硬质抗反射涂层及其制造和用图_3

文档序号:9260704阅读:来源:国知局
合所形成的氮氧化合物。这对于AlN晶粒的晶粒生长来说特别重要,因为氮氧化合物会干扰晶粒生长。因此,优选地,获得的涂层含有的氧含量为不大于10原子数%,更优选为不大于5原子数%,或者甚至为小于2原子数%。与之不同的是,在传统的溅射方法中,涂覆处理过程中的最终压力在至少5*10_5mbar的范围内,在此情况下,沉积涂层中的氧含量也是相应较高的。
[0065]在沉积硬质材料层的一个实施例中,在溅射处理中,一旦根据本发明的最终压力达到,引入含氮处理气体。氮在总气流中的含量为至少30体积%,优选40体积%,更优选50体积%。在溅射处理过程中通过总气流中的氮含量可以影响沉积涂层的化学抗性,例如对于洗涤剂或清洁剂的化学抗性。由此,涂层针对化学品的抗性随着氮含量的升高而增大。
[0066]在较高的溅射功率下进行步骤d)中高折射率层的沉积。在根据本发明的方法中,溅射功率为至少8-lOOOW/cm2,优选为至少lO-lOOW/cm2。在本发明的一个实施方式中,采用高功率脉冲磁力溅射法(HiPIMS)。替代地或附加地,在靶和衬底之间可以保持负电压或交流电压。
[0067]替代地或附加地,可以在离子轰击的协助下来进行步骤d)中高折射率的硬质层的沉积,优选借助来自离子束源的离子轰击,和/或通过在衬底上施加电压进行沉积。
[0068]可以通过连续沉积进行溅射处理。可选地,硬质材料层可以由在从涂覆区域撤回时由于处理所引起的分界面构成。
[0069]在进一步的处理步骤中通过后续处理,可以进一步改善AlN涂层的结晶效果。此夕卜,通过后处理可以有利地影响各种特性,例如摩擦系数。作后处理可以包括激光处理或者几种热处理,例如光照射。也可以考虑通过离子或电子植入。
[0070]根据一种实施方式,溅射生成的颗粒在大于100°C、优选大于200°C、更优选大于300°C的沉积温度下沉积。这样,通过将低处理压力与高溅射功率相结合,能够以特别有利的方式影响AlN晶粒的生长,特别是影响晶粒尺寸和晶体结构的择优取向。然而,也可以在低温,例如在室温下进行沉积。根据该实施方式生产的硬质材料层同样显示出良好的机械性能,如高耐刮性。
[0071]在本发明的一种实施方式中,靶除了含有铝外还包含硅、硼、锆、钛、镍、铬或碳中的至少一种元素。这些除了铝以外的额外元素在本发明中也称为掺杂物。优选地,靶中的铝含量为高于50重量%,更优选高于60重量%,最优选大于70重量%。
[0072]在本发明的一种实施方式中,多次进行工艺步骤c)到d)顺序的处理。这样,可以例如获得包括五个或更多个电介质层的涂层。
[0073]根据本发明的一种实施方式,在具有粗糙的或蚀刻表面的衬底上沉积抗反射涂层O
[0074]在制造方法的一种变化形式中,在步骤a)中提供已经具有高折射硬质层的衬底。
【附图说明】
[0075]接下来结合图1至11以及结合多个实施例详细说明本发明。其中:
[0076]图1和图2示出了根据本发明涂覆衬底的两种实施方式的示意图,
[0077]图3示出了一个实施例和比较例经拜耳测试(Bayertest)的反射变化,
[0078]图4示出了第一实施例以及比较例在拜耳测试之前和之后的反射特性,
[0079]图5示出了第二实施例以及比较例在拜耳测试之前和之后的反射特性,
[0080]图6示出了高折射率的硬质材料层的X射线能量色散(EDX)光谱,
[0081]图7a和7b示出了两种具有不同AlN含量的AlN-SiN混合涂层的透射电子显微镜(TEM)图像,
[0082]图8示出了高折射率硬质材料层的一个实施例的X射线衍射(XRD)光谱,
[0083]图9示出了两种具有不同择优取向的AlN硬质材料层的X射线衍射(XRD)光谱,
[0084]图1Oa至1c示出了具有呈现不同择优取向的高折射率硬质材料层的不同涂覆的衬底在借助沙子的机械应力测试之后的照片,以及
[0085]图1la和Ilb示出了具有呈现不同晶体结构择优取向的高折射率硬质材料层的不同涂覆的衬底在借助碳化硅的机械应力测试之后的照片。
【具体实施方式】
