用于使用離子轟擊修改基片表面的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于通過離子轟擊來修改基片表面（6）的方法，其中通過磁場輔助的輝光放電在工藝氣體（10）中產(chǎn)生離子（7），所述輝光放電通過具有電極（1）和用于產(chǎn)生磁場（4）的至少一個磁體（3）的磁控管（8、9）來產(chǎn)生。所述工藝氣體（10）具有至少一個電負(fù)性組分，使得在磁場輔助的所述輝光放電期間產(chǎn)生負(fù)離子（7），其中通過被施加到電極（1）的電壓，在電極（1）的表面上所產(chǎn)生的所述負(fù)離子（7）在基片（6）的方向上被加速。擊中基片（6）的負(fù)離子（7）造成基片表面（6）的修改，并且產(chǎn)生延伸進所述基片（6）中至少50nm深的表面結(jié)構(gòu)（15）。
【專利說明】用于使用離子轟擊修改基片表面的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于通過離子轟擊來修改基片表面的方法，利用所述方法特別可以在聚合物表面上產(chǎn)生反射減少表面結(jié)構(gòu)。
[0002]本專利申請要求德國專利申請10 2011 013 822.6的優(yōu)先權(quán)，所述德國專利申請的公開內(nèi)容由此通過引用被結(jié)合。
【背景技術(shù)】
[0003]從出版物WO 97/48992已知，通過施加由若干薄透明層所組成的干涉層系統(tǒng)可以減少聚合物基片表面的界面反射。這種干涉層系統(tǒng)通常由真空涂層方法來施加，盡管由于對層厚精度的高要求，到大面積聚合物基片的施加在技術(shù)上是復(fù)雜的。此外，在由聚合物所制成的基片的情況下難以確保干涉層系統(tǒng)的足夠粘附，所述干涉層系統(tǒng)通常由氧化材料形成。
[0004]在出版物DE 10241708 B4中描述了減少由聚合物所制成的基片的界面反射的可替換手段。在該方法中，通過用離子束的離子轟擊在聚合物基片的表面處所產(chǎn)生的折射率梯度層減少聚合物表面的界面反射。然而，所提議的用離子束處理聚合物表面不能被容易地應(yīng)用于大面積基片，例如聚合物薄膜。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是詳細(xì)說明用于通過離子轟擊來修改基片的、特別是聚合物基片的表面的方法，利用所述方法特別可以達到基片的被減少的界面反射，并且所述方法應(yīng)當(dāng)適合于大面積的處理。更特別地，所述方法應(yīng)當(dāng)在所謂的卷對卷(roll-to-roll)操作中是可采用的，在所述卷對卷操作中，例如以薄膜形式的基片從一卷被松開并且被卷繞到另一個卷上，并且以這種方式通過為表面處理所提供的真空系統(tǒng)優(yōu)選連續(xù)地被運送。
[0006]通過根據(jù)權(quán)利要求1的用于修改基片表面的方法達到該目的。本發(fā)明的有利構(gòu)型和改進是從屬權(quán)利要求的主題。
[0007]在通過離子轟擊來修改基片表面的方法的一個構(gòu)型中，通過磁場輔助的輝光放電在工藝氣體(process gas)中產(chǎn)生離子。有利地通過具有電極和用于產(chǎn)生磁場的至少一個磁體的磁控管來產(chǎn)生所述磁場輔助的輝光放電。
[0008]這種磁控管本身是已知的并且被用于例如磁控濺射系統(tǒng)中用于沉積薄層。此處所描述的方法因此可以有利地在現(xiàn)有真空涂層系統(tǒng)中被實施。
[0009]在常規(guī)磁控濺射中，通過磁控管產(chǎn)生等離子體并且所使用的工藝氣體通常是惰性氣體、特別是氬。在磁控濺射中，在等離子體中所生成的正離子被加速到電極，所述電極因此也被稱為目標(biāo)。擊中電極的離子從電極材料碰撞出原子，所述電極材料被沉積在基片上。
[0010]與如本身已知的磁控濺射不同，具有至少一個電負(fù)性組分的工藝氣體被用于此處所描述的方法中，使得在磁場輔助的輝光放電中產(chǎn)生負(fù)離子。
[0011]至少一些負(fù)離子在電極表面處被產(chǎn)生并且通過被施加到電極的電壓在基片的方向上被加速。優(yōu)選地，負(fù)離子由電極加速，使得所述負(fù)離子以至少100 eV的能量擊中基片。
