DE102016125689A1

DE102016125689A1 - Substrat umfassend Anti-Reflex-Beschichtungssystem mit Hartstoffbeschichtung sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102016125689A1
Application number: DE102016125689.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Henn; Thorsten Damm; Dirk Apitz; Sébastien Bourquin
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2018-06-28
Also published as: CH713317B1; CH713317A2; CN108238726A; CN108238726B; CH713317B8

Abstract

Die Erfindung betrifft ein anorganisches, transparentes Substrat. Dieses umfasst ein Anti-Reflex-Beschichtungssystem mit einer Hartstoffbeschichtung, welche als eine amorphe, transparente Schicht umfassend Aluminium, Silizium, Stickstoff und Sauerstoff ausgebildet ist. Der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an Aluminium ist größer als der an Silizium und der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an Stickstoff größer ist als der an Sauerstoff. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen beschichteten Substrats.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein ein anorganisches, transparentes Substrat umfassend ein Anti-Reflex-Beschichtungssystem, welches eine amorphe Hartstoffbeschichtung umfasst. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines solcherart beschichteten Substrats.
Hintergrund der Erfindung
Beschichtungssysteme, welche Anti-Reflexions-Eigenschaften aufweisen, sind heute Stand der Technik und werden vielfältig eingesetzt, beispielsweise im Bereich der Bilderverglasung, bei optischen Komponenten, beispielsweise Linsen für Kameras und in vielen weiteren Feldern. Allerdings sind solche Anti-Reflex-Beschichtungen keiner starken mechanischen Belastung eingesetzt.
Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2011 012 160 A1 beschreibt Antireflexbeschichtungen, bei welchen die Härte des Schichtsystems, also dessen Beständigkeit gegenüber mechanischer Beanspruchung, dadurch verbessert wird, dass die Beschichtungen neben Silizium auch einen gewissen Anteil von Aluminium umfassen. So wird als hochbrechende Schicht eine Hartstoffschicht aus Si₃N₄, bei welcher Aluminium beigemischt ist, verwendet.
Die deutsche Patentschrift DE 10 2008 054 139 beschreibt Kratzschutzschichten aus Siliziumoxinitrid, welche allerdings nicht Bestandteil eines Anti-Reflex-Schichtsystems sind. Dies liegt auch an dem relativ niedrigen Brechungsindex dieser Schichten, welcher lediglich zwischen 1,9 und 1,6 beträgt.
Auch andere Materialien sind dem Fachmann allgemein als Kratzschutz- oder Hartstoffschichten bekannt, beispielsweise Al₂O₃ oder Y-stabilisiertes Zirkoniumoxid oder auch mit Kohlenstoff dotiertes Siliziumnitrid. Allerdings sind diese Materialien in der Regel für die Integration in ein Anti-Reflex-Beschichtungssystem nur wenig geeignet, was insbesondere an deren ungünstigen Eigenschaften, beispielsweise einer zu hohen thermischen Dehnung und/oder nicht ausreichenden optischen Eigenschaften, beispielsweise einer zu hohen Absorption und/oder einem nicht geeigneten Brechungsindex, liegt.
Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2014 104 798 A1 beschreibt harte Anti-Reflex-Beschichtungen und ein Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung. Die Hartstoffbeschichtung umfasst kristallines Aluminiumnitrid mit einer hexagonalen Kristallstruktur, bei welchem es zu einer Vorzugsorientierung der Kristalle kommt. Die Hartstoffbeschichtung umfasst weiterhin noch amorphes Si₃N₄ und liegt somit als Nanocomposite vor. Der Mittelwert der Kristallitgröße beträgt ca. 20 nm. Die Hartstoffschicht kann darüber hinaus mit weiteren Stoffen, beispielsweise Bor, Zirkon oder Titan oder Mischungen hiervon dotiert sein, wobei der Aluminium-Gehalt in der Hartstoffschicht stets mehr als 50 Gew.-% betragen muss und bevorzugt mehr als 70 Gew.-% beträgt, da nur so die Ausbildung einer kristallinen Phase sichergestellt ist. Die Verunreinigung der Hartstoffbeschichtung mit Sauerstoff sollte bei unterhalb von 10 Mol-% liegen. Bevorzugt sollte Sauerstoff zu nicht mehr als 2 Mol-% vorhanden sein. Bei höheren Sauerstoffgehalten besteht die Gefahr, dass die Vorzugsrichtung der Kristallite in der Beschichtung, welche letztlich die Ursache für die gute Kratzbeständigkeit der Beschichtung sind, nicht mehr gewährleistet ist. Auch führt ein erhöhter Sauerstoffgehalt zu einer Erniedrigung der Brechzahl der Hartstoffschicht, was hinsichtlich der Performance des Antireflexsystems ungünstig ist. Darüber hinaus bringt der sehr geringe Gehalt von Sauerstoff in den Hartstoffschichten den Nachteil mit sich, dass bei der Herstellung eines Beschichtungssystems, welches eine solche Hartstoffbeschichtung umfasst, zwischen den nitridischen Prozessen zur Abscheidung der Hartstoffschicht und den oxidischen Beschichtungen zur Abscheidung der niedrigbrechenden Schicht aufweisende Spülungen der Reaktivgasleitungen notwendig sind. Dies erhöht die Prozesszeiten signifikant und führt somit zu erhöhten Kosten.
