DE10100223A1 - Verfahren zum Beschichten eines Substrats und beschichteter Gegenstand - Google Patents

Abstract

Ein Substrat wird am Umfang einer zylindrischen Substrathalterung, die um ihre Achse drehbar ist, angeordnet und es werden zwei oder mehr Sputter-Kathoden, die die jeweiligen Targets daran befestigt haben, angeordnet, wobei die Oberflächen ihrer Targets parallel zum Umfang der zylindrischen Substrathalterung sind und die Kathoden voneinander beabstandet sind. Die Targets werden gesputtert, während das Substrat mindestens zweimal von den Targets vorbeibewegt wird, wobei auf dem Substrat eine Beschichtung gebildet wird, die die Materialien des Targets umfaßt. Die Targets sind aus Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex; und die Spannung, die während des Sputterns an jede Kathode angelegt wird, wird geändert, um so eine im wesentlichen kontinuierliche Änderung in der Zusammensetzung der Beschichtung in Richtung der Dicke herzustellen.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats durch Sputtern unter Bildung einer Beschichtung und einen dadurch erhaltenen beschichteten Gegenstand. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zum Beschichten eines Substrat mit einer Beschichtung, die einen Zusammensetzungsgradienten in Richtung ihrer Dicke hat, und einen nach diesem Verfahren erhaltenen beschichteten Gegenstand.

Hintergrund der Erfindung

Vakuum-Filmbildungstechniken, z. B. Vakuumverdampfung und Sputtern wurden herkömmlicherweise zur Bildung einer optischen Beschichtung, insbesondere einer Antireflex- Beschichtung auf einem Substrat gewählt, um das Substrat mit einer optischen Funktion, insbesondere einer Antireflexfunktion auszustatten. Da eine exakte Kontrolle der Filmdicke zur Erzielung einer höheren Antireflexfunktion erforderlich ist, wurden Vakuum-Filmbildungstechniken gegenüber chemischen Filmbildungstechniken wie z. B. ein Sol- Gel-Verfahren, wegen ihrer ausgezeichneten Kontrollbarkeit der Filmdicke bevorzugt. Eine Antireflex-Beschichtung hat üblicherweise eine mehrschichtige Laminatstruktur, die abwechselnd Schichten mit starker Lichtbrechung und Schichten mit geringer Lichtbrechung umfaßt.

Wenn eine starke Antireflex-Beschichtung, die eine solche mehrschichtige Struktur hat, daß sie abwechselnd Schichten mit starker Lichtbrechung und Schichten mit geringer Lichtbrechung umfaßt, durch Vakuum-Filmbildungstechniken gebildet wird, ist ein großformatiges Filmbildungssystem erforderlich, um eine Vielzahl von Beschichtungsfilmen unterschiedlicher Zusammensetzung aufzubauen, was zu erhöhten Kosten führt. Außerdem beinhaltet die Bildung einer mehrschichtigen Struktur auf einem Substrat Zeit zum Umschalten der Target-Materialien, was zu einer Erhöhung der Taktzeit führt.

Demnach besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Beschichten eines Substrats mit einer hoch-funktionellen Beschichtung (einer Beschichtung mit geringer Reflexion), ohne daß ein großformatiges Filmbildungssystem erforderlich ist. Die Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Beschichten eines Substrats mit einer Monolayer-Beschichtung, die fähig ist, die Oberflächenreflexion des Substrats über einen breiten Wellenlängenbereich zu reduzieren.

Nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats bereitgestellt, das Anordnen des Substrats am Umfang (Rand) einer zylindrischen Substrathalterung, die um ihre Achse drehbar ist; Anordnen von zwei oder mehr Sputter-Kathoden, die die jeweiligen Targets daran befestigt haben, wobei die Oberflächen der Targets parallel zum Umfang der zylindrischen Substrathalterung sind und die Sputter-Kathoden voneinander beabstandet sind; Sputtern der Targets, während sich der zylindrische Substrathalter dreht, so daß das Substrat mindestens zweimal vor den Targets vorbeibewegt wird, unter Bildung einer Beschichtung auf dem Substrat, die die Materialien der Targets umfaßt, umfaßt, wobei die Targets mindestens zwei unterschiedliche Zusammensetzungsarten haben und das Sputtern so durchgeführt wird, daß eine im wesentlichen kontinuierliche Änderung in der Zusammensetzung der Beschichtung in Richtung der Dicke erfolgt.