[0012]擊中基片的負(fù)離子造成其表面的修改。更特別地，這樣可以在基片表面處產(chǎn)生反射減少表面結(jié)構(gòu)。擊中基片表面的離子可以特別地造成從那里的材料去除，通過所述材料去除，基片表面被粗糙化。該粗糙化造成減少表面反射的折射率梯度?？商鎿Q地也可能的是，入射離子被注入基片的近表面區(qū)域中，并且這樣產(chǎn)生密度和/或折射率梯度。
[0013]基片表面特別地通過離子轟擊被粗糙化，并且通過所述方法有利地可以產(chǎn)生比較深的結(jié)構(gòu)。在有利的構(gòu)型中，通過離子轟擊，在基片表面處產(chǎn)生延伸進基片中至少50nm深的結(jié)構(gòu)。在基片表面處所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的特性可以特別地通過被施加到磁控管電極的電壓相對于時間的分布曲線(prof i Ie )和大小的變化被變更。
[0014]被施加到電極用于在基片的方向上加速負(fù)離子的電壓優(yōu)選地是中頻電壓。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用中頻電壓促進在電極表面處形成負(fù)離子。更優(yōu)選地，所述中頻電壓具有在IkHz和250kHz之間的頻率。
[0015]除了在基片、特別是聚合物基片上達到反射減少效果之外，所述方法也可以被用于使表面粗糙化用于其它目的。所述方法的目標(biāo)可以例如是增加特定表面面積或增加吸收系數(shù)。所述方法可以被轉(zhuǎn)移到通過電負(fù)性離子可以被有效去除的所有基片。除了塑料之外，這特別地涉及碳。
[0016] 工藝氣體的電負(fù)性組分優(yōu)選地是氧。在所述方法的此外有利的構(gòu)型中，在工藝氣體中所使用的電負(fù)性組分是氟或氯。使用氧、氟或氯是特別有利的，因為根據(jù)鮑林(Pauling)電負(fù)標(biāo)，這些材料在化學(xué)元素之中具有最高電負(fù)性。
[0017]磁控管的電極優(yōu)選地包括元素Al、Mg、Si或Ti中至少之一或由元素Al、Mg、Si或Ti中至少之一組成。電極也可以包括合金,所述合金以至少10%的重量比包括這些元素中至少之一。
[0018]磁控管可以例如是平面磁控管。在平面磁控管中，電極基本上是平的，其不排除以下可能性，即由于通過擊中離子的材料去除，電極面向等離子體的表面不完全是平面的。
[0019]在優(yōu)選構(gòu)型中，磁控管具有至少兩個平面磁控管。例如，兩個平面磁控管可以被彼此并排布置并且這樣形成雙磁控管。這允許同時處理更大的基片或基片的更大部分面積。另外，在移動基片的情況下，通過速度可以有利地被增大。
[0020]在此外有利的構(gòu)型中，磁控管是管狀磁控管。在該型式中，磁控管的電極以管的形式被實現(xiàn)并且在所述方法中有利地關(guān)于管的旋轉(zhuǎn)軸被旋轉(zhuǎn)。磁控管的磁體系統(tǒng)在這種情況下優(yōu)選地不被移動。穩(wěn)態(tài)磁場(stationary magnetic field)使在其中發(fā)生輝光放電的區(qū)域局部化。在該區(qū)域中，在電極上所吸收的負(fù)離子在基片的方向上被加速。作為管狀磁控管的電極旋轉(zhuǎn)的結(jié)果，具有工藝氣體的電負(fù)性組分的所吸收的原子的管狀電極區(qū)域被連續(xù)地旋轉(zhuǎn)進放電區(qū)域中。這樣，可以比在使用平面磁控管的情況下達到該方法的更高效率。
[0021]在所述方法的有利構(gòu)型中，磁控管具有至少兩個管狀磁控管。更特別地，磁控管可以是具有兩個管狀磁控管的雙磁控管。這使得能夠處理大面積基片和/或增大移動基片的通過速度。
[0022]在所述方法中，電壓不被施加到基片。更特別地，電壓也不被施加到用于基片的任何基片支持件上。因而通過被施加到磁控管電極的電壓排他地實現(xiàn)負(fù)離子到基片的加速。因此，所述方法特別適合于使由電絕緣聚合物所組成的基片電絕緣。[0023]基片可以特別地是聚合物基片。所述方法可以有利地被用于修改大量聚合物的表面。更特別地，基片可以包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或三乙酰纖維素(TAC)。
[0024]另外，所述方法具有以下優(yōu)點，即表面修改、特別是在基片表面處產(chǎn)生反射減少納米結(jié)構(gòu)可以比較快速地被實現(xiàn)。優(yōu)選地，用離子照射基片表面不長于200s。
