DE102010044133A1 - Ätzverfahren zur Oberflächenstrukturierung - Google Patents

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Abstract

Diese Erfindung betrifft ein Ätzverfahren zum gezielten Einbringen von Strukturen in Oberflächen verschiedener Substrate. Eine bevorzugte Ausführungsform betrifft die Oberflächenstrukturierung von Glas- oder Glaskeramik-Substraten. Das Verfahren sieht vor, Oberflächen unter Verwendung einer Ätzmaske zu strukturieren. Die Ätzmaske ermöglicht die Herstellung sehr feiner Strukturen auf den Substratoberflächen mit flüssigen Ätzmedien. Dabei wird die Ätzmaske auf dem Substrat erzeugt. Erfindungsgemäß sind auch die so strukturierten Substrate und die Ätzmasken.

Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Ätzverfahren zum gezielten Einbringen von Strukturen in Oberflächen verschiedener Substrate. Eine bevorzugte Ausführungsform betrifft die Oberflächenstrukturierung von Glas- oder Glaskeramik-Substraten
  • Die Erfindung kann praktisch überall dort Anwendung finden, wo Mikro- und Nanostrukturen auf Substratoberflächen gewünscht sind, wie etwa in der Mikroelektronik, oder wo diese Strukturen aufgrund ihres besonderen makroskopischen Erscheinungsbilds etwa zu Dekorationszwecken wünschenswert sind
  • Oberflächenstrukturierungen finden auf verschiedensten Substraten in zahlreichen Bereichen Anwendung. insbesondere im Bereich optischer Anwendungen ist es erforderlich, dass die Oberflächenstrukturierungen hohen Anforderungen genügen.
  • Häufig ist es die Aufgabe, Strukturen direkt beispielsweise in Gläsern oder Glaskeramiken zu realisieren. Dabei sind die Anwendungen vielfältig und reichen von der Modifizierung von Glassubstraten zum Zweck des Sichtschutzes über den Einsatz im Dekorbereich bis hin zur Strukturierung von Deckgläsern in Photovoltaik-Modulen oder der Unterseiten von Glaskeramik-Kochflächen. Derlei Produkte sind gegenwärtig bereits auf dem Markt verfügbar.
  • Strukturierte Substrate werden auf unterschiedlichste Weise hergestellt, beispielsweise durch Walzen des noch heißen Glases oder der Glaskeramik oder durch so genanntes Heißpressen. Dabei ist zu beachten, dass Mikrometer- und Nanometer-Strukturen bisher nur mit großem Aufwand und kostenintensiv hergestellt werden können, zum Teil bedingt durch häufiges Wechseln des Werkzeugs zur Sicherstellung der Reproduktionsgenauigkeit. Nachteilig an den hier dargestellten Verfahren ist die Tatsache, dass die auf diese Weise hergestellten Strukturen zu Verrundungen neigen und kleinere Strukturen < 50 μm nicht dargestellt oder nur mit großen Aufwand hergestellt werden können.
  • Auch Laser-Verfahren können zum gezielten Abtrag oberflächlichen Materials eingesetzt werden, allerdings führen auch diese Verfahren insbesondere bei spitzen oder steilen Mustern zu Verrundungen. Eine neue Entwicklung in diesem Bereich ermöglicht es auch über hochenergetische Kurzpulse feine Strukturen herzustellen. Allerdings haben diese Verfahren noch nicht die Produktionsreife erreicht und sind mit hohen Prozesskosten verbunden.
  • Über eine Maskierung der Substratoberfläche ist es auch möglich, mittels Sandstrahlen Strukturen in Gläsern oder Glaskeramiken zu produzieren, allerdings ist die Oberflächenrauheit von der Körnung des Sandstrahlmaterials abhängig, d. h.: die dimensionsbestimmende Größe ist die Rauheit. Dadurch sind feinste geordnete Strukturen nicht darstellbar. Maskierungstechnologien sind Stand der Technik für das Einbringen von Strukturen in Glas und/oder Glaskeramik, allerdings sind die Dimensionen der einzubringenden Strukturen von der verwendeten Lochmaske abhängig bzw. sind kleine Strukturen in Bereich < 50 um nur mit einem großen und nicht großtechnisch tauglichen Aufwand herstellbar. Dies führt in der Praxis dazu, dass Kombinationen aus großen und kleinen Strukturen bisher nicht möglich sind. Verwendete Ätztechniken bei maskierungsbasierten Mikrostrukturierungstechnologien sind nasschemisches oder gasphasenbasiertes Ätzen. So ist beispielsweise in JP 2001188096A ein Verfahren beschrieben, bei dem auf diese Weise ein fotosensitives Glas mit einer UV-Maske versehen wird, UV-Strahlung ausgesetzt und anschließend geätzt wird.
  • Auch das Ätzen von Glas mittels HF ist bekannt, zum Beispiel aus DE 31 225 44 A , wo ein Verfahren beschrieben wird, dass sich einer Ätzabdeckung des Glassubstrats für die Röntgenfotolithographie bedient.
  • In JP6331844A werden im Kontrast dazu Wellenleitstrukturen in Quarzglas mit Hilfe von Gasphasenätzprozessen realisiert, wobei auch hier die Maskentechnologie zum Einsatz kommt. Auf diesem Gebiet wurden in der letzten Zeit hervorragende Ergebnisse im Bereich der Mikrostrukturierung erzielt. Allerdings sind diese Verfahren immer noch mit erheblichen Kosten verbunden.
  • Rein nasschemische Ätzverfahren werden derzeit großtechnisch bereits angewandt, entweder um Oberflächen zu konditionieren, etwa beim Polierätzen oder beim Auslaugen von Oberflächenschichten, oder um Glassubstrate gezielt auszudünnen. Die Realisierung kleinster Strukturen im Maßstab < 1 μm in Glas- oder Glaskeramik-Substraten stellt bisher eine Herausforderung dar und ist mit oben vorgestellten Verfahren nicht oder nur teilweise zu erreichen.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstig durchführbares Verfahren bereitzustellen, welches es ermöglicht, gezielt feinste Strukturen in Glas- und/oder Glaskeramiksubstratoberflächen einzubringen.
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Patentansprüche gelöst.
  • Die Aufgabe wird insbesondere gelost durch ein Verfahren zum Einbringen einer Struktur in eine Substratoberfläche, wobei
    • • ein Maskengrundstoff auf die Oberfläche aufgebracht wird,
    • • mit einem Stempel ein gemäß der gewünschten Struktur ausgewähltes Muster in den Maskengrundstoff geprägt wird,
    • • der Maskengrundstoff in wenigstens einem Härtungsschritt gehärtet wird, so dass eine Ätzmaske erhalten wird,
    • • und ein flüssiges Ätzmedium mit der Ätzmaske in Kontakt gebracht wird, um die
    gewünschte Struktur in der Oberfläche des Substrates zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzmaske keine Löcher im Bereich der zu strukturierenden Oberfläche aufweist.
