Beschichtung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben und/ oder lyophoben Beschichtung gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1 und auf eine Anordnung mit einem Substrat mit einer hydrophoben und/ oder lyophoben Beschichtung gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 9.

Hydrophobe und/oder lyophobe Oberflächenschichten haben verschiedene Einsatzfelder. Mit hydrophoben und/oder lyophoben Schichten beschichtete Glas- und Metalloberflächen besitzen Antihafteigenschaften und können z. B. als selbstreinigende Oberflächen zur Anwendung im Automobilbau, Luftfahrt oder Fassadentechnik eingesetzt werden. Selbstreinigende Gläser können auch in Brillen eingesetzt werden. Gut haftende hydrophobe Schichten können sowohl auf Außenoberflächen als auch auf Innenoberflächen wie Hohlnadeln oder ähnliches appliziert und z. B. in der Medizintechnik eingesetzt werden. Hydrophobe Schichten kommen ebenfalls bei der Immersionslithographie zum Einsatz.

Eine solche hydrophobe bzw. lyophobe Schicht kann zum Beispiel eine Silizium- Polymerschicht mit der Strukturformel (SiO _x C _y ) _n sein. Derartige Schichten auf SiO _x -Basis können auch aus siliziumorganischen Verbindungen wie Tetramethylsilan (TMS), Tetraethoxysilan (TEOS) oder polymerähnliche Kohlenwasserstoffschichten aus Kohlen ^¬ wasserstoffen wie Methan, Acetylen oder Propargylalkohol sowie fluorierte Kohlenstoff ^¬ schichten aus fluorierten Kohlenwasserstoffen wie beispielsweise Tetrafluorethen sein. Bei der Polymerschicht kann es sich je nach Anwendung auch um eine Schicht mit der Strukturformel (ZrO _x C _y ) _n oder (TiO _x C _y ) _n handeln. Die Anwendungen eignen sich auch für temperaturempfindliche und kompliziert geformte 3D-Teile.

Hierfür werden beispielsweise auf einer Substratoberfläche Titan (Ti), Titannitrid (TiN), Indiumzinnoxid, Nickel (Ni), Gold (Au), Silber (Ag), Chrom (Cr), oder Magnesiumfluorid als funktionale Beschichtung für z. B. eine Verdunklung, eine Entspiegelung, oder eine Polarisation abgeschieden, wobei all diese Schichten auch Beimengungen an zum Beispiel Bor, Kohlenstoff, Phosphor, Sauerstoff oder Stickstoff haben können. Auf diese Oberfläche wird eine hydrophobe organische Schicht (zum Beispiel Si-Polymer) zum Beispiel mittels plasmainduzierter chemischer Gasphasenabscheidung (PE-CVD) aufgebracht. Diese Schicht wird in vielen unterschiedlichen Anwendungsfeldern, wie das bereits zuvor beschrieben worden ist, eingesetzt. In Fig. 1 ist ein Beispiel des Standes der Technik aufgezeichnet. Fig. 1 zeigt im Detail einen Schichtaufbau mit einem Substrat 1 , einer Funktionsschicht 2 und einer darauf abgeschiedenen hydrophoben und/ oder lyophoben Beschichtung 4.

Die hydrophobe Schicht 4 ist je nach Anwendung verschiedenem Stress ausgesetzt. Häufig wird eine sehr hohe Haftung auf der darunterliegenden Schicht, also der Funktionsschicht 3, gefordert, auch während der Belastung durch etwaige Umwelteinflüsse wie UV-Licht, laufendes Wasser und/oder mechanischer Belastung. Mangelnde Haftung reduziert die Anwendungsbreite und die Nutzungsdauer.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine dauerhaft gute Haftung der organischen hydrophoben und/oder lyophoben Schicht auf der darunterliegenden Schicht zu gewährleisten. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen in Kombination mit der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben und/ oder lyophoben Beschichtung vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Merkmale aufweist:

Bereitstellen eines Substrats;

Abscheiden einer Funktionsschicht auf dem Substrat, wobei eine Oberfläche der Funktionsschicht eine erste mittlere Rauheit aufweist;

Abscheiden einer haftvermittelnden Schicht auf der Funktionsschicht, wobei eine Oberfläche der haftvermittelnden Schicht eine zweite mittlere Rauheit aufweist, die größer als die erste mittlere Rauheit ist; und

Abscheiden einer hydrophoben und/oder lyophoben Schicht auf die haftvermittelnde Schicht.