[0025]有利地可以在真空系統(tǒng)中進行所述方法，在所述真空系統(tǒng)中基片在離子轟擊期間被連續(xù)移動。優(yōu)選地，在離子轟擊期間以至少lm/min的速度移動基片。在進行所述方法期間例如用傳送帶移動基片。可以特別地在作為帶涂層系統(tǒng)所提供的真空系統(tǒng)中執(zhí)行所述方法。
[0026]更特別地，通過所述方法可以在卷對卷方法中處理大面積基片、例如薄膜。在這種情況下，基片從卷被松開并且被卷繞到另一個卷上，并且這樣通過在所述方法中所產(chǎn)生的離子束被連續(xù)移動。
[0027]有利地，通過離子轟擊，在基片表面處生成結(jié)構(gòu)并且這在以與基片表面成直角地運行的方向上產(chǎn)生折射率梯度。這意味著由于在基片表面處所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化，在基片和周圍介質(zhì)之間的界面處的折射率不突然改變，而是形成連續(xù)過渡。優(yōu)選地，折射率梯度區(qū)域在以與基片表面成直角的方向上在至少50nm的范圍上延伸。這樣通過離子轟擊所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)更特別地減少基片表面的反射。更特別地，所述方法因此適合于使得基片表面為非反射的，并且也可以以比較簡單和不昂貴的方式處理大面積、例如聚合物薄膜的表面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]以下結(jié)合圖1至4通過示范性實施例詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0029]圖1示出在第一示范性實施例中通過用于執(zhí)行用于修改基片表面的方法的裝置的橫截面的示意圖；` 圖2示出在一個示范性實施例中以電極處電壓相對于時間的分布曲線的圖形的形式的不意說明；
圖3示出在一個示范性實施例中通過在基片表面處所獲得的表面結(jié)構(gòu)的橫截面的示意圖；和
圖4示出在第二示范性實施例中通過用于執(zhí)行用于修改基片表面的方法的裝置的橫截面的示意圖。
[0030]同樣或等效的組分在圖中被各自給予相同的參考數(shù)字。所示出的組分和所述組分關(guān)于彼此的尺寸比不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)作是按比例繪制的。
【具體實施方式】
[0031]在圖1中所示出的用于執(zhí)行用于修改基片6的表面的方法的裝置具有兩個平面磁控管8的布置。每個平面磁控管8具有被連接到中頻電壓發(fā)生器2的電極I。另外，每個平面磁控管8包含產(chǎn)生磁場4的磁體3。
[0032]在真空系統(tǒng)中執(zhí)行所述方法，工藝氣體10被準(zhǔn)許進入到所述真空系統(tǒng)中。所述方法有利地適合于處理大面積基片6。例如，可以在卷14上以薄膜的形式運送基片6?；?優(yōu)選地在執(zhí)行所述方法期間隔開一段距離地被連續(xù)地移動經(jīng)過磁控管8。[0033]通過磁控管8,在所述方法中在工藝氣體10中產(chǎn)生磁場輔助的輝光放電。這在工藝氣體10中產(chǎn)生等離子體，并且由磁體3所生成的磁場4意圖防止電子從等離子體擴散出去。
[0034]在磁場輔助的輝光放電中，正離子5首先在工藝氣體10中產(chǎn)生，并且這些在電極I的方向上被加速。正離子5是例如存在于工藝氣體10中的惰性氣體的離子。工藝氣體10可以包括例如氬。
[0035]在此處所描述的方法中，工藝氣體10包括至少一個電負(fù)性組分。所述電負(fù)性組分優(yōu)選地是氧?？商鎿Q地，工藝氣體10可以例如也包括氟或氯作為電負(fù)性組分。氧、氟和氯以特別高的電負(fù)值為特征。由于包括至少一個電負(fù)性組分的工藝氣體10，磁場輔助的輝光放電產(chǎn)生負(fù)離子7。一些負(fù)離子在等離子體中形成。這些負(fù)離子通常具有相對低的能量并且因此通常不能離開等離子體。此外在電極I的表面處產(chǎn)生負(fù)離子7。通過優(yōu)選地大于100伏特的電壓，這些負(fù)離子7在基片6的方向上被加速并且有利地在該方法中用于修改基片6的表面。