  • Die Verfahrensschritte können in jeder dem Fachmann ersichtlich sinnvollen Reihenfolge durchgeführt werden.
  • Dass die Ätzmaske keine Löcher im Bereich der zu strukturierenden Oberfläche aufweist, bedeutet, dass die Maske die gesamte zu strukturierende Oberfläche bedeckt und insbesondere keine makroskopischen Löcher aufweist; mit anderen Worten: die Ätzmaske weist keine sichtbaren Aussparungen auf. Sie weist insbesondere keine Aussparungen auf, die so groß sind, dass das flüssige Ätzmedium sofort nach dessen Auftragung mit der Oberfläche in Kontakt stünde. Demnach kann die Ätzmaske durchaus Poren aufweisen; diese sind aber nicht durchgängig und/oder so klein, dass sie den unmittelbaren Kontakt des Ätzmediums mit der Substratoberfläche nicht zulassen. Stattdessen muss das Ätzmedium entweder durch die Maske hindurch diffundieren (Diffusionsätzmaske) oder ausreichend Material abtragen, um das Substrat zu erreichen (Materialabtragsmaske). Dies ist ein wesentlicher Aspekt der Erfindung, der es ermöglicht, auch bei einem anisotropen Ätzvorgang, eine gezielte Strukturierung der Oberfläche zu erhalten. Die Ätzmasken im Stand der Technik weisen stets Löcher auf, durch die das Ätzmedium sofort in Kontakt mit dem Substrat tritt, so dass dieses unregelmäßig und mit den entsprechenden Nachteilen geätzt wird. Der Ätzvorgang der erfindungsgemäß stattfindet ist also vorzugsweise ein anisotropes Ätzen, wobei die erfindungsgemäßen Ätzmasken selbstverständlich auch bei isotropem Ätzen funktionieren.
  • Der Stempel prägt das gewünschte Muster durch direkten physikalischen Kontakt mit dem Maskengrundstoff.
  • Der Auftrag des Maskengrundstoffes auf die Oberfläche erfolgt vorzugsweise vollflächig.
  • Die Tatsache, dass das Ätzmedium flüssig ist, hat Vorteile. Flüssigphasen-Strukturierung ist deutlich günstiger als Gas-basierte Ätzverfahren oder Verfahren die Laser benötigen, da die Struktur über den Stempel definiert ist, ist hier eine große Flexibilität möglich (10 nm–500μm Strukturen).
  • Unter einer Struktur wird erfindungsgemäß jede gezielte Anordnung von Änderungen der Oberflächeneigenschaften des Substrates verstanden, die mit einem Ätzmedium gemäß dieser Erfindung erzielbar sind. Insbesondere ist unter „Struktur” ein Muster von Vertiefungen zu verstehen, die unter Verwendung des Ätzmediums in der Oberfläche des Substrates erzeugt werden. Das Substrat ist das Element, das erfindungsgemäß mit einer Oberflächenstruktur versehen wird.
  • Über eine geeignete Wahl des Maskengrundstoffes können die Eigenschaften der Ätzmasken eingestellt werden. Der Maskengrundstoff umfasst wenigstens ein strukturierbares Material, welches vorzugsweise Nanopartikel umfasst, die anorganisch und/oder organisch sind.
  • Der Maskengrundstoff umfasst vorzugsweise UV-härtbare Zusätze, die es erlauben, den Maskengrundstoff durch UV-Strahlung zu härten. Dies hat den Vorteil, dass der Maskengrundstoff während des Prägeschrittes gehärtet werden kann. Ferner kann der Maskengrundstoff derart ausgeprägt sein, dass ein thixotropes Prägen möglich ist.
  • Der Maskengrundstoff umfasst ferner bevorzugt eine Sol-Gel-Vorstufe. Diese Sol-Gel-Vorstufe umfasst bevorzugt ein hybridpolymeres Material.
  • Der Maskengrundstoff umfasst vorzugsweise ein Basismaterial, das zu einem Netzwerk vernetzen kann, sowie weiter bevorzugt Nanopartikel. Der Maskengrundstoff umfasst vorzugsweise 40 bis 100 Gew.-% Basismaterial, weiter bevorzugt 50 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 bis 90 Gew.-%. Vorzugsweise enthält der Maskengrundstoff 0 bis 60 Gew.-% Nanopartikel, weiter bevorzugt 0 bis 50 Gew.-% und besonders bevorzugt 10 bis 40 Gew.-%. In besonders bevorzugten Ausführungsformen besteht der Maskengrundstoff aus Basismaterial und Nanopartikeln in den oben beschriebenen Gewichtsanteilen.
  • Das Basismaterial umfasst Netzwerkbildner, d. h. Moleküle, die untereinander zu einem Netzwerk vernetzen können. Das Netzwerk kann linear oder verzweigt sein und einen oligomeren oder polymeren Aufbau haben; das Netzwerk kann organischer oder anorganischer Art sein oder eine Mischform darstellen; die Moleküle können selbst Oligomere oder Polymere sein, die organische und/oder anorganische funktionelle Gruppen tragen. Solche netzwerkbildenden Bestandteile können aus molekularen, oligomeren und/oder polymeren Vorstufen, welche organisch vernetzende Gruppen enthalten, bestehen, sowie aus metallorganischen und/oder oxidischen molekularen oder polymeren Bestandteilen, welche vorzugsweise anorganische Hydrolyse, Vernetzungsreaktionen und/oder Kondensationsreaktionen eingehen können, sowie aus Polysiloxanen. Vorzugsweise besteht das Basismaterial aus einem oder mehreren der vorgenannten Stoffe.
  • Vorzugsweise kann der Maskengrundstoff organische und/oder anorganische Füllstoffe enthalten. Außerdem kann der Maskengrundstoff organische Hilfsstoffe, wie Verlaufsmittel, Vernetzer und Härter enthalten.
  • Die Nanopartikel sind organisch oder anorganisch; sie können in oxidischer und/oder nicht-oxidischer Form vorliegen.
  • Dabei kann die Wahl der Nanopartikel das Maskengrundmaterial dahingehend funktionalisieren, dass bspw. organische oder oxidische anorganische Nanopartikel die Resistenz der Ätzmasken gegenüber sauren Medien erhöhen.
