как в примере 1, с облучением пучком ионов. Чтобы получить нижний слой, действуют, как в примере 1, подбирая время пребывания подложки в камере для того, чтобы уменьшить до 10 нм толщину слоя оксида. Затем заставляют подложку перемещаться перед серебряным катодом в атмосфере, состоящей из 100% аргона, затем вновь перед цинковым катодом в атмосфере аргона и кислорода в условиях сравнительного примера 1. Данный набор слоев анализируют методом дифракции рентгеновских лучей для того, чтобы определить его состояние кристаллизации. Спектр обнаруживает пик при 2=34, типичный для ZnO, и пик-6 012048 при 2=38, типичный для серебра. На основании спектра дифракции рентгеновских лучей делают вывод о размере кристаллитов серебра по классической формуле Шеррера (Scherrer) и используя фундаментальные параметры. Равным образом, измеряют прохождение света через подложку, отражение света от подложки и поверхностное сопротивление. Результаты представлены в табл. 2, следующей ниже. Сравнивают полученные свойства со свойствами сравнительного примера 2, в котором нижний слой оксида цинка получают без облучения пучком ионов. Сравнение обнаруживает, что кристаллизация слоя серебра значительно улучшена, когда подслой оксида цинка получен с облучением пучком ионов, что выражается в более низком поверхностном сопротивлении или в улучшенной удельной проводимости. Таблица 2 Сравнительный пример 3. В данном примере на стеклянной подложке получают набор слоев в котором нижний слой оксида цинка получают, как в примере 1, с облучением пучком ионов. Чтобы получить слой оксида цинка, действуют, как в примере 1, подбирая время пребывания подложки в камере для того, чтобы уменьшить до 8 нм толщину слоя оксида. Затем заставляют подложку перемещаться перед серебряным катодом в атмосфере, состоящей из 100% аргона. Оптические свойства и характеристики сравнительного примера для простого стекла ПС (SV) и двойного стекла (ДС (DV) 4/15/4, внутренний слой которого содержит 90% Ar) представлены в табл. 3,следующей ниже. Пример 3. Данный пример осуществляют в тех же самых условиях нанесения, что и условия сравнительного примера 3, за исключением того, что линейный ионный источник расположен в камере напыления и используется для того, чтобы во время формирования слоя на основе оксида цинка создать одновременно с напылением пучок ионов, с атмосферой у источника, состоящей из 100% кислорода. Источник наклонен таким образом, чтобы направлять пучок на подложку под углом 30, и расположен на расстоянии приблизительно 14 см от подложки. Указанные модифицированные условия нанесения дают возможность получить слой оксида цинка,имеющий показатель, точно идентичный показателю сравнительного слоя. Оптические свойства и характеристики примера 3 для простого стекла ПС (SV) и двойного стекла(ДС (DV) 4/15/4, внутренний слой которого содержит 90% Ar) также представлены в табл. 3, следующей ниже. Таблица 3-7 012048 Как могут это констатировать, оптические свойства только немного затронуты облучением пучком ионов, но термические свойства сильно улучшены, так как получено 10%-ное увеличение в терминах поверхностного сопротивления (R) и нормальной излучательной способности (n). Сравнительный пример 4. На стеклянной подложке получают набор слоев, имеющих следующие толщины (в нанометрах), соответствующий набору слоев, поставляемому в продажу фирмой SAINT Оптические свойства и характеристики сравнительного примера 4 двойного стекла (4/15/4, внутренний слой которого составлен на 90% из Ar) представлены в табл. 4, следующей ниже. Пример 4. Набор слоев, имеющих те же самые толщины, что в сравнительном примере 4, получают в тех же самых условиях, что и условия сравнительного примера 4, за исключением того, что линейный ионный источник расположен в камере напыления и используется для того, чтобы во время получения каждого слоя на основе оксида цинка, лежащего непосредственно ниже каждого функционального слоя на основе серебра, создать одновременно с напылением ионный пучок. Атмосфера у источника состоит из 100% кислорода. Источник наклонен таким образом, чтобы направлять пучок на подложку под углом 30, и расположен на расстоянии приблизительно 14 см от подложки. Энергия ионного пучка при каждом прохождении порядка 1000 эВ. Давление внутри камеры составляет 0,1 мкбар во время первого прохождения и 4,3 мкбар во время второго прохождения, при мощности мишени 5,5 кВт во время первого прохождения и 10 кВт во время второго прохождения. Указанные модифицированные условия нанесения дают возможность получить слой оксида цинка,имеющий