PROCESS FOR MAKING TIN OXIDE INTERFERENCE LAYERS PARTICULARLY OF HEAT REFLECTING COATED GLASS PANES, BY REACTIVE MAGNETRON PULVERISATION, AND HEAT REFLECTING GLASS PLANE PROVIDED WITH A TIN OXIDE LAYER ACCORDING TO IT

Abstract: 1. A process for making tin dioxide interference layer(s) for an interference filter comprising at least one heat-reflecting gold, silver or copper layer and at least one tin dioxide interference layer, more particularly as a heat-reflecting coating for a pane of glass or the like, by reactive magnetron sputtering using a tin target, characterised in that the tin target used for the reactive magnetron atomization contains an addition of at least one metal of groups Va or Vb of the periodic system.

Description: Verfahren zum Herstellen der Zinndioxid-Interferenzschicht (en) insbesondere von wärmereflektierend beschichteten Glasscheiben durch reaktive MAGNETRON-Zerstäubung, Zinntarget zu seiner Durchführung sowie mit einer danach hergestellten Zinndioxidschicht versehene wärmereflektierende Glasscheibe Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen der Zinndioxid-Interferenzschicht(en) eines wenigstens eine wärmereflektierende Gold-, Silber- oder Kupferschicht sowie wenigstens eine Zinndioxid-Interferenzschicht aufweisenden Interferenzfilters, ein Zinntarget zur Durchführung dieses Verfahrens sowie eine mit einer nach diesem Verfahren hergestellten Zinndioxidschicht versehene wärmereflektierende Glasscheibe. Bei der Herstellung der gattungsgemässen Interferenzfilter hat sich als Vakuum-Beschichtungsverfahren insbesondere die MAGNETRON-ZerstSubung (US-PS 41 66 018) bewährt. Sie zeichnet sich namlich durch hohe Beschichtungsraten aus. Dieses Verfahren ermöglicht in besonders wirtschaftlicher Weise die Herstellung der bei solchen Filtern verwendeten Interferenzschichten. Als Material dafür ist insbesondere Zinndioxid geeignet. Zinndioxidschichten lassen sich nämlich mit hohen Zerstäubungsraten nach dem Verfahren der reaktiven MAGNETRON-Zerstäubung herstellen. Bei diesem Verfahren erfolgt die Zerstäubung von Zinntargets in einer Gasatmosphäre, welche Sauerstoff enthält, wobei sich durch den reaktiven Prozess auf dem Substrat eine Zinndioxidschicht bildet. Bei der Herstellung der Zinndioxid-Interferenzschicht(en) von wenigstens eine Gold-, Silber- oder Kupferschicht aufweisenden Interferenzfiltern, wie sie insbesondere als wärmereflektierende Beschichtung von Glasscheiben verwendet werden, durch reaktive MAGNETRON-Zerstäubung von Zinntargets treten bei längerer Betriebszeit Störungen im Beschichtungsprozess auf. Diese Störungen ergeben sich nach vorheriger Reinigung der Anodenbleche - nach einer Betriebszeit der Kathoden von etwa 50 Stunden, wenn der Beschichtungsprozess mit der aus wirtschaftlichen Gründen erforderlichen möglichst hohen Aufstäubrate der Zinndioxidschicht von etwa 40 i/sec. durchgeführt wird. Bei entsprechend niedrigen Aufstäubraten dauert es entsprechend länger, bis die Störungen im Beschichtungsprozess einsetzen. Dabei kommt es in Verbindung mit einem elektrischen Uber- schlag von der Targetoberfläche zu den seitlich angeordneten Anoden zu lokalen Schichtbeschädigungen in Form von Flecken von mehreren Zentimetern Ausdehnung auf dem beschichteten Substrat. Diese Flecken haben z.B. ein bläuliches, visuell stark störendes Aussehen, wenn bei einem Interferenzfilter, bei welchem die wärmereflektierende Silberschicht beidseitig in Zinndioxid-Schichten eingebettet ist, auf die Silberschicht die äussere Interferenzschicht aus Zinndioxid unter Auftreten dieser Störungen aufgebracht wird. Auslösendes Element für die Schichtstörungen ist in allen Fällen ein elektrischer Überschlag von der Targetoberfläche zu den seitlich angeordneten Anoden. Solche Uberschläge in Form einer lokalen Lichtbogenentladung können bei Dauerbetrieb der Kathoden in gewissen Zeitabständen immer auftreten. Dafür gibt es verschiedene Ursachen, wie z.B. eine Porosität der Targetoberfläche oder Beschichtungsmaterial, welches sich von den Anodenoberflächen oder anderen Abschirmblechen löst und auf die Targetoberfläche fällt. Ein solcher Uberschlg beeinträchtigt an und für sich die Schichtgualität noch nicht in störendem Masse. Durch die elektronische Schutz schaltung der Sputterversorgung wird nämlich die Lichtbogenentladung durch Abschaltung der an der Kathode liegenden Spannung sofort gelöscht. Nach einer Abschaltzeit von einiaen 10 Millisekunden wird dann das Entladungsplasma wieder gezündet. Auch die durch diese Abschaltzeit ausgelöste