Beschichtung für Formwerkzeuge

Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formwerkzeug und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Formwerkzeugs zum Pressen optischer Bauteile aus Glas.

Hintergrund der Erfindung

Ein solches Formwerkzeug ist beispielsweise ein Formblock und wird zum Blank- oder Präzisionspressen optischer Bauteile oder optischer Bauelemente, wie etwa Linsen und/oder Prismen, eingesetzt. Formblöcke zum Blank- bzw. Präzisionspressen optischer Bauteile, insbesondere aus Glas, umfassen in vielen Anwendungsfällen eine Oberform und eine Unterform. Im Formblock wird ein viskoser Glasposten zwischen Ober- und Unterform heissgeformt . Dazu wird zum Beispiel ein erhitzter Vorformling aus Glas mit einer geeigneten Viskosität in die ebenfalls erhitzte Form eingebracht und/oder der Vorformling bis zu einer geeigneten Viskosität innerhalb des Formblocks erhitzt, durch Pressen verformt und abgekühlt. Es kann aber auch ein kalter Vorformling in eine kalte Form eingebracht werden und erst dann werden beide zusammen erhitzt.

Ein Vorteil blankgepresster Bauteile liegt darin begründet, dass die optisch aktiven Flächen nicht mehr nachbearbeitet werden müssen, so dass nachträgliche Arbeitsgänge wie Schleifen und Polieren entfallen können.

BESTATIGUNGSKOPIE

Die Güte der optisch aktiven Flächen, wie beispielsweise eine geringe Oberflächenrauigkeit, wird maßgeblich auch durch die Güte der Oberflächen der Formwerkzeuge, der sogenannten Formoberflächen, beeinflusst. Dabei werden die Formoberflächen der Formwerkzeuge zum Blankpressen optischer Bauteile in der Regel mit einer Beschichtung versehen.

Eine solche Beschichtung erfüllt im wesentlichen folgende Aufgaben: Zum einen bewirkt sie einen Schutz der Formoberfläche vor einer Oxidation und einer damit meist einhergehenden Vergrößerung der Oberflächenrauigkeit . Zum anderen dient sie als Verschleißschutz gegen mechanische Belastung, wie zum Beispiel Verkratzen bei der Handhabung. Weiterhin wirkt sie als Anti-Klebeschicht gegen ein lokales Verkleben von Formmaterial, wie Glas, und Formwerkzeug. Das Formwerkzeug wird nachfolgend auch als Form bezeichnet. Die Oberflächenrauigkeit der Formflächen ist zunächst durch die Rauigkeit der Oberfläche des unbeschichteten Formwerkzeugs bestimmt und soll durch die Beschichtung möglichst wenig erhöht werden .

Eine Klasse von Beschichtungen für Formwerkzeuge, die sich als geeignet erwiesen haben, ist die Klasse der

Edelmetallbeschichtungen, welche beispielsweise durch Sputtern aufgebracht werden können. Eine bekannte Zusammensetzung einer solchen Beschichtung ist beispielsweise in der EP 1 428 801 A2 beschrieben. Für das Blankpressen werden dabei beispielsweise als

Schichtzusammensetzungen Pt, Ir, Re und Mo oder Pt, Ir, Re und Cr verwendet. Bei den bekannten Beschichtungen läßt sich bei zunehmender Beschichtungsdicke eine Vergrößerung der Oberflächenrauigkeit beobachten. Jedoch können dickere Schichten vorteilhaft sein: Im Laufe der Einsatzdauer einer

Form kann diese an der Oberfläche z.B. durch Handhabung, durch den wiederholten Kontakt mit dem zu verpressenden Objekt etc. lokal geschädigt werden. Z.B. können leichte Kratzer, Beläge o.a. auftreten, die sich in manchen Fällen durch lokales Nachpolieren der betreffenden Stellen wieder beheben lassen. Je dicker die Beschichtung einer Formoberfläche ist desto öfter kann dieser Vorgang wiederholt werden ohne die gesamte Schicht bis auf den Grundwerkstoff abzupolieren. Damit wird also letztendlich die Gesamteinsatzdauer der Form vor erneuter

Komplettüberarbeitung und Wiederbeschichtung erhöht.

In der Schrift JP 62017028 A ist die Herstellung eines optischen Glaselementes beschrieben. Es wird hierbei versucht, optische Glaselemente hoher Präzision herzustellen, ohne dass diese noch einmal poliert werden müssen. Die Pressform-Oberfläche wird dazu mit einer dünnen Schicht eines Edelmetalls, welches den Zusatz eines Va- Gruppen-Elements hat, versehen. Die Edelmetall-Legierung enthält 5 Gew.% Pt und ein „Balance-Element" ausgewählt aus Ir, Os, Pa, Rh und Ru; 0,1 Gew. % bis 10 Gew.% eines Va- Gruppen-Element (z.B. Vanadium, Niobium und Tantal) werden hinzugefügt. Die dünne Schicht soll dadurch eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und Verkratzen besitzen. Jedoch kann sowohl die mechanische als auch die chemische Beständigkeit aufgrund der jeweiligen Anteile an der Zusammensetzung der beschriebenen Beschichtungen als fraglich angesehen werden. Zudem scheinen die Schichten auch nicht die erforderliche Rauigkeit zu haben.