показатель, точно идентичный показателю сравнительного слоя. Оптические свойства и характеристики примера 4 двойного стекла (4/15/4, внутренний слой которого составлен на 90% из Ar) также представлены в табл. 4, следующей ниже. Как могут это констатировать, оптические свойства только немного затронуты облучением пучком ионов, но термические свойства сильно улучшены, так как получено, равным образом, 10%-ное увеличение в терминах поверхностного сопротивления (R). Таблица 4 Пример 5. Наносят набор слоев: стекло/Si3N4/ZnO (25 нм)/Ag (9 нм), затем измеряют кристаллографические характеристики оксида цинка и электрические характеристики слоев серебра. Сверх того оценивают СК шероховатость образцов стекло/ZnO (25 нм), не покрытых серебром и полученных в тех же самых условиях, что перед этим. Угол наклона А ионного источника по отношению к подложке - 30. Измеренные величины представлены в табл. 5, следующей ниже. Итак, с удивлением замечают, что использование нанесения ZnO при содействии пучка ионов позволяет в указанном выше наборе слоев уменьшить шероховатость слоя, нанесенного таким образом. Пример 6. На стекло наносят монослои TiO2 при содействии или без содействия ионного источника,затем измеряют шероховатость путем моделирования оптических характеристик (дисперсионное соотношение) и методом отражения рентгеновских лучей. Угол наклона А ионного источника по отношению к подложке - 20. Измеренные величины представлены в табл. 6, следующей ниже. Таблица 6 Настоящее изобретение описано в том, что предшествует, в качестве примера. Подразумевается,что специалист в состоянии реализовать различные варианты изобретения, тем не менее, не выходя из объема охраны патента, такого как определенный пунктами формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Подложка (1) для остеклений, покрытая по меньшей мере одним тонким слоем диэлектрика, полученным нанесением катодного напыления, реакционноспособным в присутствии кислорода, и облучением по меньшей мере одним пучком ионов (3), происходящим из ионного источника (4) при условиях,приводящих к получению кристаллического слоя, вышеупомянутый слой диэлектрика представляет собой слой из оксида металла или кремния, стехиометрического или нестехиометрического, или из оксинитрида металла или кремния. 2. Подложка по п.1, отличающаяся тем, что она является стеклянной. 3. Подложка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что слой диэлектрика, облученный пучком ионов,имеет шероховатость, которая по меньшей мере на 20% меньше шероховатости такого же слоя диэлектрика, который не облучался пучком ионов. 4. Подложка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что вышеупомянутое напыление выполняют при помощи магнитного поля. 5. Подложка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что вышеупомянутый слой диэлектрика представляет собой слой из оксида по меньшей мере одного элемента, выбранного из кремния, цинка, тантала, титана, олова, алюминия, циркония, ниобия, индия, церия, вольфрама. 6. Подложка по п.5, отличающаяся тем, что слой представляет собой слой оксида цинка и имеет показатель преломления меньше или равный 1,95, в частности от 1,35 до 1,95. 7. Подложка по п.5 или 6, отличающаяся тем, что слой представляет собой слой оксида цинка и имеет степень кристалличности больше 90% и, в частности, больше 95%. 8. Подложка по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что вышеупомянутый слой диэлектрика представляет собой слой из оксинитрида кремния. 9. Подложка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что вышеупомянутый слой имеет содержание аргона порядка от 0,2 до 0,6 ат.%. 10. Подложка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что вышеупомянутый слой-9 012048 имеет содержание железа меньше или равное 3 ат.%. 11. Подложка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что она покрыта набором слоев, в котором слой серебра расположен выше вышеупомянутого слоя диэлектрика, облученного пучком ионов. 12. Подложка по п.11, отличающаяся тем, что другой слой диэлектрика расположен выше слоя серебра. 13. Подложка по п.11 или 12, отличающаяся тем, что набор слоев содержит по меньшей мере два слоя серебра. 14. Подложка по любому из пп.11-13, отличающаяся тем, что она имеет поверхностное сопротивление меньше 6 / , даже меньше 2,1 / , в частности порядка 1,9 / . 15. Остекление, в частности двойное или многослойное, содержащее по меньшей мере одну подложку (1) по любому из пп.1-14. 