Nach dem Beschichtungsverfahren der ersten Ausführungsform der Erfindung hat die resultierende Beschichtung einen Zusammensetzungsgradienten in Richtung ihrer Dicke. Das Verfahren kann z. B. vorteilhafterweise zur Bildung einer Beschichtung angewendet werden, die eine adhäsive Zusammensetzung in dem Teil, der mit dem Substrat in Kontakt steht, und ein abriebfeste Zusammensetzung in der Oberfläche derselben hat. Das Verfahren kann auch zur Bildung einer Antireflex-Beschichtung angewendet werden, deren Zusammensetzungsgradienten so ist, daß der Brechungsindex sich in Richtung ihrer Dicke unter Verringerung des Oberflächen-Reflexionsgrads des Substrats ändert. Das heißt, das Verfahren stellt ein Substrat mit einer Monolayer- Antireflex-Beschichtung bereit, welche den Reflexionsgrad des Substrats über einen breiten Wellenlängenbereich reduziert.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Beschichtungsverfahrens der ersten Ausführungsform kann ein derartiger Zusammensetzungsgradient in Richtung der Dicke erhalten werden, indem die an jede Kathode angelegte Energie (power) während des Sputterns verändert wird.

Durch diese Manipulation kann der Beschichtungsfilm in einfacher Weise einen Zusammensetzungsgradienten erhalten. Wenn die Energie über einen vorher programmierten Kontrollmechanismus an jede Kathode angelegt wird, kann automatisch eine Beschichtung mit einem Zusammensetzungsgradienten mit guter Reproduzierbarkeit gebildet werden. In der vorliegenden Erfindung wird die Dicke der Beschichtung, die abgeschieden wird, während das Substrat vor einer Kathode vorbeibewegt wird, durch die Energie, die an die Kathode angelegt wird, und die Anzahl der Umdrehungen der Substrathalterung bestimmt.

Das zu beschichtende Substrat wird um eine drehbare zylindrische Substrathalterung angeordnet und wird beschichtet, während es sich vor den Targets vorbei bewegt. Vorzugsweise ist die Beschichtungsdicke, die bei jeder Bewegung des Substrats vor jedem Target vorbei (bzw. bei jedem Durchgang) abgeschieden wird, 2 nm oder weniger.

Wenn die Beschichtungsdicke pro Bewegung vor jedem Target vorbei 2 nm übersteigt, wird die Beschichtung eine Struktur mit getrennten Schichten haben, was den Effekt einer Reduzierung des Oberflächen-Reflexionsgrades des Substrats selbst bei einem Zusammensetzungsgradienten von der Substratseite zu der Beschichtungsoberfläche hin verringern würde. Der Vorzug für 2 nm oder weniger als Beschichtungsdicke pro Durchgang basiert auf diesem Grund. Es ist eher bevorzugt, daß die Beschichtung bei unterschiedlichen Zusammensetzungen undeutliche Grenzen hat, wobei ein Material mit niedrigem Brechungsindex und ein Material mit hohem Brechungsindex vermischt werden, als daß sie eine Struktur mit klaren Schichten hat.

Vorzugsweise ist die Beschichtungsdicke, die pro Bewegung vor einem Target vorbei abgeschieden wird, 0,2 nm oder mehr. Um die Dicke kleiner als 0,2 nm zu machen, müßte eine Verlängerung der Beschichtungszeit erfolgen, was wirtschaftlich ungünstig ist. Wenn der wirtschaftliche Nachteil durch Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit der Substrathalterung kompensiert wird, kann dies zu einer Beschädigung des Rotationsmechanismus der Halterung führen.

Die Energie, die an jede Kathode angelegt wird, kann gemäß dem Reflexionsgrad oder dem Transmissionsgrad des Substrats während des Beschichtens verändert werden. Durch diese Manipulation kann der Zusammensetzungsgradient in Richtung der Beschichtungsdicke genau mit zufriedenstellender Reproduzierbarkeit erhalten werden.

Nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch ein Gegenstand mit einer Beschichtung bereitgestellt, die einen Zusammensetzungsgradienten in Richtung ihrer Dicke aufweist und die nach dem oben beschriebenen Beschichtungsverfahren erhalten wird. Ein solcher Artikel umfaßt z. B. ein Substrat mit einer Beschichtung, die eine gute Adhäsion am Substrat und ausgezeichnete Abriebfestigkeit (Verschleißfestigkeit) hat, wobei die Beschichtung reich an einer Adhäsion-verbessernden Komponente an der Substratseite ist, während sie reich an einer abriebfesten Komponente an der Oberfläche ist.

Der obige Gegenstand umfaßt vorzugsweise ein transparentes Glassubstrat und eine Beschichtung, die einen solchen Zusammensetzungsgradienten hat, daß der Brechungsindex von der Substratseite zu der Oberfläche derselben abnimmt.

In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können drei oder mehr Kathoden verwendet werden. In diesem Fall können die Targets, die an zwei der drei Kathoden befestigt sind, dieselbe Zusammensetzung haben und das Target der verbleibenden Kathode hat eine von den zwei anderen verschiedene Zusammensetzung. Die zwei Arten der Target- Materialien werden gleichzeitig gesputtert, während die Energie, die an jede Kathode angelegt wird, um der Beschichtung einen Brechungsindexgradienten zu geben, der auf dem Zusammensetzungsgradienten basiert, gesteuert wird.

Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats unter Bildung einer Beschichtung, die einen Zusammensetzungsgradienten in Richtung der Dicke hat, bereitgestellt, umfassend Anordnen von zwei oder mehr Sputter-Kathoden, die die jeweiligen Targets daran befestigt haben, nahe beieinander in einer Vakuumkammer, die eine kontrollierte Vakuumatmosphäre hat; gleichzeitiges Co-Sputtern der Targets unter Bildung einer Beschichtung, die die Materialien der Targets umfaßt, wobei mindestens eins der Targets sich von dem anderen Target (den anderen Targets) unterscheidet und die Energie, die an jede Kathode angelegt wird, während des Sputterns geändert wird.

Nach dem Beschichtungsverfahren der zweiten Ausführungsform können der Teil der Beschichtung, der mit dem Substrat in Kontakt steht, und die Oberfläche der Beschichtung mit verschiedener Zusammensetzung hergestellt werden. Es besteht keine Notwendigkeit, Schichten unterschiedlicher Zusammensetzungen aufzubauen; eine großformatige Apparatur zur Vakuum-Filmbildung, wie sie zur Herstellung einer mehrschichtigen Beschichtung verwendet wurde, ist nicht mehr erforderlich. Das heißt, es kann eine Vakuum- Filmbildungsapparatur kleiner Größe entsprechend der Größe eines Substrats gewählt werden, was zu einer Reduzierung der Kosten für Geräte führt.

Das Beschichtungsverfahren der zweiten Ausführungsform macht es möglich, die Zusammensetzung einer Beschichtung in Richtung ihrer Dicke zu ändern, um die optischen Charakteristika wie z. B. den Brechungsindex der Beschichtung zu steuern; dadurch wird eine Antireflex-Beschichtung mit einer Monolayer-Struktur durch Kontrolle der Zusammensetzungsänderung gebildet. Die Energie, die an die Sputter-Kathoden angelegt wird, wird in spezifischer Weise geändert, um ein Substrat mit einem Monolayer- Beschichtungsfilm zu überziehen, dessen Brechungsindex in Richtung der Dicke von der Substratseite zu der Oberfläche hin abnimmt, wodurch der Reflexionsgrad des Substrats verringert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Beschichtungsverfahrens der zweiten Ausführungsform wird die Energie, die an jede Kathode angelegt wird, auf der Basis der Messungen des Reflexionsgrads oder des Transmissionsgrads des Substrats, während es beschichtet wird, geändert. Diese bevorzugte Ausführungsform verwirklicht den ins Auge gefaßten Zusammensetzungsgradienten exakt und mit guter Reproduzierbarkeit.

Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird auch ein Gegenstand bereitgestellt, der ein Substrat und eine Monolayer-Antireflex-Beschichtung, welche nach dem obigen Beschichtungsverfahren erhalten wird, umfaßt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Querschnitt eines Gegenstandes gemäß der ersten Ausführungsform und zeigt auch die Brechungsindexverteilung des Gegenstands in Richtung der Dicke.

Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht der Sputter- Apparatur, die zur Durchführung der ersten Ausführungsform eingesetzt wird.

Fig. 3 ist ein Querschnitt von Fig. 2 entlang der Linie A-A.

Fig. 4 ist ein Querschnitt der Fig. 2 entlang der Linie B-B.

Fig. 5 ist ein Querschnitt eines beschichteten Gegenstands nach der zweiten Ausführungsform.

Fig. 6 erläutert die Anordnung der Kathoden in einer Sputter-Apparatur, die zur Durchführung der zweiten Ausführungsform eingesetzt wird.

Fig. 7 ist eine schematische Draufsicht einer der Sputter- Apparaturen, die zur Durchführung der zweiten Ausführungsform eingesetzt werden können.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden detailliert anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Erste Ausführungsform

Der Gegenstand, der eine Glasplatte mit einer Antireflex- Beschichtung, die einen Brechungsindex hat, der sich in Richtung ihrer Dicke kontinuierlich verändert, umfaßt, wird im folgenden detailliert beschrieben. Fig. 1 ist ein Querschnitt eines beschichteten Gegenstandes gemäß der Erfindung. Der in Fig. 1 dargestellte Gegenstand 1 umfaßt eine Glasplatte 2 und eine Antireflex-Beschichtung 3, die einen Brechungsindexgradienten in Richtung ihrer Dicke hat. Die Beschichtung 3 besteht im wesentlichen aus Titandioxid (TiO₂) in der Grenzfläche zu der Glasplatte 2 und aus Siliciumdioxid (SiO₂) in der Oberfläche derselben. Die Zusammensetzung der Beschichtung variiert in Richtung der Dicke, so daß der Brechungsindex von der Substratseite zu der Oberflächenseite hin abnimmt. Es ist bevorzugt, daß der Brechungsindex des Teils auf der Substratseite höher ist als der des Glassubstrats, während der Brechungsindex der Oberfläche der Beschichtung kleiner als der des Glassubstrats ist.

Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht eines Beispiels der Sputter-Apparatur, die zur Durchführung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Die Fig. 3 und 4 sind Querschnitte entlang der Linie A-A bzw. der B-B von Fig. 2. Die Sputter-Apparatur des Karussell-Typs 10 hat eine geschlossene zylindrische Form, die aus einer zylindrischen Wand 10a, einem Boden 10b und einem oberen Teil 10c besteht. Der geschlossene Zylinder hat einen Vakuumanschluß 16, der an eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) angeschlossen ist, und eine Sputter-Gaseinlaßöffnung 17, die zu einem Gaszuführmechanismus (nicht gezeigt) führt. Das Innere des Zylinders 10 wird mit Hilfe der Vakuumpumpe und dem Gaszuführmechanismus in einer kontrollierten Vakuumatmosphäre gehalten.

Ein Vielzahl von Substraten 19 werden um eine Substrathalterung 14, die um ihre Achse 15 drehbar ist, angeordnet. Kathoden 11A und 11B sind an der Innenfläche der Zylinderwand 10a angeordnet, und Targets 12a und 12b, die sich von dem Target 12a unterscheiden, sind an den Kathoden 11A bzw. 11B befestigt. Aus einer Energiequelle 13A und 13B wird eine Spannung an die Kathoden 11A bzw. 11B angelegt, um die Targets 12A und 12B gleichzeitig in einer Sputter- Atmosphäre, die Argon enthält, zu sputtern, um dadurch die Materialien der Targets 12A und 12B auf den umlaufenden Substraten 19 an der sich drehenden Halterung 14 abzuscheiden.

Das Target 12A ist z. B. metallisches Titan zur Bildung eines Films mit hohem Brechungsindex (TiO₂-Film) und das Target 12B ist z. B. Quarzglas zur Bildung eines Film mit niedrigem Brechungsindex (SiO₂-Film).