  • Der Maskengrundstoff ist eine – bevorzugt flüssige, insbesondere molekular- oder kolloiddisperse – Zusammensetzung, die nach erfindungsgemäßer Verfahrensführung im Wege einer für Sol-Gel-Materialien typischen Reaktion gehärtet wird, um die Ätzmaske zu bilden. Wahlweise kann die Härtung über eine thermisch induzierte oder UV-Licht-induzierte Vernetzungsreaktion erfolgen.
  • Im Sinne der Erfindung wird unter einem hybridpolymeren Material vorzugsweise auch ein Stoff verstanden, dessen organische Bestandteile sich aufgrund eines thermischen Härtungsprozesses zumindest teilweise zersetzt haben.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Ätzmaske ein Kondensat aus einem oder mehreren hydrolysierbaren und kondensierbaren Silanen und/oder Metall-Alkoxiden, vorzugsweise des Si, Ti, Zr, Al, Nb, Hf, B, und/oder Ge. Vorzugsweise können die entsprechenden kondensierbaren Bestandteile im Basismaterial des Maskengrundstoffes aus der Gruppe der Acrylsilane, Epoxysilane, Acrylalkoxysilane, Acrylepoxysilane, Epoxyalkoxysilane, Allysilane, Vinylsilane, Fluoralkylsilane, Aminosilane, Alkoxysilane, Metallalkoholate, Metalloxidacrylate, Metalloxidmethacrylate, Metalloxidacetylacetonate oder Mischungen daraus ausgewählt sein.
  • Bevorzugte Netzwerkbildner im Basismaterial sind: Methacryloxypropylsilan, Glycidylpropylsilan, Zirkonsecundärbutylatacrylat, Titanethylatacrylat, Titanpropylatacrylat, Zirkonsecundärbuthylatmethacrylat, Titanethylatmethacrylat, Titanpropylatmethacrylat, Tetraethoxysilan, Tetramethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Ethyltrimethoxysilan, Propyltrimethoxysilan, Mercaptopropyltrimethoxysilan, Aminopropylsilan, Vinyltriethoxysilan, Allyltriethoxysilan, Phenyltriethoxysilan, Triethoxysilylpropylbernsteinsäureanhydrid und/oder Fluoroctylsilan, Der Maskengrundstoff umfasst bevorzugt Basismaterial, das nach Durchführung des Verfahrens dieser Erfindung einen anorganischen Kondensationsgrad des Hydrolysates in der Ätzmaske von größer oder gleich 50%, bevorzugt größer 70%, aufweist.
  • Bei den im Sol-Gel-Prozess, also über anorganische Hydrolyse oder Kondensation, vernetzenden Gruppen (als Bestandteil des Basismaterials), kann es sich um folgende funktionelle Gruppen handeln: TiR3(X), TiR2(X)2, ZrR2(X)2, ZrR3(X), SiR3(X), SiR2(X)2, TiR(X)3, ZrR(X)3, AlR2(X), AlR1(X)2 SiR(X)3 und/oder Si2(X)6, TiX4, ZrX4, SiX4, AlX3, TiR3(OR), TiR2(OR)2, ZrR2(OR)2, ZrR3(OR), SiR3(OR), SiR2(OR)2, TiR(OR)3, ZrR(OR)3, AlR2(OR), AlR1(OR)2 Ti(OR)4, Zr(OR)4, Al(OR)3, Si(OR)4, SiR(OR)3 und/oder Si2(OR)6, wobei vorzugsweise OR = Alkoxy wie vorzugsweise Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, i-Propoxy, Buthoxy, Isopropoxyethoxy, Methoxypropoxy, Phenoxy, Acetoxy, Propionyloxy, Ethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Methacryloxypropyloxy Glycidylpropyloxy, Acrylat, Methylacrylat, Acetylacteon, Ethylacetatessigester, Ethoxyacetat, Methoxyacetat, Methoxyethoxyacetat oder Methoxyethoxyethoxyacetat oder Mischungen daraus. In besonderen Ausführungsformen ist R vorzugsweise ein Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Butyl-, Allyl-, Vinyl-, Aminopropyl- und/oder Fluoroctyl-Rest. X ist vorzugsweise Cl, Br, F oder eine Mischung aus diesen.
  • Der Maskengrundstoff wird vorzugsweise bei Temperaturen von 5 bis 45°C, insbesondere 15 bis 30°C aufgebracht. In bevorzugten Ausführungsformen wird der Maskengrundstoff bei Raumtemperatur aufgebracht.
  • Die Nanopartikel sind bevorzugt Teilchen mit Partikelgrößen im Nano- bis Mikrometerbereich, die geeignet sind, die Resistenz der Ätzmaske gegen das eingesetzte Ätzmedium sowie deren Permeabilität für das Ätzmedium zu steuern. Diese Partikel haben bevorzugt Größen von 0,5 nm bis 10 μm, weiter bevorzugt 2 nm bis 150 nm, ganz besonders bevorzugt 4–40 nm.
  • Gemäß dieser Erfindung werden Partikelgrößen im Bereich < 4 nm mittels Röntgenkleinwinkelanalysen bestimmt, Partikelgrößen zwischen 4 nm und 20 μm mittels dynamischer Lichtstreuung und Partikel > 20 μm mittels Rasterelektronenmikroskopie. Als Partikelgröße ist die gemittelte Größe aus mindestens 20 Partikeln definiert.
  • Die Nanopartikel bestehen bevorzugt im Wesentlichen aus Carbiden, Nitriden, Oxiden, Fluoriden, Oxynitriden und/oder Hydroxyfluoriden. Besonders bevorzugt sind diese Anionen gepaart mit Kationen des Titans, Siliziums, Aluminiums, Calciums, Yttriums, Zirkons, Magnesiums, Zinks, Lanthans, Cers, Gadoliniums, Zinns, Bor, Natriums, Kaliums und/oder Lithium. insbesondere sind dies Titannitrid (TiN), Titarioxynitrid (TiON), Siliziumnitrid (SiNx), Siliziumcarbid (SiC), Aluminiumnitrid (AIN), Titancarbid (TiC), Siliziumoxynitrid (SiOxNy), Titanaluminiumnitrid (TiAlN), Siliziumdioxid (SiO2), Magnesiumfluorid (MgF2), Magnesiumhydroxyfluorid (MgOHF), Calciumhydroxyfluorid (CaOHF), Titandioxid (TiO2), Boroxid (B2O3), Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkondioxid (ZrO2), Yttriumoxid (Y2O3) und/oder Calciumfluorid (CaF2), Ceroxid (CeO2) und/oder Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid.