Das Dokument EP 0 605 899 Bl beschreibt ein Formwerkzeug zum Pressformen optischer Glaselemente. Die vorstehend beschriebene Schrift JP 62017028 A ist als Stand der Technik in der Beschreibung gewürdigt. Die in der JP 62017028 A beschriebenen Schichten werden als „ternary

alloy" klassifiziert. Das in der europäischen Schrift beschriebene Formwerkzeug weist auf der Oberfläche zum Pressformen eine dünne Schicht einer Legierung auf, welche Tantal enthält. Hierzu sind ausschließlich Schichten beschrieben, welche aus zwei Elementen bestehen. Im Detail besteht die dünne Schicht aus Tantal und einem Element aus der Gruppe von Pt, Rh, Ir, Ru, Os, Re, W und Pd. Der Ta- Gehalt beträgt insbesondere 5 bis 95 Gew.%. Die Schicht weist eine Dicke von 1 bis 5 μm auf.

Entscheidend für die Qualität einer Beschichtung auf der Oberfläche eines Formwerkzeuges und somit auch für die Qualität eines mittels des Formwerkzeugs herzustellenden optischen Glaselementes ist das Zusammenwirken aller Bestandteile in der Beschichtung. Insbesondere soll ein Schutz vor Oxidation und eine damit meist einhergehende Vergrößerung der Oberflächenrauigkeit , ein Schutz gegen Verkratzen bei der Handhabung und/oder ein Schutz gegen ein lokales Verkleben von Formmaterial und Formwerkzeug erzielt werden. Zudem soll die Beschichtung auch eine ausreichende Haftung an dem Formwerkzeug besitzen und ein Ablösen der Beschichtung von der Formoberfläche vermieden werden. Die Gesamtheit der zu erzielenden Eigenschaften wird insbesondere durch die entsprechende Auswahl der Bestandteile und durch die entsprechenden Mengen der jeweiligen Bestandteile erzielt.

Die Reduzierung auf nur zwei Bestandteile, wie in der EP 0 605 899 Bl beschrieben, wird nicht als zielführend angesehen, da dadurch die Gesamtheit der Eigenschaften nicht mehr gezielt eingestellt werden kann. Erfahrungsgemäß besitzen die in der EP 0 605 899 Bl im Detail beschriebenen Schichten folgende Nachteile: Eine Schicht bestehend aus Ta-Ir weist, insbesondere aufgrund des nicht vorhandenen

Platins, verschlechterte Glaskontakteigenschaften auf. Ein lokales Verkleben von Formmaterial und Formwerkzeug kann die Folge sein. Eine Schicht bestehend aus Ta-Pt ist beispielsweise, insbesondere aufgrund des Mangels an Ir und/oder Rh, nicht ausreichend hart. Eine Schicht bestehend aus Ta-Rh kann eine erhöhte Sprödigkeit aufweisen. Zudem ist die Qualität der Glaskontakteigenschaften reduziert. Ferner kann ein erhöhter Anteil an Rh zu einer verminderten Transmission im herzustellenden Glas führen.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund hat sich die vorliegende Erfindung daher zur Aufgabe gestellt, ein Formwerkzeug zum Pressen optischer Bauteile und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Formwerkzeugs zum Pressen optischer Bauteile aus Glas bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile des Standes des Technik vermeiden.

Insbesondere soll die Rauigkeit der Formoberflächen eines Formwerkzeugs durch die Beschichtung bis zu einer bestimmten Beschichtungsdicke nicht wesentlich vergrößert werden .

Ferner soll die Beschichtung eine verbesserte chemische Beständigkeit besitzen und ein Anhaften oder Kleben des herzustellenden Bauteils an den Formoberflächen des Formwerkzeugs zumindest reduzieren.

Gelöst werden diese Aufgaben durch ein Formwerkzeug zum Pressen optischer Bauteile aus Glas und ein Verfahren zum Beschichten eines Formwerkzeuges zum Pressen optischer Bauteile aus Glas gemäß der unabhängigen Ansprüche.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der j ewei1igen Unteransprϋche .

In einer ersten Ausführungsform beansprucht die vorliegende Erfindung ein Formwerkzeug, zum Pressen optischer Bauteile aus Glas, mit einer Formoberfläche umfassend eine Beschichtung, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Beschichtung als Bestandteil zumindest Ta (Tantal) mit einem Anteil von 5 Gew.% bis 50 Gew.%, bevorzugt von 30 Gew.% bis 40 Gew.%, und Ir mit einem Anteil von 20 Gew.% bis 80 Gew.%, bevorzugt von 30 Gew.% bis 50 Gew.%, sowie Pt mit einem Anteil von 10 Gew.% bis 40 Gew.%, bevorzugt von 20 Gew.% bis 30 Gew.%, aufweist. Die Beschichtung besitzt im wesentlichen wenigstens drei Bestandteile, nämlich Ta, Ir und Pt.

In einer Ausführungsform weist die Beschichtung sowohl Pt und Rh mit einem Anteil der beiden Komponenten von 10 Gew.% bis 40 Gew.%, bevorzugt von 20 Gew.% bis 30 Gew.% auf. Die Beschichtung besitzt in dieser Ausführungsform im wesentlichen wenigstens vier Bestandteile, nämlich Ta, Ir Pt und Rh.