Die an die Kathoden angelegte Energie kann zur Herstellung eines Beschichtungs-Zusammensetzungsgradienten wie folgt geändert werden. Wenn metallisches Titan an der Kathode 11A befestigt ist und Quarzglas an der Kathode 11B befestigt ist, kann das Titandioxid : Siliciumdioxid-Verhältnis in der Beschichtung beispielsweise 2 : 1 gemacht werden, indem die angelegte Energie so gesteuert wird, daß die Sauerstoff­ reaktive Sputter-Rate von metallischem Titan doppelt so hoch sein kann wie die Siliciumdioxid-Sputter-Rate. Die Zusammensetzung der Beschichtung kann auf diese Weise durch Veränderung der Energie, die während des Sputterns an jede Kathode angelegt wird, in Richtung der Dicke geändert werden. Das Sputtern der Targets kann durch Gleichstrom-Magnetron- Sputtern, RF-Magnetron-Sputtern und dgl. durchgeführt werden.

Die Steuerung für eine kontinuierliche Änderung der Energie, die während der Filmbildung an jede Kathode angelegt wird, wird herkömmlicherweise durch einen Monitor 18 für den optischen Transmissionsgrad oder den Reflexionsgrad durchgeführt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Der Monitor 18 für den Transmissionsgrad oder den Reflexionsgrad ist gegenüber einem der Substrate angeordnet, um den Transmissionsgrad oder den Reflexionsgrad der Beschichtung, während diese gebildet wird, zu messen; die Daten werden in einem Rechner verarbeitet und zu einem Rückkoppelungskontrollsystem geschickt, um die anzulegende Energie zu steuern. Durch dieses Rückkopplungskontrollsystem kann die Beschichtungsrate auf eine vorher bestimmte eingestellt werden, wodurch Schwankungen in den optischen Charakteristika der Beschichtung unterdrückt werden.

Die an jede Kathode angelegte Energie wird vorzugsweise so gesteuert, daß sie die Abscheidungsdicke pro Bewegung jedes Substrats vor den beiden Targets vorbei auf 2 nm oder weniger begrenzt. Wenn die Abscheidungsdicke pro Bewegung an Targets vorbei 2 nm übersteigt, werden die Grenzen unter den unterschiedlichen Zusammensetzungen klar, wobei jede Schicht, die aus einer einzelnen Komponente besteht als optisch unabhängige Schicht deutlich wird. Die Abscheidungsdicke pro Durchgang kann auf 2 nm oder weniger begrenzt werden, indem die Energie, die an das Target angelegt wird, reduziert wird oder indem die Rotationsgeschwindigkeit der Substrathalterung erhöht wird.

Zweite Ausführungsform

Fig. 5 ist ein Querschnitt eines Gegenstandes gemäß der zweiten Ausführungsform. Der Gegenstand 20, der in Fig. 5 gezeigt ist, umfaßt eine Glasplatte und eine Monolayer- Antireflex-Beschichtung 22 mit einem Zusammensetzungsgradienten, so daß der Brechungsindex von der Substratseite zu ihrer Oberfläche hin abnimmt.

Beispielsweise kann die Beschichtung 22 in der Nähe der Grenzfläche zur Glasplatte 21 reich an Titandioxid sein und in der Nähe ihrer Oberfläche reich an Siliciumdioxid sein; dabei nimmt der Titandioxid-Gehalt kontinuierlich in Richtung von der Substrat-Seite zu der Oberfläche der Beschichtung hin ab, während der Siliciumdioxid-Gehalt zur Oberfläche hin kontinuierlich zunimmt, wodurch ein Brechungsindexgradient in Richtung der Filmdicke hergestellt wird. Um eine verstärkte Antireflexfunktion zu erhalten, ist es wünschenswert, daß der Brechungsindex des Teils der Beschichtung, der mit dem Glassubstrat in Kontakt steht, höher ist als der des Glassubstrats und daß der Brechungsindex der Oberfläche der Beschichtung kleiner ist als der des Glassubstrats.

Fig. 6 veranschaulicht die Anordnung von Kathoden in einer Sputter-Apparatur, die zur Durchführung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Kathoden 23A und 23B sind nahe nebeneinander mit einem leichten Neigungswinkel der Vorderseiten zueinander angeordnet, und ein Target 24A, z. B. metallisches Titan, bzw. ein Target 24B, z. B. Quarzglas, sind daran befestigt. Die Targets werden gleichzeitig, vermischt mit einem Sputter-Gas, typischerweise Argon, oder wenn notwendig einem reaktiven Sputter-Gas, z. B. einem Mischgas aus Argon und Sauerstoff und Stickstoff co-gesputtert und auf einem Substrat 21 abgeschieden. Während des Sputterns wird die Energie, die an die Kathoden 23A und 23B angelegt wird, verändert, um die Sputter-Rate (Beschichtungsrate) zu verändern.