  • Bevorzugt bestehen die Nanopartikel aus Siliziumdioxid (SiO2), Magnesiumfluorid (MgF2) Titandioxid (TiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkondioxid (ZrO2), Yttriumoxid (Y2O3), Calciumfluorid (CaF2) oder Mischungen daraus.
  • Bevorzugt werden die Nanopartikel reaktiv mit Silanolgruppen und/oder anderen Hydroxylgruppen von Metalloxiden und/oder deren metallorganischen und/oder hybridpolymeren Verbindungen verbunden, bspw. über Kondensationsreaktion.
  • Diese Nanopartikel sind in einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform reaktiv in das Netzwerk der Schicht eingebettet. Das bedeutet, dass eine chemische Reaktion der bevorzugt oxidischen Nanopartikeloberfläche und deren Hydroxylgruppen mit den vernetzbaren Funktionalitäten des Basismaterials stattgefunden hat.
  • Diese Nanopartikel werden vorzugsweise über Flammenpyrolyse und/oder Fällungsreaktionen und/oder Synthesen unter erhöhtem Druck aus der Gasphase oder flüssigen Phasen hergestellt.
  • Besonders bevorzugt werden die Nanopartikel dispergiert in nicht-wässrigen, bevorzugt alkoholischen oder unpolaren, Lösungsmitteln eingesetzt. Die Nanopartikel werden hierzu bevorzugt mittels oberflächenaktiver Reagenzien stabilisiert. Beispielsweise können dies sein: Tetramethylammoniumhydroxid, Polyethylen, Polymilchsäure, Polyaminosäure, Polycaprolacton, Paratoluolsulfonsäure, Polyalkylcyanoacrylat und/oder Polyethylenoxid-block-polyglutaminsäure.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird dem Maskengrundstoff ein Fotoinitiatior beigemischt und eine Härtung mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere mittels UV-Licht vorgenommen. Als UV-Starter für acrylat- oder methacrylatbasierte Maskengrundstoffe werden bevorzugt radikalische Fotoinitiatoren, wie beispielsweise 1-Hydroxycyclohexylphenylketon und/oder Benzophenon, verwendet. Für glycidylbasierte Sol-Gel-Vorstufen werden bevorzugt kationische Fotoinitiatoren, beispielsweise aus der Gruppe der Iodoniumsalze, Sulfoniumsalze und/oder nichtionische Fotoinitiatoren, wie beispielsweise Diphenyliodoniumnitrat, Diphenyliodoniumtriflat, Diphenyliodonium-p-toluolsulfonat, N-Hydroxynaphthalimidtriflat, N-Hydroxyphthalimidtriflat, Thiobis(triphenyl-sulfoniumhexafluorophosphat) und/oder Iodonium-(4-methylphenyl)[4-(2-methylpropyl)phenylhexafluorophosphat(1-) verwendet.
  • So lässt sich der Maskengrundstoff auf sehr einfache Weise stabilisieren und kann, wie es bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, in nachfolgenden Schritten thermisch gehärtet werden.
  • In einer besonderen erfindungsgemäßen Ausführungsform können Bestandteile des Basismaterials der Maske Polysiloxane sein. Beispielsweise können dies Methyl- und/oder Phenylpolysiloxane sein, welche beispielsweise Hydroxyl-, Glycidyl- und/oder Polyether-terminiert sind.
  • Kennzeichen einer besonderen Ausführungsform ist, dass dem Maskengrundstoff organische Additive, wie beispielsweise Dipentaerythritolpentaacrylat, Hexandioldiarylat, Trimethylolpropantriacrylat und/oder Bernsteinsäureanhydrid, als Härter zugegeben werden.
  • Für die Herstellung von erfindungsgemäßen Maskengrundstoffen kann in der Sol-Gel-Vorstufe ein Eindicker, wie beispielsweise polydisperse Kieselsäure, Cellulose und/oder Xanthan verwendet werden.
  • In einer besonderen erfindungsgemäßen Ausführungsform werden dem Sol-Gel-Material Verlaufshilfsmittel, welche beispielsweise aus der Stoffklasse der Polyethermodifizierten Dimethylsiloxane stammen können, zugegeben.
  • Der Maskengrundstoff wird vorzugsweise mittels Siebdruck, Tampondruck, Dip-Coating, Roller-Coating, Fluten, Sprühen etc. auf die Oberfläche aufgetragen.
  • Der Stempel ist bevorzugt aus einem polymeren Werkstoff, wie Silikon, gefertigt., sowie lichtdurchlässig in einem Wellenlängenbereich von 200–400 nm, d. h. im UV-Bereich. In besonderen Ausführungsformen kann der Stempel aber auch aus anderen Werkstoffen, welche nicht UV transparent sind, wie bspw. Metallfolien oder anderen Werkstoffen bestehen. Dann wird auf den UV-Härtungsschritt verzichtet und der Prägevorgang ist dadurch gekennzeichnet, dass er entweder thixotrop ist oder die Struktur thermisch gehärtet wird. Im letzteren Fall wird entweder ein temperaturstabiles Silikon als Stempelmaterial verwendet oder das Stempelmaterial so gewählt, dass es im thermischen Prozess mit verbrennt, also nicht wieder verwendet werden kann.
  • Der Stempel wird bevorzugt von einem Master ausgehend hergestellt. Der Master enthält bereits die Strukturinformation, die sich in der Oberfläche des fertig strukturierten Substrats wieder finden wird. Dabei ist die Struktur vorzugsweise eine regelmäßige, insbesondere periodische, Struktur in einem bevorzugten Maßstab von 100 nm bis 100 um mit einem Aspektverhältnis von 0,1 bis 4, besonders bevorzugt von 0,5 bis 2. Die Strukturen weisen bevorzugt ein Muster sich wiederholender Strukturelemente auf.
  • In besonderen Ausführungsformen können die Strukturen zueinander auch um 30 bis 70° gedreht sein, besonders bevorzugt um 50 bis 65°, wie bspw. bei einer Wabenstruktur.
  • Bevorzugte Strukturelemente sind Pyramiden, invertierte Pyramiden, Kreuzgitter, Mottenaugen, Bienenwabenstrukturen, oder auch andere Strukturen. Es sind aber auch andere Strukturen denkbar.
  • In einer besonderen Ausführungsform kann die Struktur jedoch auch sich nicht periodisch wiederholend oder stochastisch sein.