Weiterhin liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Formwerkzeug, zum Pressen optischer Bauteile aus Glas, mit einer Formoberfläche umfassend eine Beschichtung, wobei vorzugsweise die Beschichtung als Bestandteil zumindest Ta aufweist. Das Formwerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung, vorzugsweise zumindest abschnittweise, aus einzelnen Schichten aufgebaut ist und die Bestandteile im wesentlichen in den einzelnen Schichten vorliegen.

Die vorliegenden Erfindung beansprucht weiterhin ein Verfahren zum Präzisionspressen optischer Bauteile umfassend die nachfolgenden Verfahrensschritte:

Bereitstellen eines Formwerkzeugs, welches durch eine Oberform und eine Unterform gebildet wird, wobei eine Form durch jeweils eine innere Formoberfläche der Oberform und der Unterform definiert wird, - Anordnen des zu formenden Glases, welches insbesondere als ein Vorformling bereitgestellt wird, zwischen der Oberform und der Unterform, Beheizen zumindest des Formblocks, insbesondere der Unterform und/oder der Oberform, - Zusammenführen der Oberform und der Unterform, so dass das optische Bauteil zwischen den inneren Formoberflächen geformt wird, wobei ein Formwerkzeug umfassend eine Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Das Formwerkzeug oder die Form ist ein Werkzeug zum Formen des optischen Bauteils. Das Formwerkzeug stellt ganz oder teilweise das Negativ eines zu fertigenden Werkstücks, hier eines optischen Bauteils oder eines optischen Bauelementes, dar und dient insbesondere zur Aufnahme des Werkstoffs, hier des Glases.

Die optischen Bauteile oder die optischen Bauelemente sind Körper, vorzugsweise aus Glas, wie beispielsweise Linsen, Prismen und/oder Spiegel, welche in optischen Systemen eingesetzt werden. Solche optischen Systeme finden ihre Anwendung beispielsweise in der Informations- , Mess-, Licht-, Belichtungs- und/oder Beleuchtungstechnik. Die Formoberfläche des Formwerkzeugs ist oder wird zumindest abschnittsweise durch die Beschichtung gebildet. Die Formoberfläche beschreibt die Oberfläche des Formwerkzeugs, welche, insbesondere während des Pressens, in Kontakt mit dem zu formenden optischen Bauteil, insbesondere mit den optisch aktiven Flächen des zu formenden optischen Bauteils, kommt. Eine optisch aktive

Fläche beschreibt die Oberfläche des optische Bauteils, an denen das eintretende oder austretende Licht beispielsweise gebrochen, reflektiert und/oder transmittiert wird. Um gleichmäßige Qualität zu gewährleisten, wird oder ist die Formoberfläche des Formwerkzeugs in einer bevorzugten Ausführungsform vollständig durch die Beschichtung gebildet.

Der Bestandteil Tantal in der Beschichtung bewirkt ein vermindertes Anhaften des Glases an dem Formwerkzeug, eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit und somit letztendlich auch eine verlängerte Formstandzeit. Zudem wird das Aufbringen größerer Schichtdicken mit geringer Rauigkeit, welches nachfolgend noch weiter ausgeführt wird, ermöglicht. Im Laufe der Einsatzdauer einer Pressform kann es notwendig werden, diese zumindest lokal nachzupolieren. Dies setzt allerdings voraus, dass die Beschichtung eine bestimmte Mindestdicke aufweist, da ansonsten die Gefahr besteht, dass die Schicht an diesen Stellen abgetragen wird. Je höher die Schichtdicke ist, desto öfter ist es möglich, solche Polituren durchzuführen ohne die gesamte Formoberfläche neu überarbeiten und beschichten zu müssen.

Hierbei weist die Beschichtung einen Anteil an Ta von etwa 1 Gew.% bis etwa 100 Gew.%, bevorzugt von etwa 5 Gew.% bis etwa 50 Gew.% (Gewichtsprozent) auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Beschichtung einen Anteil von etwa 30 Gew.% bis etwa 40 Gew.% auf. In einer alternativen Ausführungsform besteht die Beschichtung im wesentlichen aus Tantal, wobei jedoch geringfügige Bestandteile oder Komponenten, beispielsweise als Verunreinigungen, weiterhin enthalten sein können.

Sofern die Beschichtung nicht aus Tantal besteht, sind in der Beschichtung noch weitere Komponenten enthalten. Die

Beschichtung umfasst als weitere Bestandteile zumindest ein Material, welches aus der Gruppe von Pt, Rh, Ir, Mo, Cr, W, Nb, Pd, Re, Au und Ni ausgewählt ist oder wird. Die angeführten Materialien sind beispielhaft zu verstehen und beschränken sich keinesfalls auf die genannte Auswahl. Die Beschichtung liegt dann als eine Legierung vor, und/oder als ein Mehrschichtsystem aus Einzelelementen. Die Legierung im Sinne der Erfindung definiert sich durch das Vorhandensein mehrerer unterschiedlicher Bestandteile oder Komponenten in der Beschichtung.

In einer Ausführungsform weist die Beschichtung einen Anteil an Ir von etwa 1 Gew.% bis etwa 100 Gew.%, bevorzugt von etwa 20 Gew.% bis etwa 80 Gew.%, besonders bevorzugt von etwa 30 Gew.% bis etwa 50 Gew.% auf. Der Anteil an Pt und Rh in der Beschichtung beträgt etwa 1 Gew.% bis etwa 100 Gew.%, bevorzugt etwa 10 Gew.% bis etwa 40 Gew.%. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt dieser etwa 20 Gew.% bis etwa 30 Gew.%. Das Verhältnis von Rh zu Pt liegt in einem Bereich von annähernd Null oder Null zu etwa 0,4, vorzugsweise in einem Bereich von annähernd Null oder Null zu etwa 0,3. Rh erhöht die Schichthärte und die chemische Beständigkeit der Schicht. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Verhältnis bei etwa 0,3. Die Komponenten bewirken in Kombination insbesondere eine erhöhte Härte und chemische Beständigkeit der Formoberfläche .