Unterbrechung des Beschichtungsprozesses ist dabei noch so kurzzeitig, dass dadurch keine störenden Schichtdickenschwankungen hervorgerufen werden. Störende Schichtveränderungen in Verbindung mit einem elektrischen Überschlag ergeben sich - wie bereits ausgeführt erst nach längerer Betriebszeit der Kathode. Die Ursachen dafür sind nicht bekannt. Wir vermuten, dass ein Zusammenhang besteht mit den sich im Laufe der Zeit bei Durchführung des reaktiven Beschichtungsprozesses auf den seitlichen Anodenoberflächen bildenden Ablagerungsschichten. Bei diesen Ablagerungen handelt es sich um Zinnmaterial, das durch die Wechselwirkung mit dem reaktiven Plasma während der Diffusion zu diesen Flächen zumindest teilweise oxidiert wird. Die Zusammensetzung dieser Ablagerungsschichten ist nicht genau bekannt. Es wird vermutet, dass diese Ablagerungsschichten eine elektrische Isolationswirkungaufweisen, wenn ihre Dicke einen Mindestwert überschreitet. Es zeigen sich nämlich auf ihnen "blitzartige" Entladungsspuren, wenn es nach der genannten Betriebszeit der Kathoden von etwa 50 Stunden zu den störenden Schichtfehlern kommt. Dementsprechend wird man vermuten, dass die mit einem elektrischen Überschlag von der Targetoberfläche zu den Anoden auftretenden lokalen hohen elektrischen Ströme durch die Ablagerungsschichten hindurch nicht mehr ausreichend gut zur darunterliegenden Metallfläche abgeführt werden. Diese Strombehinderung führt dazu, dass die elektronische Schutzschaltung die Kathode beim Auftreten eines Überschlages nicht mehr sofort abschaltet, weil die benötigten Soll-Überstroittwerte nicht oder nicht schnell genug erreicht werden. Die Folge davon könnte sein, dass das lokale intensive Plasma bei der sich ergebenden längeren Einwirkungszeit zu Schichtbeschädigungen führt. Hierbei handelt es sich aber nur um eine mögliche Erklärung des Phänomens, dessen Ursachen letztlich nicht bekannt sind, da sich wegen der Komplexität der Vorgänge beim Zünden derartiger Lichtbogenentladungen nur Vermutungen anstellen lassen. Insgesamt haben die vorstehend beschriebenen Störungen, insbesondere die auf die Ablagerungen auf den Anoden zurückzuführenden, einen negativen Einfluss auf diejenige Betriebszeit, welche ohne störende Schichtveränderungen bei der Herstellung der entsprechenden Interferenzfilter zugelassen werden kann. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches ohne Qualitätsbeeinträchtigung des herzustellenden Interferenzfilters eine verlängerte Betriebsdauer für den Beschichtungsprozess ermöglicht, wobei ausserdem ein für die Durchführung dieses Verfahrens geeignetes Zinntarget sowie eine nach dem Verfahren herzustellende wärmereflektierende Glasscheibe angegeben werden sollen. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass für die reaktive MAGNETRON-Zerstäubung ein Zinntarget verwendet wird, welches einen Zusatz wenigstens eines Metalles aus den Gruppen Va oder Vb des Periodischen Systems enthält. Die Erfindung schlägt weiterhin ggf. vor, dass der Zinntargetzusatz zwischen 0,3 und 4 Gew.-%, bezogen auf die Zinnmasse, beträgt. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Zinntargetzusatz ca. 1 Gew.-%, bezogen auf die Zinnmasse des Zinntargets, beträgt. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung sieht vor, dass als Zinntargetzusatz Antimon verwendet wird. Das erfindungsgemäss vorgesehene Zinntarget zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen Zinntargetzusatz aus wenigstens einem Metall aus den Gruppen Va oder Vb des Periodischen Systems. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Zinntargetzusatz zwischen 0,3 und 4 Gew.-%, bezogen auf die Zinnmasse des Zinntargets, beträgt. Erfindungsgemäss kann weiterhin ggf. vorgesehen sein, dass der Zinntargetschutz ca. 1 Gew.-%, bezogen auf die Zinnmasse des Zinntargets, beträgt. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Zinntargets ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zinntargetzusatz Antimon aufweist. Schliesslich ist die erfindungsgemäss vorgeschlagene wärmereflektierende Glasscheibe mit einer wenigstens eine wärmereflektierende Gold-, Silber oder Kupferschicht sowie wenigstens eine Zinndioxid-Interferenzschicht aufweisenden wärmereflektierenden Beschichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Zinndioxidschicht(en) nach dem erfindungsgemässen Verfahren, wie vorstehend beschrieben, hergestellt ist bzw. sind. Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass die Betriebsdauer von MAGNETRON-Kathodenzerstäubungsanlagen beim Aufbringen von Zinndioxid-Interferenzschichten unter Behebung der bislang beobachteten Kathodenstörungen bei Langzeitbetrieb dadurch entscheidend verlängert werden kann, dass für die reaktive Zerstäubung Zinntargets verwendet werden, welche geringe Zusätze wenigstens eines Metalls aus den Gruppen Va und Vb des Periodischen Systems enthalten. a Diese Zusätze sind dabei so gering, dass bei den erforderlichen Interferenzschichtdicken von bis etwa 60 nm durch den Zusatz in den SnO2-Schichten noch keine Zusatzabsorption für sichtbares Licht ausgelöst wird, so dass also die für Interferenzfilter der in Rede stehenden Art erwünschte hohe Lichtdurchlässigkeit erhalten bleibt. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben. Beispiel Zur Herstellung eines als wärmereflektierende Beschichtung einer Fensterscheibe dienenden Interferenzfilters wurde eine Silikatglasscheibe in einer MAGNETRON-Kathodenzerstäubungs- anlage mit einem Interferenzfilter des Aufbaus SnO2-Ag-SnO2 beschichtet. Es wurde ein Zinntarget verwendet, welches mit 1 Gew.-%, bezogen auf die Zinnmasse, Antimon dotiert war. Auch nach einer Betriebs zeit von 100 Stunden wurden beim Aufsputtern der SnO2-Schichten durch die reaktive MAGNETRON Zerstäubung keine erkennbaren Schichtstörungen verursacht, vielmehr waren die hergestellten Interferenzfilter über die gesamte vorgenannte Betriebsdauer, die mit einer bisher möglichen Betriebsdauer von ca. 50 Stunden vergleichbar ist, über die gesamte Scheibenoberfläche optisch einwandfrei. Bei Verwendung der erfindungsgemässen Zinntargets mit Zusätzen zeigte sich überraschenderweise ferner, dass auch die Zahl der elektrischen Uberschläge und der damit durch sie von der elektronischen Schutzschaltung ausgelösten Kathodenabschaltungen geringer als bei einem Target ohne Zusatz ist. Das ist ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Targets mit den genannten Zusätzen. Wie bereits gesagt, ist zwar eine gelegentliche Kathodenabschaltung für die Qualität der Beschichtung noch nicht nennenswert nachteilig, da durch sie der Beschichtungsprozess nur kurzzeitig unterbrochen wird. Das gilt jedoch nicht mehr, wenn sich solche Abschaltungen zeitlich häufen, und die statistische Wahrscheinlichkeit solcher Häufungen wird naturgemass geringer, wenn die Zahl der Abschaltungen insgesamt kleiner ist. Die in der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims: Ansprüche 1. Verfahren zum Herstellen der Zinndioxid-Interferenzschicht(en) eines wenigstens eine wärmereflektierende Gold-, Silber- oder Kupferschicht sowiewenigstens eine Zinndioxid-Interferenzschicht aufweisenden Interferenzfilters, insbesondere als wärmereflektierende Beschichtung einer Glasscheibe oder dergleichen, durch reaktive MAGNETRON-Zerstäubung unter Verwendung eines Zinntargets, dadurch gekennzeichnet-, dass für die reaktive MAGNETRON-Zerstäubung ein Zinntarget verwendet wird, welches einen Zusatz wenigstens eines- Metalles aus den Gruppen Va oder Vb des Periodischen Systems enthalt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zinntargetzusatz zwischen 0,3 und 4 Gew.-%, bezogen auf die Zinnmasse des Zinntargets, beträgt. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zinntargetzusatz ca. 1 Gew.-%, bezogen auf die Zinnmasse des Zinntargets, beträgt. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zinntargetzusatz Antimon verwendet wird. 5. Zinntarget zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Zinntargetzusatz aus wenigstens einem Metall aus den Gruppen Va oder Vb des Periodischen Systems. 6. Zinntarget nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zinntargetzusatz zwischen 0,3 und 4 Gew.-%, bezogen auf die Zinnmasse des Zinntargets, beträgt. 7. Zinntarget nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zinntargetzusatz ca. 1 Gew.-%, bezogen auf die Zinnmasse des Zinntargets, beträgt. 8. Zinntarget nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zinntargetzusatz Antimon aufweist. 9. Wärmereflektierende Glasscheibe mit einer wenigstens eine wärmereflektierende Gold-, Silber- oder Kupferschicht sowie wenigstens eine Zinndioxid-Interferenzschicht aufweisenden wärmereflektierenden Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinndioxidschicht(en) nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt ist bzw. sind.

Inventors: GROTH, ROLF, DR., MULLER, DIETER, DIPL.-PHYS., Müller, Dieter, Dipl.-Phys.
Applicants: FLACHGLAS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1985
Main classification: C03C17
IPC codes: G02B5, C23C14, C03C17