Folglich besteht also Bedarf an Substraten umfassend Anti-Reflex-Beschichtungen, welche Hartstoffschichten mit ausgezeichneter Kratzbeständigkeit umfassen und sich kostengünstig herstellen lassen.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines anorganischen, transparenten Substrats umfassend ein Anti-Reflex-Beschichtungssystems, umfassend eine Hartstoffbeschichtung, welches die Schwächen des Standes der Technik, insbesondere hinsichtlich der Kratzbeständigkeit und den Herstellungsbedingungen, vermindert. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Substrats.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Das anorganische, transparente Substrat der vorliegenden Erfindung umfasst ein Anti-Reflex-Beschichtungssystem umfassend eine Hartstoffbeschichtung. Diese Hartstoffbeschichtung ist als eine amorphe, transparente Schicht umfassend Aluminium, Silizium, Stickstoff und Sauerstoff ausgebildet, wobei der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an Aluminium größer ist als der an Silizium und der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an Stickstoff größer ist als der an Sauerstoff.
Als Anti-Reflex-Beschichtungssystem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Beschichtungssystem verstanden, welches die Reflexion insbesondere im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, also im Bereich von 380 nm bis 780 nm, bevorzugt im Bereich zwischen 450 nm und 650 nm, eines Substrats mindert, sodass störende Spiegelungen vermieden werden und vom Betrachter aus gesehen hinter dem Substrat angeordnet sind, besser sichtbar sind. Solche Anti-Reflex-Beschichtungssysteme sind dem Fachmann bekannt und umfassen je nach Anforderung und verwendetem Substrat eine unterschiedliche Abfolge von hochbrechenden und niedrigbrechenden Schichten.
Als Schicht wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Lage eines Materials bezeichnet, welche auf eine Unterlage aufgebracht wird, insbesondere in Form einer sogenannten Dünnschicht mit einer Dicke von weniger als 1 µm. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe der Schicht und der Beschichtung weitgehend synonym zur Bezeichnung einer solchen Lage eines Materials verwendet.
Bevorzugt beträgt der Sauerstoffgehalt in der Hartstoffschicht mehr als 2 Mol-%, bevorzugt mehr als 5 Mol-% und besonders bevorzugt mehr als 10 Mol-%, wobei ein Sauerstoffgehalt von 17 Mol-% nicht überschritten wird.
So hat sich gezeigt, dass bei einer solchen Zusammensetzung der Hartstoffschicht zwar die Kristallinität und entsprechend auch eine Vorzugsausrichtung von Kristalliten von AlN nicht mehr gegeben ist. Sofern der Sauerstoffgehalt jedoch in den genannten Grenzen bleibt, kommt es überraschenderweise dennoch zu einer guten Härte und Kratzfestigkeit der Beschichtung, welche beispielsweise gegenüber anderen amorph ausgebildeten Hartstoffschichten, wie sie beispielsweise in der DE 10 2011 012 160 A1 beschrieben sind, verbessert sind.
Die Zusammensetzung der Hartstoffschicht kann dabei gemessen werden mit Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls. Zwar ist mittels eines solchen Verfahrens keine genaue quantitative Bestimmung der Beschichtungszusammensetzung möglich, allerdings gibt dieses Verfahren eine Aussage über die in der Schicht vorhandenen Bestandteile sowie ihr Verhältnis zueinander. Die Analyse der abgetragenen Schicht- bzw. Oberflächenbestandteile erfolgt in der Regel mittels eines Massenspektrometers. Die Schicht- bzw. Oberflächenbestandteile werden hier mittels des Verhältnisses Ladung zu Masse bestimmt, wobei die Masse bei Kenntnis der qualitativen Oberflächen- bzw. Schichtbestandteile bestimmten Teilchen bzw. Ionen zugeordnet werden kann.
Für das hier betrachtete Schichtsystem mit einer Hartstoffschicht umfassend Stickstoff, Sauerstoff, Aluminium und Silizium kommen dabei insbesondere folgende Teilchen in Betracht:

AlO: mit einer molaren Masse von etwa 42,98 g/mol
AlN: mit einer molaren Masse von etwa 40,988 g/mol
SiO₂: mit einer molaren Masse von etwa 60,083 g/mol
SiN: mit einer molaren Masse von etwa 42,092 g/mol

Die molaren Massen wurden hierbei mit dem mittleren Atomgewicht der entsprechenden Elemente berechnet, sodass leichte Abweichungen von dem oben angegeben Wert möglich sind, welche jedoch dem Fachmann geläufig sind und die Bestimmung der Teilchen anhand ihrer Masse nicht behindern.
Die Teilchen liegen während des Materialabtrags ionisiert vor. Da die Ladung aber die Masse des Teilchens nicht beeinflusst, bleibt die Ladung der Teilchen im Folgenden für die Betrachtung der Intensität unberücksichtigt. In der Darstellung der Intensitätsprofile wurden alle Teilchen unabhängig davon, ob die Ladung positiv oder negativ war, als negative Teilchen betrachtet und entsprechend aufgetragen. Die Höhe des Signals bleibt von dieser Umkehr der Polarität unberührt.
Die Hartstoffbeschichtung ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung charakterisiert durch ein Time-of-Flight Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionen-Massenspektrometrie (im Folgenden auch „ToF-SIMS“ genannt) und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls, bei welchem das höchste Intensitätsniveau dasjenige des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AlO, ist.
Besonders bevorzugt wird als Sekundärionen-Massenspektroskopie das oben genannte „ToF-SIMS“-Verfahren (ToF-SIMS-Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry“) verwendet. Bei diesem Verfahren werden die Massen der Sekundärionen, die durch Beschuss der Oberfläche mit einem lonenstrahl herausgelöst werden. Das Intensitäts-Sputterzeitprofil wird erstellt, indem die Intensitäten der detektierten Sekundärionen fortlaufend aufgezeichnet werden, während die untersuchte Probe mit dem Strahl der Primärionen, vorzugsweise Cäsium-Ionen, beschossen und dadurch sukzessive die Oberfläche abgetragen wird.
Die betrachteten Teilchen sind hierbei diejenigen Teilchen, welche typischerweise bei der ToF-SIMS-Untersuchung von Oxiden und Nitriden untersucht werden. Sofern also auf das höchste Intensitätsniveau eines Teilchens abgestellt wird, werden hierzu jeweils die entsprechenden nitridischen und/oder oxidischen Teilchen betrachtet. Insbesondere werden die oxidischen Teilchen AlO und SiO₂ sowie die nitridischen Teilchen AlN und SiN betrachtet und untereinander hinsichtlich ihrer Intensitätsniveaus verglichen.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffschicht charakterisiert durch ein Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls, bei welchem das zweithöchste Intensitätsniveau dasjenige des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,092 g/mol, SiN, ist.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffschicht charakterisiert durch ein Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls, bei welchem das dritthöchste Intensitätsniveau dasjenige des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 40,998 g/mol, AlN, ist.
Die Intensitätsniveaus der einzelnen Bestandteile können zueinander in Beziehung gesetzt werden, indem beispielsweise jeweils die absoluten Intensitäten jeweils auf dasjenige Teilchen mit der höchsten Intensität bezogen werden.
Auf diese Weise ist es möglich, Beschichtungszusammensetzungen weiter zu charakterisieren und Beschichtungen verschiedener Zusammensetzung voneinander abzugrenzen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffbeschichtung daher gekennzeichnet durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AlO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,092 g/mol, SiN, zwischen 1,6 und 2,8, bevorzugt zwischen 1,9 und 2,4, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffschicht gekennzeichnet durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AlO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 40,998 g/mol, AlN, zwischen 2 bis 4, bevorzugt zwischen 2,5 und 3,6, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffschicht gekennzeichnet durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AlO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 60,083 g/mol, SiO₂, zwischen 110 bis 250, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls.
Demgegenüber werden in den Schichten des Standes der Technik, welche signifikant weniger Sauerstoff umfassen als die Schichten gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deutlich andere Verhältnisse der mittleren Intensitäten erhalten. Die folgende Tabelle stellt Werte, welche für ein Vergleichsbeispiel sowie einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, einander gegenüber.