Bei einer Mehrzahl von Komponenten liegen diese in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der

Beschichtung als Mischung vor. Unter einer Mischung wird verstanden, dass sich die einzelnen Komponenten im wesentlichen nicht in einzelnen Schichten anlagern. Die Komponenten sind vielmehr im wesentlichen zufällig in axialier, d.h. parallel zur Oberflächennormalen, und

lateraler Richtung verteilt, so dass sich mikroskopisch eine im wesentlichen homogene oder gleichmäßige Verteilung, insbesondere entsprechend ihrem Anteil an der Beschichtung, der Komponenten in der Beschichtung ergibt. Beispielsweise liegen hierbei in einer Monolage von Atomen Komponenten einer ersten Sorte benachbart zu Atomen zumindest einer zweiten Komponente.

Vorteilhafte Verfahren zum Aufbringen oder Abscheiden der Beschichtung stellen PVD-Verfahren, hierbei insbesondere das Sputtern, dar. Vorzugsweise unter Anwendung eines PVD- Verfahrens läßt sich eine Beschichtung mit den vorstehend bezeichneten Eigenschaften dadurch erreichen, dass zumindest ein Teil der Komponenten oder alle Komponenten bereits als Legierung aufgebracht sind oder werden. Das Target wird hierbei durch eine Legierung gebildet. Die einzelnen Komponenten der Beschichtung liegen bereits in der Legierung, insbesondere gemischt oder homogen verteilt, vor. Die Materialeigenschaften des Targets können in einer solchen Ausführung im wesentlichen unverändert auf die

Materialeigenschaften der Beschichtung übertragen werden. In einer Ausführungsform wird das Target als eine Tantal umfassende Legierung bereitgestellt.

Als Alternative und/oder als Ergänzung zu einer Legierung wird eine Mehrzahl von Targets verwendet. Jedes Target weist hierbei vorzugsweise jeweils zumindest eine Komponente, insbesondere ein im wesentlichen reines Metall, der Beschichtung auf. Mögliche Komponenten sind bereits vorstehend aufgeführt.

Die vorstehend beschriebene Mischung der Komponenten in der Beschichtung wird insbesondere durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten des Formwerkzeugs erzielt. Entsprechend liegt auch im Rahmen der vorliegenden

Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten eines Formwerkzeuges zum Pressen optischer Bauteile aus Glas umfassend die folgenden Schritte:

- Bereitstellen zumindest eines Targets oder einer Mehrzahl von Targets, welches bzw. welche insbesondere als Material

Tantal umfasst bzw. umfassen,

- Bereitstellen zumindest eines Formwerkzeugs,

- Aufbringen oder Abscheiden wenigstens einer Beschichtung auf zumindest einem Abschnitt einer Formoberfläche des Formwerkzeugs mittels PVD, vorzugsweise mittels Sputtern. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass Target oder Targets und Formwerkzeug relativ zueinander bewegt werden.

Vorzugsweise werden Zusammensetzung und/oder Rauigkeit der Beschichtung mittels der Sputterparameter wie Leistung,

Aufwachsrate, Temperatur, Relativgeschwindigkeit zwischen Targets und Substraten etc . gesteuert .

Dazu wird das Formwerkzeug in einer Ausführungsform gegenüber dem ortsfesten Target gedreht. Die Targets sind vorzugsweise ortsfest. Die Substrate können bei einer Weiterbildung der Erfindung um zumindest 2 verschiedene, unabhängige Achsen gedreht werden.

Die Zusammensetzung der Beschichtung ist durch die Geschwindigkeit der Relativbewegung von Target und Formwerkzeug zueinander einstellbar oder eingestellt. Durch die Relativbewegung wird insbesondere die Morphologie, d.h. der Schichtaufbau beeinflusst. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Zusammensetzung die örtliche

Verteilung der Komponenten in der Beschichtung, den Anteil der Komponenten an der Beschichtung, die Rauigkeit der Beschichtung, die Dicke der Beschichtung und/oder die Dicke einzelner Schichten, welche nachfolgend beschrieben werden.

Vorzugsweise wird die Beschichtung mit einer Rate von etwa 1 nm/min bis etwa 5μm/min aufgebracht, bevorzugt von etwa 10 nm/min bis etwa 50 nm/min aufgebracht, besonders bevorzugt von etwa 30 nm/min bis etwa 40 nm/min aufgebracht. Bei einer Vielzahl von Targets wird das Zerstäuben der einzelnen Targets separat gesteuert oder ist steuerbar, so dass sich individuelle Beschichtungsraten und Zusammensetzungen im Sinne von Anteilen der jeweiligen Komponenten einstellen lassen.