[0036]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過利用中頻電壓發(fā)生器2操作電極I促進在電極I的表面上形成負(fù)離子7。所述中頻電壓具有有利地在IkHz和250kHz之間的頻率。例如，頻率可以是IOOkHz。
[0037]在圖2中示出由電壓發(fā)生器2所生成的放電電壓U根據(jù)時間t的說明性分布曲線。在第一時間范圍11 (關(guān)階段)中，電壓不被施加到電極1，并且在該時間范圍內(nèi)的電極I被工藝氣體10的電負(fù)性組分覆蓋，例如被氧原子或分子覆蓋。在第二時間范圍12 (點火階段)中，在電壓中有明顯的峰值(distinct peak)，其導(dǎo)致形成具有超過1000eV的能量的高能量離子。在被稱作工作階段的第三時間范圍13中，出現(xiàn)至少100V、優(yōu)選幾百伏特的放電電壓，利用所述放電電壓，負(fù)離子7在基片6的方向上被加速。
[0038]通過在基片6的方向上被加速的負(fù)離子7在基片6的表面處所產(chǎn)生的表面結(jié)構(gòu)取決于單獨的時間范圍11、12、13的持續(xù)時間并且因此可以特別地由用電壓發(fā)生器2所產(chǎn)生的中頻電壓的脈沖參數(shù)的變化所影響。使用鋁電極I來測量在圖2中所示出的電壓分布曲線。當(dāng)其他電極I被使用時，在基礎(chǔ)電壓分布曲線中沒有改變，但是在電壓的大小和單獨的時間范圍11、12、13的 持續(xù)時間方面有改變，使得通過使用各種電極可以在基片6的表面處產(chǎn)生各種結(jié)構(gòu)。
[0039]在所述方法中，在基片6的表面處，有利地產(chǎn)生如在圖3中的橫截面中通過示例所示出的表面結(jié)構(gòu)15。表面結(jié)構(gòu)15優(yōu)選地延伸進基片6中直到至少50nm的深度t。更特別地，在基片6的表面處的表面結(jié)構(gòu)15形成折射率梯度。這意味著由于表面結(jié)構(gòu)15，在基片6和周圍介質(zhì)之間的界面處的折射率沒有任何突然改變，而是在對應(yīng)于表面結(jié)構(gòu)15的深度t的區(qū)域上在以與基片表面成直角的方向上連續(xù)改變。在基片6的表面處的這種折射率梯度可以特別地減少基片6的表面的反射。
[0040]此處所描述的方法具有以下優(yōu)點，即以這種方式使基片6的表面是非反射的可以比較快速和不昂貴地、更特別地也在大面積基片上實現(xiàn)。例如，在基片以0.5m/min的通過速度在帶涂層系統(tǒng)中移動的情況下在僅僅30秒的處理時間之后，在處理作為基片材料的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)過程中可以實現(xiàn)界面反射的降低。
[0041]圖4在示意性橫截面中示出用于執(zhí)行所述方法的裝置的此外的示范性實施例。與在圖1中所示出的示范性實施例不同，兩個管狀磁控管9被用于產(chǎn)生磁場輔助的輝光放電。每個管狀磁控管9具有以圓柱管形式的電極I，所述電極I在執(zhí)行所述方法期間優(yōu)選地關(guān)于其主軸被旋轉(zhuǎn)。管狀磁控管9的磁體3不被移動并且因而各自生成穩(wěn)態(tài)磁場4。作為管狀電極I關(guān)于其主軸旋轉(zhuǎn)的結(jié)果，具有工藝氣體10的電負(fù)性組分的所吸收的原子或分子的電極表面的新區(qū)域被連續(xù)運送進磁場4的區(qū)域中，在所述磁場4的區(qū)域中發(fā)生磁場輔助的輝光放電。
[0042]在該型式中，因此在電極I的表面處特別有效地產(chǎn)生負(fù)離子7，所述負(fù)離子7在基片6的方向上被加速。
[0043]另外，該示范性實施例具有以下優(yōu)點，即在電極表面I處所產(chǎn)生的負(fù)離子7的數(shù)目可以通過電極I的旋轉(zhuǎn)角速度的變化而被變更，并且因而可以獨立于電壓分布曲線地被調(diào)整。這特別地使得能夠使用比較簡單的電壓發(fā)生器2，所述電壓發(fā)生器2產(chǎn)生例如放電電壓的正弦分布曲線。
[0044]通過由磁體3所生成的磁場4的定向的改變，可以調(diào)整負(fù)離子7的空間分布和其角分布。由于管狀電極I的旋轉(zhuǎn)，電極I的表面被均勻地磨損，使得即使在電極I的延長的服務(wù)壽命的情況下，負(fù)離子7的空間分布和角分布也不被顯著改變。