Fig. 7 ist ein schematischer Querschnitt einer der Sputter- Apparaturen, die zur Durchführung der zweiten Ausführungsform eingesetzt werden, und zwar eine des Karussell-Typs. Die Targets 24A und 24B werden co-gesputtert, wobei eine Beschichtung auf Substraten 21, welche an einem rotierenden Karussellrad befestigt sind, gebildet wird.

Um eine hochfunktionelle optische Beschichtung zu erhalten, sind ein sorgfältig ausgearbeiteter optischer Aufbau und eine exakte Zusammensetzungskontrolle wünschenswert. Zu diesem Zweck wird die Kontrolle zur kontinuierlichen Änderung der Energie, die an jede Kathode angelegt wird, während der Filmbildung wirksam mit Hilfe eines Monitors für den optischen Transmissionsgrad oder den optischen Reflexionsgrad durchgeführt. Das heißt, der Reflexionsgrad oder der Transmissionsgrad der Beschichtung werden, während diese gebildet wird, gemessen und die Sputter-Rate wird durch ein Rückkopplungs-Kontrollsystem, das an einen Rechner angeschlossen ist, gesteuert, wodurch Schwankungen der optischen Charakteristika aufgrund geringer Veränderungen der Beschichtungsrate unter Chargen unterdrückt werden.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Beispielen näher erläutert. In jedem Beispiel wurde eine transparente Glasplatte als Substrat verwendet. Das transparente Glassubstrat hatte einen Brechungsindex von 1,52, einen Transmissionsgrad von etwa 92% und einen Oberflächen- Reflexionsgrad von etwa 4%.

BEISPIEL 1

Es wurde die in Fig. 2 dargestellte Sputter-Apparatur des Karussell-Typs verwendet. Metallisches Titan und Quarzglas wurden an den Kathoden 11A und 11B als die Targets 12A bzw. 12B befestigt; diese Targets wurden gleichzeitig gesputtert. Ein Mischgas aus Argon und Sauerstoff wurde als Sputter-Gas verwendet. Das Sputtern von metallischem Titan war ein reaktives Gleichstromsputtern, während das Sputtern von Quarzglas ein RF-Sputtern war. Die Substrate wurden mit 10 Umdrehungen/min bewegt, so daß eine Beschichtung mit einer Abscheidungsdicke von 0,5 nm pro Vorbeibewegung vor jedem Target (pro Durchgang) gebildet wurde. Während des Sputterns wurde die Energie, die an jede Kathode angelegt wurde, so gesteuert, daß die Beschichtung Titandioxid an der Substratseite und Siliciumdioxid an der Oberfläche aufwies, wobei sich ihre Zusammensetzung kontinuierlich dazwischen veränderte. Das heißt, die Beschichtungszusammensetzung wurde durch die Formel: xSiO₂-(1 - x)TiO₂, worin x zwischen 0 und 1 variiert, dargestellt.

Es wurde festgestellt, daß die resultierende beschichtete Glasplatte bei einer Wellenlänge von 550 nm einen Oberflächen-Reflexionsgrad von 0,2% hatte, was etwa 1/20 des Oberflächen-Reflexionsgrads der Glasplatte (4%) ist; dadurch wurde die Bestätigung geliefert, daß der Oberflächen- Reflexionsgrad durch die Beschichtung deutlich verringert wurde. Tatsächlich wurde derselbe Reflexionsgrad bei Wellenlängen von 450 nm und 650 nm erhalten, was beweist, daß die Antireflexfunktion über einen breiten Wellenlängenbereich wirksam war.

BEISPIEL 2

Die Substrate wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 durch Sputtern beschichtet, allerdings mit der Ausnahme, daß das metallische Titan durch Siliciumnitrid (SiN) als Target 12A ersetzt wurde und die an jede Kathode angelegte Energie so gesteuert wurde, daß ein Beschichtung gebildet wurde, die einen Zusammensetzungsgradienten hatte, der durch die Formel: SiO_xN_y, worin x von 0 (in dem Teil, der mit dem Substrat in Kontakt steht) bis 2 (an der Oberfläche der Beschichtung) variiert und y von 1 (in dem Teil, der mit dem Substrat in Kontakt steht) und 0 (an der Oberfläche der Beschichtung) variiert, dargestellt wird.