Mit dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren läßt sich somit eine Beschichtung herstellen, in der die einzelnen Komponenten, wie vorstehend beschrieben, als Mischung vorliegen. Diese lassen sich vorzugsweise bei einer

Relativgeschwindigkeit von 0 - 10 cm/sec, bevorzugt ca . 5 - 7 cm/sec. zwischen Target und Substrat erzeugen. Demgegenüber läßt sich bei abnehmender Relativgeschindigkeit von Target und Formwerkzeug zueinander eine Beschichtung erzeugen, die aus einzelnen Schichten aufgebaut ist. Somit ist in einer weiteren Ausführungsform die Beschichtung, vorzugsweise zumindest abschnittsweise, aus einzelnen Schichten aufgebaut. Selbst bei einem solchen Aufbau lassen sich die Eigenschaften einer Legierung erzielen. Die Bestandteile liegen hierbei im wesentlichen ausschließlich oder diskret in den einzelnen Schichten vor. Es kann sich hierbei auch ein Gradient zwischen den einzelnen Schicht ausbilden.

Die Dicke der einzelnen Schichten beträgt etwa 1 nm bis etwa 200 nm, bevorzugt etwa 5 nm bis etwa 70 nm, besonders bevorzugt etwa 5 nm bis etwa 15 nm. Die Dicke der abschließenden Schicht beträgt etwa 5 nm bis etwa 1000 nm, bevorzugt etwa 15 nm bis etwa 100 nm, besonders bevorzugt etwa 15 nm bis etwa 45 nm. Vorzugsweise weist die

abschließende Schicht als zumindest eine Komponenten immer Iridium auf. Unabhängig von der Verteilung und der Zusammensetzung der Beschichtung beträgt die Dicke oder die Gesamtdicke der Beschichtung etwa 50 nm bis etwa 10000 nm, bevorzugt etwa 100 nm bis etwa 5000 nm. In einer besonders bevorzugt Ausführungsform beträgt die Gesamtdicke etwa 100 nm bis etwa 1500 nm.

Durch die erfindungsgemäße Zusammensetzung der Beschichtung und/oder den erfindungsgemäßen Aufbau läßt sich bei vorgegebener Schichtdicke eine verringerte Rauigkeit der Formoberfläche erzielen. Entsprechend ist das Formwerkzeug auch dadurch gekennzeichnet, dass dessen Formoberfläche, insbesondere bei einer Gesamtdicke der Beschichtung von kleiner als 5000 nm, bevorzugt von kleiner als 1500 nm, eine Rauigkeit R _a von kleiner als etwa 10 nm, bevorzugt von kleiner als etwa 5 nm, besonders bevorzugt von kleiner als etwa 3 nm aufweist.

Zudem liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch die Verwendung von Tantal als zumindest eine Komponente einer Beschichtung einer Formoberfläche eines Formwerkzeugs zum Pressen optischer Bauteile aus Glas.

Das erfindungsgemäße Formwerkzeug eignet sich zur

Herstellung von Linsen, Prismen, optischen Fenstern, daraus hergestellten optischen Bauteilen, sowie optischen Komponenten für die Digitale Projektion, Photolithographie, Steppern, Excimerlasern, Wafern, Computerchips sowie integrierten Schaltungen und elektronischen Geräten, die solche Schaltungen und Chips enthalten, sowie für die Telekommunikation, Optische Nachrichtentechnik und/oder Informationsübertragung, Optik und/oder Beleuchtung im Sektor Automotive, Sensorik, Mikroskopie, Medizintechnik,

Sichtoptik für Jagd und Beobachtung, Ferngläser, Spektive und/oder Teleskope.

Ferner beansprucht die vorliegende Erfindung auch ein optisches Bauteil aus Glas, welches herstellbar, insbesondere hergestellt, ist mittels eines Formwerkzeugs mit den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Merkmalen und/oder durch das vorstehend beschriebene Verfahren. Das optische Bauteil ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt seiner Oberfläche, insbesondere seiner optisch aktiven Oberfläche, eine Rauigkeit R _a von kleiner als etwa 10 ran bevorzugt von kleiner als etwa 3 nm besonders bevorzugt von kleiner als etwa 2 nm aufweist.

Bei dem Glas kann es sich beispielsweise um zumindest eines der folgenden Gläser handeln: Fluor-Kron-Gläser, Phosphor- Kron-Gläser, Phosphor-Schwer-Kron-Gläser, Bor-Kron-Gläser, Barium-Leicht-Kron-Gläser , Kron-Gläser, Zink-Kron-Gläser , Barium-Kron-Gläser, Schwer-Kron-Gläser , Kron-Flint-Gläser, Barium-Leicht-Flint-Gläser, Doppel-Schwer-Kron-Gläser, Lanthan-Kron-Gläser, Doppel-Leicht-Flint-Gläser, Barium- Flint-Gläser, Leicht-Flint-Gläser, Flint-Gläser, Barium- Schwer-Flint-Gläser, Lanthan-Flint-Gläser , Lanthan-Schwer- Flint-Gläser, Schwer-Flint-Gläser, Tief-Kron-Gläser, Tief- Flint-Gläser, Lang-Kron-Sondergläser, Tief-Schwer-Flint- Gläser, Kurz-Flint-Gläser, Kurz-Flint-Sondergläser .

Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungbeispiele im Einzelnen erläutert. Hierzu wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Die gleichen Bezugszeichen in den einzelnen Zeichnungen beziehen sich auf die gleichen Teile.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Formstation.