  • Der Master wird vorzugsweise mit einem kommerziell erhältlichen, flüssigen oder starren Polymer abgeformt und so ein Stempel hergestellt. Die Abformung kann wahlweise unter Vakuum oder an Umgebungsbedingen stattfinden. Zusätzlich kann die Stempelherstellung bei erhöhter Temperatur stattfinden im Bereich von 40–100°C, bevorzugt 50–90°C, besonders bevorzugt 60–80°C. Es hat sich gezeigt, dass für kleine Strukturen im Bereich < 400 nm eine erhöhte Temperatur bei der Stempelherstellung vorteilhaft ist, weil so wenig bis keine Abformungsdefekte im Stempel zu finden sind. Der Stempel kann im Prägeschritt kontinuierlich, d. h. bevorzugt mit einer abrollenden Bewegung, oder statisch, d. h. flächig, aufgebracht werden, um ein bestmögliches Prägeergebnis zu erzielen und Lufteinschlüsse zu minimieren.
  • In einer besonderen Ausführungsform besteht der Stempel aus einem Material, welches eine Oberflächenenergie unterschiedlich zu derjenigen der zu prägenden Schicht aufweist, um damit die Haftung zwischen Stempel und zu prägender Schicht zu minimieren.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann der Stempel auch mit einer Schicht versehen sein, welche eine Oberflächenenergie unterschiedlich zu derjenigen der zu prägenden Schicht ausweist. Solche Materialien oder Beschichtungen enthalten bevorzugt Fluorsilane, können aber auch andere dem Fachmann bekannte Materialien sein.
  • Optional wird der Stempel zuvor ebenfalls mit einer Sol-Gel-Schicht versehen, um die Genauigkeit des Prägebildes weiter zu erhöhen. Dies kann beispielsweise durch Fluten, Drucken oder ähnliche Verfahren erfolgen.
  • Optional findet der Prägeschritt im Vakuum statt, um Lufteinschlüssen in der Ätzmaske vorzubeugen. Nach Entfernen des Stempels liegt eine Ätzmaske vorzugsweise in Form einer strukturierten Dünnschicht mit einer mittleren Schichtdicke im Bereich von 0,05 bis 10 μm vor. In besonderen Ausführungsformen weist die Ätzmaske an bestimmten Stellen nur eine Dicke von etwa 1 nm auf. Diese Stellen sind naturgemäß Stellen mit einem kurzen Diffusionsweg und das Ätzmedium erreicht an diesen Stellen zuerst das Substrat.
  • Abhängig von der Zusammensetzung des Maskengrundstoffes können verschiedene Typen von Ätzmasken erhalten werden. Unter Einwirkung des Stempels hat die Schicht des Maskengrundstoffes, die auf die Oberfläche aufgebracht wurde, Vertiefungen erhalten, in denen die Ätzmaske eine geringere Dicke aufweist als in den übrigen Bereichen. Die daraus erhaltene Ätzmaske kann, je nach Art und Menge der Nanopartikel und nach Art und Menge des Basismaterials, eine Materialabtragsmaske oder eine Diffusionsmaske sein.
  • Bei der Materialabtragsmaske ( ) erfolgt während des Ätzschrittes ein gleichmäßiger Materialabtrag, die Maske wird dünner. Im Bereich der Vertiefungen ist nach einer gewissen Zeit keine Ätzmaske mehr vorhanden, während die Ätzmaske in den übrigen Bereichen das Substrat weiter vor dem Angriff des Ätzmediums schützt. Folglich wird nur im Bereich der Vertiefungen ein Materialabtrag am Substrat erzielt. Solche Materialabtragsmasken sind vorzugsweise bei isotropen Ätzmedien zu verwenden, wobei sichergestellt werden muss, dass das Maskenmaterial langsamer oder gleich schnell ätzt als das Substrat, d. h. die Ätzrate des zu ätzenden Substrates ist höher oder gleich als die des Maskenmaterials. In diesem Falle entsprechen Strukturen dem Stempel oder weisen eine Überhöhung auf. In einer besonderen Ausführungsform kann das Maskenmaterial auch derart gestaltet sein, dass die Ätzrate höher ist als die des zu. ätzenden Substrats, damit können teilweise stark abgeflachte homogene Strukturen realisiert werden.
  • Der Ätzvorgang kann grundsätzlich auf beiden Seiten des zu ätzenden Elements durchgeführt werden oder einseitig. In einer besonderen Ausführungsform ist die andere Seite des Substrat, welche nicht mit einer Struktur versehen werden soll, durch eine Schutzschicht geschützt, solche Schutzschichten können aus dichtem SiO2 bestehen. Gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung ist die im Verfahren hergestellte Ätzmaske eine Materialabtragsmaske, die bevorzugt aus einem organischen Polymernetzwerk besteht und bevorzugt dicht ist, d. h. keine Mikrorisse aufweist. Die Ätzmaske umfasst vorzugsweise Poren in einem Ausmaß von < 20 Vol.-%, besonders bevorzugt < 10 Vol.-%, wie durch ellipsometrische Porosimetrie nach Baklanov bestimmt.
  • Bei der Diffusionsätzmaske ( ) werden unter Einfluss des Stempels ebenfalls Vertiefungen in der Ätzmaske erhalten. Hier wird die Ätzmaske durch das Ätzmedium allerdings nicht angegriffen; das Ätzmedium diffundiert durch die Ätzmaske zur Oberfläche des Substrates. Damit eine solche Ätzmaske zielführend ist, muss die Diffusionsrate des Ätzmediums durch die Maske kleiner sein als die Ätzrate des Substrates. Andernfalls würden unregelmäßige Strukturen in der Oberfläche erhalten. Gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung ist die im Verfahren hergestellte Ätzmaske eine Diffusionsätzmaske, die sich bevorzugt aus rein anorganischen Bestandteilen zusammensetzt und Poren bzw. Mesoporen > 20 Vol-%, bevorzugt > 50 Vol-% aufweist.
  • Das Ätzmedium dient dem Einbringen der Struktur in die Oberfläche des Substrates während des Ätzschrittes. Das Ätzmedium ist bei Raumtemperatur bevorzugt flüssig, insbesondere eine wässrige Lösung. Je nach Ausgestaltung des Substrates und des Verfahrens wird ein basisches oder saures Ätzmedium gewählt.
  • Bevorzugte basische Ätzmedien weisen einen pKB-Wert kleiner 3,25 auf und enthalten als Basen Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) und/oder Ethyleridiaminpyrocatechol (EDP). Dabei ist die Konzentration der Basen im Ätzmedium bevorzugt 5% bis 100% (Massenprozent), weiter bevorzugt 10% bis 50% (Massenprozent).