16. Способ нанесения тонкого слоя на подложку (1), в котором наносят по меньшей мере один тонкий слой диэлектрика на подложку катодным напылением, реакционноспособный в присутствии кислорода, в камере напыления (2) с облучением по меньшей мере одним пучком ионов (3), происходящим из ионного источника (4), отличающийся тем, что создают пучок ионов в камере напыления и осуществляют кристаллизацию вышеупомянутого слоя диэлектрика, облучаемого пучком ионов, путем облучения пучком ионов указанного слоя диэлектрика из оксида металла или кремния, стехиометрического или нестехиометрического, или из оксинитрида металла или кремния. 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что создают пучок ионов кислорода. 18. Способ по п.16 или 17, отличающийся тем, что создают пучок ионов с энергией, находящейся в диапазоне от 200 до 2000 эВ, даже находящейся в диапазоне от 500 до 5000 эВ. 19. Способ по любому из пп.16-18, отличающийся тем, что вышеупомянутый слой диэлектрика, нанесенный на подложку катодным напылением с облучением пучком ионов, имеет очень низкую шероховатость. 20. Способ по любому из пп.16-19, отличающийся тем, что облучение пучком ионов осуществляют одновременно с нанесением слоя напылением. 21. Способ по любому из пп.16-20, отличающийся тем, что облучение пучком ионов осуществляют последовательно по отношению к нанесению слоя напылением. 22. Способ по любому из пп.16-21, отличающийся тем, что направляют пучок ионов на подложку(1), в частности, в направлении, образующем ненулевой угол с поверхностью подложки, предпочтительно в направлении, образующем угол от 10 до 80 с поверхностью подложки. 23. Способ по любому из пп.16-22, отличающийся тем, что направляют пучок ионов по меньшей мере на один катод, в частности, в направлении, образующем ненулевой угол с поверхностью катода,предпочтительно в направлении, образующем угол от 10 до 80 с поверхностью упомянутого катода. 24. Способ по любому из пп.16-23, отличающийся тем, что пучок ионов создают при помощи линейного источника. 25. Способ по любому из пп.16-24, отличающийся тем, что на вышеупомянутый слой диэлектрика наносят по меньшей мере один функциональный слой, в частности, на основе серебра и осуществляют кристаллизацию вышеупомянутого функционального слоя. 26. Способ по п.25, отличающийся тем, что увеличивают размер кристаллитов слоя серебра порядка на 30-40%. 27. Способ по любому из пп.16-26, отличающийся тем, что слой диэлектрика представляет собой слой на основе оксида цинка. 28. Способ по любому из пп.16-27, отличающийся тем, что создают пучок ионов (3) в камере напыления (2) при помощи линейного ионного источника (4) одновременно с нанесением слоя напылением,осуществляют дополнительную обработку нанесенного слоя, по меньшей мере, другим пучком ионов. 29. Способ по любому из пп.16-27, отличающийся тем, что нанесение осуществляют магнитным полем. 30. Установка (10) для нанесения покрытия на подложку (1) для изготовления подложки по любому из пп.1-14 или для осуществления способа по любому из пп.16-29, содержащая камеру напыления (2), в которой на подложку наносят по меньшей мере один тонкий слой диэлектрика катодным напылением,реакционноспособный в присутствии кислорода, с облучением по меньшей мере одним пучком ионов(3), отличающаяся тем, что она содержит в камере напыления (2) по меньшей мере один линейный ионный источник (4), способный создавать по меньшей мере один пучок ионов, причем указанный слой диэлектрика состоит из оксида металла или кремния, стехиометрического или нестехиометрического, или из оксинитрида металла или кремния. 31. Установка по п.30, отличающаяся тем, что линейный ионный источник расположен таким образом, чтобы направлять пучок ионов на подложку, в частности, в направлении, образующем ненулевой угол, предпочтительно от 10 до 80 с поверхностью подложки. 32. Установка по п.30 или 31, отличающаяся тем, что линейный ионный источник расположен та- 10012048 ким образом, чтобы направлять пучок ионов по меньшей мере на один катод, в частности, в направлении, образующем ненулевой угол, предпочтительно от 10 до 80 с поверхностью упомянутого катода. 33. Установка по любому из пп.30-32, отличающаяся тем, что напыление осуществляют при помощи магнитного поля.

МПК / Метки

МПК: C03C 17/22, C03C 17/245, C23C 14/34

Метки: слоем, изготовления, диэлектрика, устройство, подложка, способ, покрытая

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/12-12048-podlozhka-pokrytaya-sloem-dielektrika-sposob-i-ustrojjstvo-dlya-eyo-izgotovleniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Подложка, покрытая слоем диэлектрика, способ и устройство для её изготовления</a>

Похожие патенты