Fig. 2.a zeigt eine vergrößerte Detailansicht des Ausschnitts Z aus Fig. 1 in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Fig. 2.b zeigt eine vergrößerte Detailansicht des Ausschnitts Z aus Fig. 1 in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Fig. 2. c zeigt eine vergrößerte Detailansicht des Ausschnitts Z aus Fig. 1 in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Fig. 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht schematisch das Aufbringen der Beschichtung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Fig. 4.a zeigt beispielhaft in einer schematischen

Darstellung die erwartete Ausbeute einer SIMS-Analyse der Beschichtung aus Figur 2.a als Funktion der Sputterzeit.

Fig. 4.b zeigt beispielhaft in einer schematischen Darstellung die erwartete Ausbeute einer SIMS-Analyse der Beschichtung aus Figur 2.b als Funktion der Sputterzeit.

Fig. 5.a und Fig. 5.b zeigen das Ergebnis einer REM- Untersuchung (zur Charakterisierung der Schichtmorphologie und zum Bestimmen der Schichtdicke) einer herkömmlichen und einer erfindungsgemäßen Beschichtung.

Fig. 6.a und Fig. 6.b zeigen die Rauigkeit (ermittelt durch eine AFM-Untersuchung) einer Oberfläche einer herkömmlichen

und einer erfindungsgemäßen Beschichtung als Funktion der Schichtdicke .

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Formstation mit einem Formblock 1, der durch eine Oberform 2 und Unterform 3 gebildet ist. Mittel zum Beheizen und zum Führen des Formblocks sind nicht dargestellt. Das erfindungsgemäße Formwerkzeug 1 ist als Formblock 1, im Detail als Oberform 2 und Unterform 3 des Formblocks 1, ausgebildet. Zwischen der Ober- und der Unterform 2, 3 ist das zu formende Material 5 angeordnet .

Das zu formende Material 5 ist beispielsweise Glas oder optisches Glas und wird als ein sogenannter Vorformling bereitgestellt, welcher zwischen der Ober- und Unterform 2,3 zu einer Linse gepresst werden soll. Eine solche Linse besitzt beispielsweise einen Durchmesser und eine

Mittendicke in der Größenordnung von 30 mm bzw. 4 mm. Die vorliegende Erfindung kann auch ein Formwerkzeug zum Pressen optischer Bauteile aus einem Formmaterial 5, wie Glas und/oder Glaskeramik, betreffen, wobei die Formoberfläche 4a eine Beschichtung 4 umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Beschichtung 4 in einer Ausführungsform als Bestandteil zumindest Tantal aufweist.

Die Formstation selbst kann insbesondere Bestandteil einer nicht dargestellten Pressformmaschine sein, welche beispielsweise drei Formstationen aufweist, in der das Formmaterial 5 aufgeheizt und zu einem Glasteil gepresst wird, welches abschließend abgekühlt wird. Geeignete Materialien für die Bestandteile des Formblocks 1 sind Materialien mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Beispiele

sind Hartmetalle, wie Wolframcarbid und/oder keramische Werkstoffe, wie SiC, Si ₃ N ₄ , AlN. Neben der geforderten hohen Wärmeleitfähigkeit weisen diese Materialien eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit bei Temperaturen von etwa 650 ⁰ C auf. Da sich solche Materialien im allgemeinen relativ schwierig und damit auch kostenaufwendig bearbeiten lassen, können alternativ dazu auch hitzbeständige Stähle verwendet werden.

Die Beschichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung besitzen zudem eine gute Haftung auf Silizium. Hierbei wird bzw. werden Silizium oder, zum Beispiel strukturierte, Si- Plättchen, beschichtet und zum Pressen optischer Glasteile verwendet. Somit ist Silizium auch ein geeigneter Bestandteil für einen Formblock 1.

Die Formoberfläche 4a der Unter- und die Oberform 2,3 wird jeweils durch eine erfindungsgemäße Beschichtung 4 gebildet. Eine beispielhafte Beschichtung umfasst die Komponenten Ta, mit einem Anteil von etwa 35 Gew. %, Ir, mit einem Anteil von etwa 40 Gew.% und Pt und Rh, mit einem summierten Anteil von etwa 25 Gew. % und in einem Verhältnis Pt : Rh von 1:0,3.

Figur 2.a zeigt eine vergrößerte Detailansicht des Ausschnitts Z aus Figur 1 gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Hierbei liegen die einzelnen Komponenten in der Beschichtung als Mischung vor. Einzelne Atomlagen der Beschichtung weisen dabei unterschiedliche Komponenten auf.

Figur 2.b zeigt wiederum eine vergrößerte Detailansicht des Ausschnitts Z aus Figur 1 gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform. Hierbei liegen die einzelnen Komponenten im wesentlichen getrennt in einzelnen

Schichten 6,7,8 vor. Beispielhaft ist eine Beschichtung 4 dargestellt, welche aus sechs einzelnen Schichten 6, 7, 8 aufgebaut ist, die im wesentlichen jeweils Ta, Ir bzw. Pt und Rh aufweisen. Die Beschichtung 4 ist vorliegend periodisch aus einzelnen Schichten 6,7,8 aufgebaut. Die abschließende Schicht, welche in Kontakt mit dem Formmaterial 5 kommt, wird durch die Schicht 6 gebildet, die im wesentlichen Tantal aufweist. An den Grenzflächen zwischen den einzelnen Schichten 6, 7, 8 kann es zu einem Vermischen oder Ineinanderfließen der einzelnen Schichten 6, 7, 8 kommen. Hierbei kann sich zwischen den einzelnen Schichten 6, 7, 8 eine nicht dargestellte Gradientenschicht ausbilden, in welcher der Anteil der betreffenden Komponenten jeweils zu- bzw. abnimmt.