  • Bevorzugte saure Ätzmedien weisen einen pKS-Wert kleiner 3,25 auf und enthalten in einer bevorzugten Ausführungsform als Säuren Flusssäure (HF), Schwefelsäure (H2SO4), Salpetersäure (HNO3), Salzsäure (HCl), Phosphorsäure (H3PO4) und/oder Ammoniumfluorid (NH4F).
  • Dabei ist die Konzentration der Säuren im Ätzmedium bevorzugt 30 Gew.-% bis 100 Gew.-%.
  • Die sauren Ätzmedien können bevorzugt Zusätze organischer Säuren umfassen. Bevorzugt sind dies Ameisensäure (HCOOH) und/oder Essigsäure (H3CCOOH). Die organischen Säuren werden bevorzugt in Konzentrationen von 10 bis 40% eingesetzt.
  • In einer weiteren Ausführungsform können auch gepufferte Lösungen verwendet werden.
  • Das Ätzmedium wird in einem Ätzbad mit der Ätzmaske in Kontakt gebracht (Ätzschritt). Das Ätzbad ist bevorzugt auf 20 bis 100°C, weiter bevorzugt 50 bis 90°C, temperiert. Das Ätzmedium steht dabei bevorzugt für eine Dauer von 0,1 bis 10 Minuten, weiter bevorzugt 1 bis 5 Minuten, mit der Ätzmaske in Kontakt.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird das Ätzbad zusätzlich während des Ätzprozesses mit Ultraschall beschallt.
  • Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen Reinigungsschritt nach dem Ätzschritt. Dabei wird das Substrat mit einem Reinigungsmedium gewaschen. Das Reinigungsmedium ist bevorzugt eine wässrige Lösung, insbesondere der Flusssäure. Der Reinigungsschritt dauert bevorzugt ca. 10 Sekunden bis 10 Minuten.
  • In wenigstens einem Härtungsschritt wird der Maskengrundstoff, nachdem er auf die Oberfläche aufgebracht wurde, gehärtet. Während der Härtung findet die Sol-Gel-Umwandlung statt. Die Sol-Gel-Vorstufen vernetzen sich dabei zu polymeren Verbindungen, so dass eine widerstandsfähige Ätzmaske erhalten wird. Dieser Schritt des Härtens kann vor, während oder nach der Prägung durch den Stempel erfolgen. Vorzugsweise erfolgt der Schritt des Härtens allerdings während der Prägung. Beim Härten wird der Maskengrundstoff thermisch oder photochemisch ausgehärtet, bevorzugt ist die photochemische Härtung. Bei der photochemischen Härtung wird bevorzugt ein Stempel verwendet, der für die Wellenlänge, mit welcher der Härtungsvorgang initiiert wird, durchlässig ist. Bevorzugt wird mit Licht im UV-Wellenlängenbereich gehärtet. In Fällen, in denen eine photochemische Härtung vorgesehen ist, umfasst der Maskengrundstoff bevorzugt einen Photoinitiator. In bevorzugten Ausführungsformen enthält der Maskengrundstoff UV- oder thermisch vernetzende organische Monomere aus den Klassen der Acrylate, Methacrylate und/oder Epoxide als Basismaterial. Der Massenanteil der organisch versetzbaren Polymere und oder Hybridpolymermonomere liegt bei 10 bis 100%, bevorzugt 40 bis 90% ganz besonders bevorzugt bei 50 bis 70% bezogen auf die Ausgangsmonomeren des Basismaterials. Bevorzugt ist eine Kombination von Härtungsschritte, wie bspw. zunächst ein photochemischer Härtungsschritt und nach Entfernen des Stempels ein sich anschließender thermischer Härtungsschritt.
  • In Fällen, in denen keine photochemische Härtung vorgesehen ist, kann der Stempel entweder direkt (sog. thixotropes Prägen) nach der Prägung oder nach einem thermischen Aushärteschritt mit Stempel wieder entfernt werden und die Struktur ist in die zu prägende Schicht übertragen.
  • Erfindungsgemäß wird der Prägestempel bevorzugt bei Raumtemperatur und vorzugsweise Normaldruck aufgedrückt.
  • Sollen Ätzmasken für alkalische Medien erhalten werden, so enthält der Maskengrundstoff vorzugsweise einen hohen Anteil an anorganischen Bestandteilen, insbesondere einen Anteil an anorganischem Material von zwischen 10 und 50% (Massenprozent). Bevorzugt werden Materialien aus ZrO2 und TiO2 als Nanopartikel eingesetzt. Der Massenanteil an SiO2 an dem anorganischen Material liegt bevorzugt bei 1 bis 100%. in einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Maskengrundstoff 0 bis 30% (Massenprozent) nicht organisch vernetzbare organische Bestandteile wie beispielsweise Methylgruppen und Phenylgruppen.
  • Maskengrundstoffe für saure Ätzmedien umfassen bevorzugt 50 bis 100% (Massenprozent) organische Bestandteile. Daher werden diese Maskengrundstoffe vorzugsweise photochemisch oder thermisch bis 300°C, insbesondere bei Temperaturen unter 200°C, ausgehärtet. Bevorzugt enthalten diese Maskengrundstoffe als organische Materialien Acrylate, Methacrylate, Vinylderivate und/oder Epoxide. Dabei kann über das Verhältnis der organischen Bestandteile zu den anorganischen, insbesondere hybrid polymeren Bestandteilen, gezielt die Ätzbarriereeigenschaft der Ätzmasken, etwa gegenüber Flusssäure, eingestellt werden.
  • In bevorzugten Ausführungsformen findet vor dem Prägeschritt bereits ein Schritt der Vorhärtung des Maskengrundstoffes auf der Oberfläche statt. Diese Vorhärtung geschieht thermisch oder photochemisch, wobei die photochemische Vorhärtung besonders bevorzugt ist.
  • Je nach Ausführungsform wird der Stempel vor oder nach dem Härtungsschritt von der maskierten Schicht abgehoben. Jedenfalls wird der Stempel vor dem Ätzschritt abgehoben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst vorzugsweise einen weiteren Schritt des Nachhärtens der Ätzmaske. Das Nachhärten erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen von 100 bis 800°C, weiter bevorzugt 300 bis 740°C, insbesondere nachdem der Stempel von der maskierten Schicht abgehoben wurde.