Es wurde festgestellt, daß die resultierende beschichtete Glasplatte bei einer Wellenlänge von 550 nm einen Oberflächenreflexionsgrad von 0,3% hatte, was die Bestätigung dafür liefert, daß dem Glassubstrat eine Antireflexfunktion verliehen wurde. In der Tat wurde derselbe Reflexionsgrad bei Wellenlängen von 450 nm und 650 nm erhalten, was bestätigt, daß die Antireflex-Beschichtung über einen breiten Wellenlängenbereich wirksam war.

BEISPIEL 3

Das Substrat wurde vor und in der Mitte von zwei Targets in einer Sputter-Apparatur, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, angeordnet. Eines der Targets war Quarzglas und das andere war metallisches Titan. Das Sputter-Gas war ein Mischgas aus Argon und Sauerstoff. Es wurde ein Co-Sputtern durchgeführt, um eine 150 nm dicke Beschichtung zu bilden, während die angelegte Spannung so verändert wurde, daß die Beschichtungszusammensetzung sich in Richtung der Dicke kontinuierlich ändern konnte. Die Beschichtungszusammensetzung kann durch die Formel: xSiO₂-(1 - x)TiO₂ (0 ≦ x ≦ 1) dargestellt werden.

Es wurde festgestellt, daß die resultierende beschichtete Glasplatte bei einer Wellenlänge von 550 nm einen Oberflächen-Reflexionsgrad von 0,2% hatte, was die Bestätigung liefert, daß dem Substrat eine ausgeprägte Antireflexfunktion verliehen worden war. Tatsächlich wurde der gleiche Reflexionsgrad bei den Wellenlängen 450 nm und 650 nm erhalten, was bestätigt, daß die Antireflex-Beschichtung über einen breiten Wellenlängenbereich wirksam war.

BEISPIEL 4

Das Substrat wurde durch Co-Sputtern in der gleichen Weise wie in Beispiel 3 beschichtet, allerdings mit der Ausnahme, daß das metallische Titan durch Siliciumnitrid (SiN) als eines der Targets ersetzt wurde und daß Argon als Sputter-Gas verwendet wurde, wobei eine 160 nm dicke Beschichtung mit der Zusammensetzung SiO_xN_y (0 ≦ x ≦ 2, 0 ≦ y ≦ 1) gebildet wurde. Die Beschichtung hatte einen Zusammensetzungsgradienten, der in der Nähe des Substrats reich an Siliciumnitrid war und in der Nähe der Beschichtungsoberfläche reich an Siliciumdioxid war.

Es wurde festgestellt, daß die resultierende beschichtete Glasplatte bei einer Wellenlänge von 550 nm einen Oberflächenreflexionsgrad von 0,3% hatte, was die Bestätigung lieferte, daß dem Glassubstrat eine deutliche Antireflexfunktion verliehen worden war. Tatsächlich wurde derselbe Reflexionsgrad bei den Wellenlängen 450 nm und 650 nm erhalten, was beweist, daß die Antireflex-Beschichtung über einen breiten Wellenlängenbereich wirksam war.

Erfindungsgemäß kann eine Beschichtung, die einen Zusammensetzungsgradienten in Richtung ihrer Dicke hat, effizient auf einem Substrat ausgebildet werden, indem zwei oder mehr Targets, die unterschiedliche Zusammensetzungen haben, gleichzeitig gesputtert werden, während die Beschichtungszusammensetzung sich im wesentlichen kontinuierlich in Richtung der Dicke ändert. Da ferner kein großformatisches Sputter-System, wie es zur Bildung einer mehrschichtigen Beschichtung verwendet wurde, mehr erforderlich ist, kann eine Sputter-Apparatur kleiner Größe entsprechend der Größe eines Substrats gewählt werden, was zu einer Reduzierung der Gerätekosten führt.

Die Erfindung kann ein Substrat mit einer Beschichtung bereitstellen, bei welcher sich der Brechungsindex in Richtung ihrer Dicke verändert und die daher zur Reduzierung des Reflexionsgrads des Substrates dient.