[0045]通過使用若干管狀磁控管9，可以增大移動基片6在離子轟擊過程中的通過速度。例如，通過以2m/min的通過速度同時操作四個管狀磁控管9，通過處理PET基片6的一側(cè)，相比較于未處理的基片，可以達到平均4%的透射增大(increase in transmission)。
[0046]本發(fā)明不被示范性實施例的描述所約束。代替地，本發(fā)明包括每個新特征和每個特征組合，所述特征組合特別地包括權(quán)利要求中的特征的每個組合，即使在權(quán)利要求或示范性實施例中沒有明確地詳細(xì)說明該特`征或該組合本身。
【權(quán)利要求】
1.一種用于通過離子轟擊來修改基片(6)的表面的方法，其中 -通過磁場輔助的輝光放電在工藝氣體(10)中產(chǎn)生離子(7)； -通過具有電極(I)和用于產(chǎn)生磁場(4)的至少一個磁體(3)的磁控管(8、9)產(chǎn)生磁場輔助的輝光放電； -工藝氣體(10)具有至少一個電負(fù)性組分，使得在磁場輔助的輝光放電中產(chǎn)生負(fù)離子(7)； -通過被施加到電極(I)的電壓，在電極(I)的表面處所產(chǎn)生的負(fù)離子(7)在基片(6)的方向上被加速； -擊中基片(6)的負(fù)離子(7)造成基片(6)的表面的修改；和 -通過離子轟擊，在基片(6)的表面處產(chǎn)生表面結(jié)構(gòu)(15)，所述表面結(jié)構(gòu)(15)延伸進基片(6)中至少50nm深。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電壓具有在IkHz和250kHz之間的頻率。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中工藝氣體(10)的電負(fù)性組分是氧。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中工藝氣體(10)的電負(fù)性組分是氟或氯。
5.根據(jù)前述權(quán) 利要求中任一項所述的方法，其中磁控管(8、9)的電極(I)包括元素Al、Mg、Si或Ti中至少之一或合金，所述合金以至少10%的重量比包括這些元素中至少之一。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中磁控管具有至少一個平面磁控管(8)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中磁控管具有至少一個管狀磁控管(9)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中電壓不被施加到基片。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中基片(6)是聚合物基片。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中基片(6)包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或三乙酰纖維素(TAC)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中用離子(7)照射基片(6)的表面不長于 200s。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在離子轟擊期間以至少lm/min的速度移動基片(6)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中離子轟擊在基片(6)的表面處產(chǎn)生表面結(jié)構(gòu)(15)，所述表面結(jié)構(gòu)(15)形成折射率梯度。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中通過離子轟擊所產(chǎn)生的表面結(jié)構(gòu)(15)減少基片(6)的表面的反射。
【文檔編號】B29C59/14GK103703061SQ201280023271
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月14日
【發(fā)明者】U.舒爾茨, P.蒙策特, R.蒂爾施, W.舍恩貝格爾, M.法蘭, R.克萊因亨佩爾 申請人:韶華歐洲有限責(zé)任公司