  • Diese Erfindung betrifft ferner ein Substrat, insbesondere ein Glas- oder Glaskeramiksubstrat, das nach einem Verfahren gemäß dieser Erfindung mit einer Oberflächenstruktur versehen wurde, sowie eine gemäß diesem Verfahren hergestellte Ätzmaske. Außerdem betrifft diese Erfindung die Verwendung von Sol-Gel-Vorstufen (Basismaterial) zur Herstellung einer Ätzmaske, insbesondere einer Ätzmaske wie sie im Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
  • Beispiele
  • Herstellung einer Ätzmaske, Beispiel 1:
  • In einem Gefäß wurden Methacryloxypropyltriethoxysilan (MPTES), Tetraethoxysilan (TEOS) und Methyltriethoxysilan (MTEOS) vorgelegt (Basismaterial). In diesem Ausführungsbeispiel wurden etwa 0,6 mol MPTES, etwa 0,2 mol TEOS und etwa 0,2 mol MTEOS verendet.
  • Zu dieser Mischung wurde anschließend langsam unter Kühlung und Rühren 2,6 mol destilliertes Wasser versetzt mit 0,02 mol Paratoluolsulfonsäure zugegeben. Nach 5-minütigem Rühren wurden 500 g einer Dispersion aus 20 Massenprozent Anatase Nanopartikeln mit einer Kristallitgröße von 10 bis 15 nm in n-Butanol hinzu gegeben.
  • Diese Lösung wurde mit einer Lösung aus Titanpropylat und Methacrylsäure vereinigt. Hier wurden 0,75 mol MPTES, 0,2 mol TEOS und 0,2 mol MTEOS sowie eine Lösung aus 0,3 mol Titanpropylat und 0,3 mol Methacrylsäure verendet.
  • Nach Abschluss der Hydrolyse, welche einen Zeitraum von etwa 24 Stunden in Anspruch nahm, wurde am Rotationsverdampfer bei 120 mbar und 40°C das leicht flüchtige Lösungsmittel entfernt. Anschließend wurde die Lösung mittels Ethylenglycolmonoethylether auf 20 Massenprozent bzgl. anorganischen Feststoffgehalts verdünnt und der Zusammensetzung ein Photoinitiator zugesetzt. Als Photoinitiator wurden 2% (Massenprozent) bezogen auf das zähflüssige Hybridpolymer ohne Lösungsmittel des Photoinitiators 1-Hydroxycyclohexylphenylketon, welcher unter dem Handelsnamen Irgacure 184® erhältlich ist, zugesetzt.
  • Nach Herstellung einer Schicht auf -einem Glassubstrat mit Hilfe des Siebdruckverfahrens unter Verwendung eines 180er Gewebes und der Abtrocknung des Lösungsmittels wurde in den niedrigviskosen, plastischen Gelfilm ein polymerer, silikonartiger Prägestempel eingedrückt. Der Prägestempel besteht aus einem Material, welches in einem Wellenlängenbereich von > 230 nm durchlässig ist, nämlich Silikon, sog. Sil-Gele oder Kautschuk. Als Struktur des Prägestempels wurde ein sinusförmiges Kreuzgitter mit einer Periode von 3 μm und einer Strukturtiefe von 4 μm verwendet. Während der Prägestempel mit dem Schichtmaterial in Kontakt war, wurde mittels einer UV-Lampe, welche im Wellenlängenbereich von etwa 250 nm emittiert, eine erste Härtung der Schicht durchgeführt.
  • Nach dem Entfernen des Prägestempels erfolgten eine weitere UV-basierte Schichthärtung und eine thermische Schichthärtung bei 450°C.
  • Die mittlere Schichtdicke der Nanopartikel-funktionalisierten Schicht betrug zwischen 1 und 4 μm. Das Schichtmaterial hatte eine Brechzahl von etwa 1,9.
  • Herstellung einer Ätzmaske, Beispiel 2
  • In einem Gefäß wurden Glycidylpropyltriethoxysilan (GPTES), Tetraethoxysilan (TEOS) und Methyltriethoxysilan (MTEOS) vorgelegt (Basismaterial). Es wurden etwa 0,6 mol GPTES, 0,2 mol TEOS und 0,2 mol MTEOS verwendet. Diese Lösung wurde mit einer Lösung aus Aluminiumsecundärbutylat und Essigsäureethylester vereinigt, jeweils 0,1 mol. Zu dieser Lösung wurde anschließend langsam unter Kühlung und Rühren eine saure Dispersion einer wässrigen nanopartikulären TiO2-Dispersion, versetzt mit Methanol und Paratoluolsulfonsäure, gegeben. Es wurden etwa 28 g einer TiO2-Dispersion mit 18 Massenprozent Anatase und einer Kristallitgröße von 7 bis 12 nm, mit etwa 60 g Methanol und 3,44 g Paratoluolsulfonsäure versetzt. Nach 5-minütigem Rühren wurden 660 g einer Dispersion aus 20 Massenprozent Anatase-Nanopartikel mit einer Kristallitgröße von 10 bis 15 nm in n-Butanol hinzu gegeben.
  • Nach Abschluss der Hydrolyse, welche einen Zeitraum von etwa 24 Stunden in Anspruch nahm, wurde das leicht flüchtige Lösungsmittel bei 120 mbar und 40°C Badtemperatur (Ethanol) am Rotationsverdampfer entfernt. Dem erhaltenen Hybridpolymersol mit reaktiv eingebetteten fein dispergierten Nanopartikeln wird ein Photoinitiator zugesetzt. Als Photoinitiator wurden 2% (Massenprozent) bezogen auf das zähflüssige Hybridpolymer des kationischen Photoinitiators Iodonium-(4-methylphenyl)[4-(2-methylpropyl)phenyl]hexafluorophosphat(1-)(Irgagure 250®) zugesetzt. Eine einseitige Beschichtung wurde anschließend mittels Spincoating durchgeführt. Nach der Abtrocknung des Lösungsmittels wurde in den niedrigviskosen plastischen Gelfilm ein polymerer, silikonartiger Prägestempel eingedrückt. Der Prägestempel besteht aus einem Material, welches in einem Wellenlängenbereich > 230 nm durchlässig ist, nämlich Silikon, sog. Sil-Gele oder Kautschuk. Als Struktur des Prägestempels wurde eine Gitterstruktur bestehend aus einem Kreuzgitter mit einer Periode von 2 um und einer Strukturtiefe von 3 μm bereitgestellt. Während der Prägestempel mit dem Maskengrundstoff in Kontakt war, wurde mittels einer UV-Lampe, welche im Wellenlängenbereich von etwa 250 nm emittierte, eine erste Härtung der Schicht durchgeführt.
  • Das alkalische Ätzen wurde mit 10 molarer NaOH bei einer Badtemperatur von 65°C durchgeführt. Die Ätzdauer lag bei 3 Minuten. Nach der alkalischen Ätze wurden Restbestandteile der Ätzmaske mittels 1 molarer HF entfernt.