Die nach der vorliegenden Erfindung erhaltene Antireflex- Beschichtung hat eine Monolayer-Struktur und hat damit kein Problem bezüglich einer Delaminierung, das mit einer mehrschichtigen Laminatstruktur verbunden ist.

Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren liefert eine Beschichtung, die keine mehrschichtige Struktur, sondern eine Monolayer-Struktur hat. Da kein großformatisches Sputter- System, wie es zur Bildung einer mehrschichtigen Beschichtung verwendet wurde, mehr erforderlich ist, kann eine Sputter- Apparatur kleiner Größe entsprechend der Größe eines Substrats gewählt werden, was zu einer Reduzierung der Gerätekosten führt.

Claims (11)

1. Verfahren zum Beschichten eines Substrats, umfassend

• - Anordnen des Substrats am Umfang einer zylindrischen Substrathalterung, die um ihre Achse drehbar ist,
• - Anordnen von zwei oder mehr Sputter-Kathoden, die die jeweiligen Targets daran befestigt haben, wobei die Oberflächen der Targets parallel zum Umfang der zylindrischen Substrathalterung sind und die Sputter-Kathoden voneinander beabstandet sind,
• - Sputtern der Targets, während sich die zylindrische Substrathalterung dreht, so daß das Substrat mindestens zweimal vor den Targets vorbeibewegt wird, unter Bildung einer Beschichtung auf dem Substrat, die die Materialien der Targets umfaßt, wobei die Targets mindestens zwei unterschiedliche Zusammensetzungsarten haben und das Sputtern so durchgeführt wird, daß eine im wesentlichen kontinuierliche Änderung in der Zusammensetzung der Beschichtung in Richtung der Dicke erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung in der Zusammensetzung der Beschichtung durchgeführt wird, indem die Energie (power), die während des Sputterns an jede Kathode angelegt wird, geändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsdicke, die bei jeder Bewegung des Substrats vor jedem Target vorbei abgeschieden wird, 2 nm oder weniger ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsdicke, die bei jeder Bewegung des Substrats vor jedem Target vorbei abgeschieden wird, 0,2 nm oder mehr ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie, die an jede Kathode angelegt wird, entsprechend dem Reflexionsgrad oder dem Transmissionsgrad des Substrats, während es beschichtet wird, geändert wird.

6. Gegenstand, umfassend ein Substrat und eine Beschichtung, die einen Zusammensetzungsgradienten in Richtung ihrer Dicke hat und die durch das Verfahren nach Anspruch 1 erhalten wird.

7. Gegenstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat transparentes Glas ist und die Beschichtung einen solchen Zusammensetzungsgradienten hat, daß der Brechungsindex von der Substratseite zu der Oberfläche hin abnimmt.

8. Verfahren zum Beschichten eines Substrats, umfassend

• - Anordnen von zwei oder mehr Sputter-Kathoden, die die jeweiligen Targets daran befestigt haben, nahe beieinander in einer Vakuumkammer, die eine kontrollierte Vakuum-Atmosphäre hat;
• - gleichzeitiges Co-Sputtern der Targets unter Bildung einer Beschichtung, die die Materialien der Targets umfaßt, wobei mindestens eines der Targets sich von dem anderen Target (den anderen Targets) unterscheidet und die Energie, die an jede Kathode angelegt wird, während des Sputterns unter Bildung einer Beschichtung, die einen Zusammensetzungsgradienten in Richtung ihrer Dicke hat, auf dem Substrat geändert wird.

9. Verfahren zum Beschichten eines Substrats nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie, die an jede Kathode angelegt wird, derart geändert wird, daß die resultierende Beschichtung einen Brechungsindex haben kann, der in Richtung der Dicke von der Substratseite zu der Oberfläche derselben hin abnimmt.

10. Verfahren zum Beschichten eines Substrats nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie, die an jede Kathode angelegt wird, gemäß dem Reflexionsgrad oder gemäß dem Transmissionsgrad, während beschichtet wird, geändert wird.

11. Gegenstand, umfassend ein Substrat und eine Monolayer- Antireflex-Beschichtung, welche durch das Verfahren nach Anspruch 8 erhalten wird.