Figur 2. c zeigt eine vergrößerte Detailansicht des Ausschnitts Z aus Figur 1 in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einer aus drei Schichten 6, 7, 8 aufgebauten erfindungsgemäßen Beschichtung 4. Zwischen der Beschichtung 4 und der

Unterform 3 ist zusätzlich, wie es bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, noch eine Haftvermittlerschicht 9 angeordnet.

Figur 3 illustriert das Prinzip des Abscheidens der

Beschichtung 4 mittels eines Sputterprozesse gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die Mittel zum Betreiben des Sputterprozesses, wie Mikrowellengenerator, Vakuumeinrichtungen, GasZuführungen und Steuereinrichtung sind nicht dargestellt.

Die einzelnen Targets 16, 17 und 18 sind auf einem Teller 15, angeordnet. Im Detail sind die Targets 16, 17 und 18 nebeneinander in einer Ebene angeordnet. Gegenüberliegend

zum Teller 15 ist als zu beschichtendes Substrat die Oberform 2 bzw. Unterform 3 derart ausgerichtet angeordnet, dass auf der zunächst unbeschichteten Formoberfläche 4a die erfindungsgemäße Beschichtung 4 abgeschieden werden kann. Die Unterform 3 kann hierbei sowohl um die Achse 20, als auch um die Achse 21 rotieren. Zur Vereinfachung wird nachfolgend nur noch die Unterform 3 erwähnt. Identisches gilt auch für die Oberform 2. Die Achsen 20 und 21 können beliebig im Raum, vorzugsweise jedoch horizontal oder vertikal, ausgerichtet sein.

Insbesondere durch die Geschwindigkeit der Relativbewegung von Teller 15 und Unterform 3 und durch die Plasmaleistung, läßt sich die Zusammensetzung der Beschichtung 4 steuern. Bei niedriger Relativgeschwindigkeit und entsprechend angepaßter Leistung baut sich eine aus einzelnen Schichten 6, 7, 8 aufgebaute Beschichtung 4 auf, welche in Figur 2.b illustriert ist. Dagegen läßt sich bei ansteigender Relativgeschwindigkeit und angepasster, vorzugsweise konstanter, Leistung oder Beschichtungsrate, eine

Durchmischung der einzelnen Komponenten in der Beschichtung erreichen, so dass sich die in Figur 2.a illustrierte Beschichtung herstellen läßt. Dabei kommt es zu einem zumindest teilweise überlappen oder Vermischen der einzelnen aus dem Target zerstäubten Teilchenwolken.

Insbesondere lassen sich die einzelnen Targets oder die Beschichtungsrate der einzelnen Targets getrennt voneinander steuern.

Figur 4.a illustriert schematisch das Ergebnis einer SIMS- Analyse der Beschichtung aus Figur 2.a. Dargestellt ist die erwartete Ausbeute als Funktion der Sputterzeit, welche ein Maß für die Tiefe ist, aus der die nachgewiesenen Partikel stammen. Eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Komponenten in der Beschichtung 4 resultiert in eine

Ausbeute der einzelnen Komponenten, welche im wesentlichen konstant über die gesamte Tiefe oder Dicke der Beschichtung 4 verläuft. Figur 4.b illustriert schematisch die SIMS- Analyse der Beschichtung aus Figur 2.b. In den verschiedenen Tiefen lassen sich die einzelnen Komponenten der Beschichtung 4 und die entsprechenden übergänge zwischen den einzelnen Schichten nachweisen. Die Tiefenauflösung der angewendeten Analyse bestimmt hierbei die Möglichkeit, einen schichtweisen Aufbau der Beschichtung 4 nachweisen zu können. Zudem kann sich zwischen den einzelnen Schichten ein Gradient der Zusammensetzung einstellen oder es kann sich eine Gradientenschicht ausbilden, wobei eine „Durchmischung" der Komponenten vorliegen kann.

Um die Vorteile der erfindungsgemäßen Beschichtung 4 zu belegen, zeigen die Figuren 5.a und 5.b das Ergebnis von REM-Untersuchungen und die Figuren 6.a und 6.b das Ergebnis von AFM-Untersuchungen jeweils einer herkömmlichen Beschichtung 4 (Figuren 5.a und 6.a) und einer erfindungsgemäßen Beschichtung 4 (Figuren 5.b und 6.b). Die Figuren 5.a und 5.b zeigen das Profil einer herkömmlichen Beschichtung 4 und einer erfindungsgemäße Beschichtung 4. Der Maßstab ist in Fig. 5a 435 nm, in Fig. 5b 415 nm. Die Figuren 6.a und 6.b zeigen die Rauigkeiten R _a , gemessenen in einem Messfeld von 10*10 μm, einzelner Proben als Funktion der Schichtdicke. Die Messungen wurden mit einem Messgerät des Typs Nanoscope der Firma Digital Instruments durchgeführt. Die Schichtdicken selbst sind gemessen an der Bruchkante beschichteter Siliziumwaferproben unter dem

Rasterelektronenmikroskop. Beide Beschichtungen sind auf einer polierten Siliziumoberfläche aufgebracht. Die Verwendung von Silizium liegt insbesondere darin begründet, dass es sich leichter brechen läßt und damit die

Untersuchung mittels REM entlang der Bruchkante ermöglicht. Ein vergleichbares Wachstum der Beschichtungen bei einem Substrat wie Wolframcarbid, als ein typisches Material für Formblöcke 1, ist zu erwarten. Die herkömmliche Beschichtung wird durch die folgenden Komponenten gebildet: Ir, Cr, Pt und Rh. Die erfindungsgemäße Beschichtung wird durch die folgenden Komponenten gebildet: Ta, Ir, Pt und Rh.