  • Abbildungen
  • Die Abbildungen zeigen beispielhafte, bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, sie schränken den Umfang der Erfindung nicht ein.
  • zeigt ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei ein Prägestempel auf Grundlage einer Masterstruktur hergestellt wird (1) und ein Substrat mit einer Schicht des Maskengrundstoffes versehen wird (2). Der Maskengrundstoff wird dann mit dem Prägestempel geprägt (3), indem der Stempel auf den Maskengrundstoff gedrückt wird und zunächst dort verbleibt. Optional wird der Maskengrundstoff vor dem Prägeschritt photochemisch aktiviert (9). Ebenfalls optional schließt sich an den Prägeschritt (3) ein photochemischer oder thermischer Vorhärtungsschritt an (10). Es folgt das Entfernen des Prägestempels von der Schicht aus Maskengrundstoff (4), woran sich der Aushärtungsschritt (5) anschließt. Es folgt ein nasschemischer Ätzschritt, der sauer (8) oder alkalisch (6) ausgestaltet sein kann. Anschließend wird die Oberfläche des Substrats gereinigt (7).
  • illustriert einen beispielhaften Verfahrensablauf, wobei (21) ein Maskengrundstoff (12) auf ein Substrat (11) aufgebracht wird, (22) unter Einwirkung von Druck (17) ein Prägestempel (13) den Maskengrundstoff prägt, (23) welcher dann unter Licht- oder Wärmeeinwirkung (16) gehärtet wird, (24) worauf der Prägestempel abgehoben wird und eine weitere Härtung unter Wärmeeinwirkung erfolgt, so dass (25) eine Ätzmaske (15) erhalten wird, die unter Einwirkung eines Ätzmediums (18) (26) das Substrat mit strukturierter Oberfläche erhältlich macht.
  • zeigt das Prinzip einer erfindungsgemäßen Materialabtragsmaske. Es ist ein Substrat (11) mit einer Ätzmaske (15) abgebildet. Unter Einwirkung eines Ätzmediums (18) wird die Ätzmaske abgetragen. Dort, wo die Ätzmaske am dünnsten ist, erreicht das Ätzmedium zuerst das Substrat und ätzt es selektiv an dieser Stelle.
  • zeigt das Prinzip einer erfindungsgemäßen Diffusionsätzmaske. Es sind ein Substrat (11) und eine Ätzmaske (15) abgebildet, wobei die Ätzmaske unter Einwirkung des Ätzmediums (18) nicht abgetragen wird. Die Ätzmaske dient insofern als Barriere für das Ätzmedium als dieses noch durch die Ätzmaske hindurch diffundieren muss, bevor das Substrat erreicht wird. An den dünnsten Stellen der Ätzmaske erreicht das Ätzmedium zuerst das Substrat und ätzt es an diesen Stellen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Herstellung des Prägestempels mit Masterstruktur
    2
    Beschichtung des Substrates mit Maskengrundstoff
    3
    Prägen des Maskengrundstoffes mittels Prägestempel
    4
    Entfernen des Prägestempels von der Schicht
    5
    Aushärtung
    6
    nasschemischer Ätzschritt, alkalisch
    7
    Reinigung der Oberfläche, sauer
    8
    nasschemischer Ätzschritt, sauer
    9
    photochemisches Aktivieren des Maskengrundstoffes
    10
    photochemischer oder thermischer Vorhärtungsschritt
    11
    Substrat
    12
    Maskengrundstoff
    13
    Prägestempel
    14
    Substrat mit strukturierter Oberfläche
    15
    Ätzmaske
    16
    Licht- oder Wärmeeinwirkung
    17
    Druckeinwirkung
    18
    Einwirkung des Ätzmediums
    21
    Aufbringen des Maskengrundstoffes auf die Oberfläche
    22
    Prägen eines Musters in den Maskengrundstoff
    23
    Härtung des Maskengrundstoffes
    24
    Abheben des Prägestempels
    25
    Nachhärten der Ätzmaske
    26
    Ätzen des Substrates
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2001188096 A [0007]
    • DE 3122544 A [0008]
    • JP 6331844 A [0009]

Claims (15)

  1. Verfahren zum Einbringen einer Struktur in eine Oberfläche eines Substrates (11), wobei • ein Maskengrundstoff (12) auf die Oberfläche aufgebracht wird, • mit einem Stempel (13) ein gemäß der gewünschten Struktur ausgewähltes Muster in den Maskengrundstoff (12) geprägt wird, • der Maskengrundstoff (12) in wenigstens einem Härtungsschritt gehärtet wird, so dass eine Ätzmaske (15) erhalten wird, • und ein flüssiges Ätzmedium mit der Ätzmaske (15) in Kontakt gebracht wird, um ein Substrat mit strukturierter Oberfläche (14) zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzmaske keine Löcher im Bereich der zu strukturierenden Oberfläche aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Maskengrundstoff (12) Nanopartikel umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Maskengrundstoff (12) ein Basismaterial enthält, welches einen oder mehrere Netzwerkbildner umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel mittlere Durchmesser von 0,5 nm bis 10 μm, bevorzugt 2 nm bis 150 nm, haben.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel ausgewählt sind aus Carbiden, Nitriden, Oxiden, Fluoriden, Oxynitriden und Hydroxyfluoriden.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Maskengrundstoff (12) Nanopartikel in einem Anteil von 0 bis 60 Gew.-% umfasst.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, wobei ein Netzwerkbildner eine Sol-Gel-Vorstufe ist.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, wobei der Maskengrundstoff (12) das Basismaterial in einem Anteil von 40 bis 100 Gew.-% umfasst.
  9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmedium eine wässrige Lösung ist.
  10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Glas oder eine Glaskeramik ist.
  11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 10, wobei ein Netzwerkbildner ausgewählt ist aus Acrylsilanen, Epoxysilanen, Acrylalkoxysilanen, Acrylepoxysilanen, Epoxyalkoxysilanen, Allylsilanen, Vinylsilanen, Fluoralkylsilanen, Aminosilanen, Alkoxysilanen, Metallalkoholaten, Metalloxidacrylaten, Metalloxidmethacrylaten und/oder Metalloxidacetylacetonaten.
  12. Substrat mit strukturierter Oberfläche (14) erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
  13. Verwendung von Netzwerkbildnern zur Herstellung von Ätzmasken (15).
  14. Verwendung nach Anspruch 13, wobei die Netzwerkbildner Sol-Gel-Vorstufen sind.
  15. Ätzmaske (15) erhältlich nach einem Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 11.
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