[0086]图1示意性地示出了根据本发明的涂覆衬底I的一个实施例。在此衬底2涂覆有三层光学干涉涂层3a。涂层3a包括层4、5和6。层4和6是低折射率层,层5是高折射率层。第一低折射率层4直接沉积在衬底2上并且具有在10至30nm范围内的层厚。第一高折射率层率5布置在第一低折射率层4的上面,该第一高折射率层5的层厚为100至lOOOnm。在此,第一高折射率层5设置在第一低折射率层4和第二低折射率层6之间。在图1中所示的实施例中,第二低折射率层6构成涂层3a的最上层并且具有60至10nm范围内的层厚。其中,第二低折射率层6的层厚大于第一低折射率层4的层厚,因为第二低折射率层6作为涂层3a的最上层并暴露到更大的机械应力。第一高折射率层5的层厚不仅适应于对生成具有抗反射效果的涂层体系的光学要求,此外也确保了对于整个涂层3a以及涂覆衬底I的机械强度的贡献。
[0087]图2示出了第二个实施例9的示意图。在该实施例中,衬底2设有五层涂层3b。除了第一和第二低折射率层(4,6)和第一高折射率层5以外,涂层3b还具有第二高折射率层7和第三低折射率层8。在此,第二高折射率层7设置在第二和第三低折射率层(6,8)之间。在该实施例9中,第三低折射率层8构成涂层的最上层并且具有在60至120nm范围内的层厚。第一低折射率层4的层厚在10至60nm的范围内并且第二低折射率层6的层厚在10至40nm的范围内。在此实施例中,由于涂层3b的机械强度主要是通过第二高折射率层8来保证,所以第一高折射率层5具有10至40nm的较低层厚,而第二高折射率层的层厚则在100至100nm的范围内。
[0088]图3示出了根据本发明涂覆衬底11和比较例10经拜耳测试之后反射的平均变化。对此,对各个直径尺寸为30mm的样品加载90g沙子并进行13500次振动。随后通过光谱仪测定经上述处理的样品的反射并且与未经处理的样品的反射进行比较。比较样品10为如DE 102011012160中公开的涂覆衬底。根据图3明显可见,比较样品10经机械应力之后的反射相比于根据本发明涂覆的衬底11中的明显变化更大。样品11的抗反射涂层相对于通过拜耳测试模拟的机械应力如刮擦比现有技术中已知的抗反射涂层稳定数倍。
[0089]图4示出了一个实施例以及比较例在拜耳测试之前和之后的波长函数的反射特性。比较例12为如DE 10 2011 012 160中所述涂覆衬底。实施例13中五层的涂层具有低折射率的S1jl。高折射率层是掺杂有硅的氮化铝涂层(AIN:SiN)。曲线12a和13a示出比较例和实施例在拜耳测试之前的反射特性。在如前所述的拜耳测试之后的反射特性由曲线12b (比较例)和13b (实施例)示出。比较样品和实施例在拜耳测试之前具有相似的反射曲线,而比较例在拜耳测试之后在整个测量的波长范围内呈现明显比实施例更高的反射。
[0090]图5中示出了比较例(14a,14b)和另一个实施例(15a,15b)在拜耳测试之前和之后作为波长函数的反射。此实施例的涂层具有SiAlOx组成的低折射率层。正如曲线14a和15a明显示出的,实施例在拜耳测试之前(曲线15a)具有比比较例(曲线14a)更高的剩余反射。然而,由于拜耳测试,比较例的反射(曲线14b)明显比实施例的(曲线15b)增大很多。另外,在比较例中观察到,反射增加随着波长的增大而变得更大。因此,在拜耳测试之后,对于约600nm以及更大的波长,比较例呈现比相似处理的实施例更高的反射。另外,在实施例的情况下,反射的变化与波长无关或者仅有很小的关联,从而在拜耳测试之后,在整个测量波长范围可以观察到基本恒定的反射变化。特别有利的是,涂层的色表尽可能保持不变。
[0091]图6示出了对硬质材料层的X射线能量色散(EDX)光谱法或X射线能量色散分析的光谱,该硬质材料层诸如在根据本发明的涂层中形成为高折射率层。在该示例性实施例中的硬质材料层为熔合有硅的AlN涂层。
[0092]图7a中示出了根据本发明的高折射率硬质材料层的透射电子显微(TEM)图像。图7a所示的TEM图像为AlN涂层的显微图像,该涂层掺杂有SiN,即,AlN含量为75重量%以及SiN含量为25重量%的AlN:SiN层。根据图7a可以看出,硬质材料层的AlN是晶体并嵌入在SiN基体中。与之不同的是,AlN和SiN含量相同的AlN:SiN涂层是无定形的。图7b中示出了相应层的TEM图像。在此,SiN的高含量防止了 AlN晶体的形成。
[0093]图8示出了设有高折射硬质材料层的衬底的一个示例性实施例的X射线衍射(XRD)光谱。为此,S12衬底涂覆有AlN:SiN硬质材料层并且获得了涂覆衬底的XRD光谱。在此,光谱16示出了三种反射,分别对应于AlN的六角形晶体结构的三种取
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