Die bekannten Schichten, die mittels Sputtern aufgebracht werden, vergrößern in der Regel die Rauigkeit der beschichteten Oberfläche. Dies liegt in ihrer Struktur oder Morphologie begründet, die wiederum auf das Wachstumsverhalten zurückzuführen sind. Die herkömmlich eingesetzten Schichten weisen meistens ein säulenförmiges Wachstum auf. Dabei werden diese Säulen mit zunehmender Entfernung von der beschichteten Oberfläche breiter. Daraus resultiert ein Anstieg der Rauigkeit mit zunehmender Schichtdicke .

Bei dem erfindungsgemäßen Schichtsystem liegt dagegen ein anderes Wachstumsverhalten vor, welches nicht zu Säulen führt. Dies wird im wesentlichen auf das Tantal als Bestandteil der Beschichtung 4 zurückgeführt. Die Rauigkeit der Beschichtungen 4 nimmt zwar auch mit deren Schichtdicke zu, allerdings im wesentlich geringerem Maße als bei den herkömmlichen Schichten bzw. Beschichtungen. Das Tantal als Bestandteil der Beschichtung scheint vorzugsweise die Morphologie und/oder die Rauigkeit der Beschichtung zu beeinflussen und zwar innerhalb eines Fensterbereiches. Sowohl ein zu geringer Anteil an Tantal als auch ein zu hoher Anteil an der Beschichtung führt zu einer größeren Oberflächenrauigkeit .

Die resultierende Rauigkeit der Formoberfläche 4a der Beschichtung 4 eines Formwerkzeugs wird auch durch die Rauigkeit oder Grundrauigkeit der unbeschichteten Formoberfläche 4a bestimmt. In Abhängigkeit von dem Material, auf dem die Beschichtung 4 abgeschieden wird, lassen sich mittels Polieren unterschiedliche Grundrauigkeiten erzielen.

Beispielsweise lassen sich Oberflächen von Silizium derart polieren, dass sie eine Rauigkeit R _a von kleiner als etwa 1 nm besitzen. Dagegen lassen sich Materialien wie Wolframcarbid nur schwer polieren, so dass eine Rauigkeit R ₃ von kleiner 3 nm erreicht wird. Aus dem in Figur 6.b dargestellten Verlauf ergibt sich, insbesondere für polierte Siliziumoberflächen, insbesondere für

Schichtdicken in einem Bereich von bis zu etwa 2500 nm, für eine Formoberfläche 4a eine Rauigkeit R _a von etwa 0,3 bis 1 nm. Somit wird die Rauigkeit der unbeschichteten Formoberfläche 4a durch die erfindungsgemäße Beschichtung 4, insbesondere in dem Bereich der angegebenen

Schichtdicke, nicht wesentlich vergrößert. Somit ergibt sich bei den aktuell zu verwendenden polierten Materialien wie Wolframcarbid, insbesondere für Schichtdicken in einem Bereich von bis zu etwa 2500 nm, für eine Formoberfläche 4a eine Rauigkeit R _a von etwa 1 bis 3 nm.

Die erfindungsgemäßen Schichten zeichnen sich durch eine geringe Oberflächenrauigkeit aus. Insbesondere ist die Zunahme der Oberflächenrauigkeit mit steigender Schichtdicke gering. Zudem ist die Oxidation der

Oberflächen gering, insbesondere bei Temperaturen von über 400 ⁰ C unter N ₂ -AtmoSphäre . Ferner sind die Reaktion und das Kleben mit Gläsern gering. Auch die erzielte Härte liegt in ähnlichen Bereichen wie bei herkömmlichen Schichten, wie Cr/Pt/Rh/Ir oder auch Mo/Pt/Rh/Ir. Insbesondere durch die

verminderte Rauigkeit der Formoberflächen 4a lassen sich letztendlich optische Bauteile mit verbesserter Oberflächengüte herstellen. Insbesondere lassen sich optische Bauteile herstellen mit einer Rauigkeit R ₃ von etwa 1 nm bis 3 nm oder sogar von kleiner als etwa 1 nm und hierbei insbesondere von etwa 0,3 nm bis etwa 1 nm..

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind. Die Erfindung ist nicht auf diese beschränkt, sondern kann in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1 Formblock 2 Oberform

3 Unterform

4 Beschichtung 4a Formoberfläche

5 zu formendes Material 6 Ta-Schicht oder Ta

7 Ir-Schicht oder Ir

8 Pt-Rh-Schicht oder Rt/Rh

9 Haftvermittlerschicht 15 Teller 16 Ta-Target

17 Ir-Target

18 Pt-Rh-Target

20 Drehachse des Tellers

21 Drehachse der Ober- oder Unterform

Z Ausschnitt aus Fig. 1