Der hier beschriebene Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass eine Verbesserung der Haftungseigenschaften und Robustheit gegenüber Abrieb einer hydrophoben und/oder lyophoben Oberfläche dadurch erzielt werden kann, dass zwischen das Substrat beziehungsweise die Funktionsschicht und der hydrophoben und/oder lyophoben Oberflächenschicht eine zusätzliche haftvermittelnde Schicht gebracht wird. Die haftvermittelnde Schicht wird erfindungsgemäß derart abgeschieden, dass eine mittlere Rauheit der Oberfläche der haftvermittelnden Schicht größer ist als eine mittlere Rauheit der Oberfläche der Funktionsschicht.

Das technische Merkmal „mittlere Rauheit" gibt den mittleren Abstand eines Messpunktes - auf der Oberfläche - zu einer Mittellinie an. Die Mittellinie schneidet innerhalb einer Bezugsstrecke das wirkliche Profil so, dass die Summe der Profilabweichungen (bezogen auf die Mittellinie) minimal wird.

Durch das Abscheiden der haftvermittelnden Schicht, können nachfolgende weitere Vorteile erzielt werden:

1 . ) Die Grenzfläche zwischen der haftvermittelnden Schicht und der Funktionsschicht kann besser kontrolliert werden, womit Nachteile der direkten hydrophoben und/ oder lyophoben Beschichtung vermieden werden können, hier insbesondere die Oberflächenvorbehandlung, Verschmutzung in und durch die Beschichtungskammer sowie intrinsische Probleme beim Beginn der Abscheidung.

2. ) die hydrophobe und/ oder lyophobe Schicht wächst / haftet besser auf der haftvermittelnden Schicht als auf der Funktionsschicht, z.B. Titannitrid.

3. ) Durch geeignete Abscheideparameter kann die Topographie der haftvermittelnden

Schicht angepasst werden, so dass zusätzlich durch eine Oberflächenvergrößerung eine physikalische Haftverbesserung der hydrophoben und/ oder lyophoben Schicht erwirkt wird.

In einer weiteren Ausführungsform können der Schritt des Abscheidens einer haftvermittelnden Schicht mit einem ersten Abscheideverfahren und der Schritt des Abscheidens der hydrophoben und/oder lyophoben Schicht mit einem davon verschiedenen zweiten Abscheideverfahren erfolgen. Die Haftschicht wird nicht, wie bei anderen Haftschichten, durch ein chemisch signifikant anderes Material realisiert, sondern durch ein signifikant anderes Abscheideverfahren, das z. B. durch eine höhere Energie der abgeschiedenen Teilchen eine bessere Haftung bewirkt.

In einer weiteren Ausführungsform kann das erste Abscheideverfahren aus der Gruppe Atomlagenabscheidung oder physikalische Gasphasenabscheideverfahren wie etwa Sputtern oder Bedampfen gewählt werden. Derartige Abscheideverfahren sind gut beherrschbar und können somit besonders wirkungsvoll eingesetzt werden.

In einer weiteren Ausführungsform kann das zweite Abscheideverfahren eine Atomlagenabscheidung oder ein physikalisches Gasphasenabscheideverfahren wie etwa Sputtern oder Bedampfen, eine chemische Gasphasenabscheidung, oder vorzugsweise eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung sein.

In einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt des Abscheidens der hydrophoben und/ oder lyophoben Schicht ein Abscheiden einer Silizium-Polymerschicht mit der Strukturformel (SiO _x C _y ) _n umfassen.

Bevorzugt kann der Brechungsindex der haftvermittelnden Schicht ungefähr gleich dem der hydrophoben und/ oder lyophoben Schicht, z. B. Silizium-Polymerschicht, sein. Somit kommt es zu keinen nennenswerten Änderungen der optischen Eigenschaften.

In einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt des Abscheidens der haftvermittelnden Schicht ein Abscheiden einer Si0 ₂ , SiO _x (mit 2>x>0), Al ₂ 0 ₃ , Ti0 ₂ , Y2O3, La ₂ 0 ₃ , Hf0 ₂ , HfSiON, HfSiO, BaSrTiO*, ZrO, Ta ₂ 0 ₅ , Ga ₂ 0 ₃ oder einer Gd ₂ 0 ₃ Schicht umfassen. Insbesondere durch das Abscheiden einer Si0 ₂ Schicht wird eine zusätzliche harte Schicht bereitgestellt, die eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Abrieb aufweist. Die Vickers Härte von Si0 ₂ liegt bei -300-1000 MPa.

Die Dicke der haftvermittelnden Schicht, insbesondere der Si0 ₂ -Schicht, kann abhängig von der Anwendung und den Anforderungen zwischen 2 nm und 2 μιη liegen. Alternative Schichten zur Si0 ₂ -Schicht können alle Oxide sein. Zum Beispiel kommt auch Al ₂ 0 ₃ als transparente Schicht in Frage (Vickers-Härte bis 2000MPa).

In einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt des Abscheidens einer Funktionsschicht das Abscheiden einer Titan-, oder einer Titannitrid-, oder einer Indiumzinnoxid-, oder einer Nickel-, oder einer Gold-, oder einer Silber-, oder einer Chrom- oder einer Magnesiumfluorid-Schicht umfassen.

In einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt des Abscheidens einer Funktionsschicht das Beimengen von Bor, oder von Kohlenstoff, oder von Phosphor, oder von Sauerstoff oder von Stickstoff umfassen. Der hier vorgestellte Ansatz schafft zudem Anordnung mit einem Substrat und einer hydrophoben und/ oder lyophoben Beschichtung hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren mit den folgenden Merkmalen: einem Substrat; einer Funktionsschicht auf dem Substrat, wobei die Oberfläche der Funktionsschicht eine erste mittlere Rauheit aufweist; einer haftvermittelnden Schicht auf der Funktionsschicht, wobei eine Oberfläche der haftvermittelnden Schicht eine zweite mittlere Rauheit aufweist, die größer als die erste mittlere Rauheit ist; und einer hydrophoben und/oder lyophoben Schicht auf der haftvermittelnden Schicht.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Substrats mit einer hydrophoben und/ oder lyophoben Beschichtung gemäß dem Stand der Technik ; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Substrats mit einer hydrophoben und/ oder lyophoben Beschichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 3 ein Diagramm bzgl. der Oberflächenrauheit der haftvermittelnden Schicht in

Abhängigkeit der Schichtdicke; und

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer hydrophoben und/ oder lyophoben Beschichtung.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Realisierung einer Anordnung mit einem Substrat 1 und einer hydrophoben und/ oder lyophoben Schicht 4 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine derartige Anordnung kann beispielsweise in der Immersionslithographie eingesetzt werden. Erfindungswesentlich hierbei ist, dass zwischen der hydrophoben und/ oder lyophoben Schicht 4 und einer Funktionsschicht 2 eine haftvermittelnden Schicht 3 angeordnet ist. Eine Oberfläche 3a der haftvermittelnden Schicht 3 weist eine (zweite) mittlere Rauheit auf, die größer ist, als eine (erste) mittlere Rauheit der Oberfläche 2a der Funktionsschicht 2. Dadurch wird eine verbesserte Haftung der hydrophoben und/ oder lyophoben Schicht 4 bereitgestellt.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm bzg l. der mittleren (Oberflächen)-rauheit der haftvermittelnden Schicht 3 in Abhängigkeit der Schichtdicke. Wie man aus dem Diagramm gut erkennen kann, wächst eine mittlere Rauheit der Oberfläche mit steigender Schichtdicke der haftvermittelnden Schicht 3.

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer hydrophoben und/ oder lyophoben Beschichtung. Bei der hydrophoben und/ oder lyophoben Beschichtung kann es sich um die anhand von Fig. 2 beschriebenen Beschichtung handeln.

In einem Schritt 1 10 wird zunächst ein Substrat bereitgestellt. Der Schritt des Bereitstellens kann beispielsweise den Einbau des Substrats in eine Beschichtungsanlage umfassen. In einem Schritt 120 wird eine Funktionsschicht 2 auf dem Substrat abgeschieden, wobei eine Oberfläche 2a der Funktionsschicht eine erste mittlere Rauheit aufweist. In einem Schritt 130 wird eine haftvermittelnde Schicht 3 auf der Funktionsschicht abgeschieden, wobei eine Oberfläche 3a der haftvermittelnden Schicht 3 eine zweite mittlere Rauheit aufweist, die größer als die erste mittlere Rauheit ist. In einem Schritt 140 wird eine hydrophobe und/oder lyophobe Schicht 4 auf die haftvermittelnde Schicht 3 abgeschieden.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder" Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.