Verhältnis Ausführungsbeispiel Vergleichsbeispiel

M(42,98 g/mol) / M(42,092 g/mol) 2,1 0,16

M(42,98 g/mol) / M(40,988 g/mol) 3,2 0,26

M(42,98 g/mol) / M(60,083 g/mol) 146 1370
Die Intensitätsverhältnisse in der Hartstoffschicht gemäß dem Stand der Technik und der Hartstoffschicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung unterscheiden sich somit deutlich voneinander.
Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Hartstoffschicht des Ausführungsbeispiels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung alle drei Merkmale hinsichtlich der Intensitätsverhältnisse gleichzeitig erfüllt.
Diese Intensitätsverhältnisse geben zwar nicht die genauen quantitativen Zusammensetzungen der betrachteten Schichten an, sind jedoch ein Maß dafür, zwischen welchen Elementen sich innerhalb der Schichten Bindungen ausbilden. Der direkte Vergleich ergibt somit, dass im oben betrachteten Ausführungsbeispiel im Gegensatz zum Vergleichsbeispiel der Anteil an AlO-Teilchen im Vergleich zu SiN und AlN zugenommen, im Vergleich zu SiO₂ dagegen abgenommen hat. Die betrachteten Verhältnisse belegen somit, dass in den Schichten des Ausführungsbeispiels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Sauerstoffanteil im Vergleich zur betrachteten Schicht des Standes der Technik deutlich erhöht ist.
Überraschenderweise führt diese deutliche Erhöhung des Sauerstoffgehalts zu einer Erhöhung der Kratzfestigkeit im Vergleich zu den bekannten amorphen Schichten des Standes der Technik. Dies ist umso erstaunlicher, als die gute Kratzschutzwirkung der Schichten des Standes der Technik darauf zurückgeführt werden kann, dass diese nanokristallines AlN mit einer Vorzugsausrichtung der Kristallite umfassen. Ein solcher Schichtaufbau stellt sich aber nur dann an, wenn der Sauerstoffgehalt der Schichten möglichst gering ist und bevorzugt weniger als 2 Mol-% beträgt.
Besonders bevorzugt umfasst die niedrigbrechende Schicht als Beschichtungsmaterial SiO₂, beispielsweise Aluminium-dotiertes SiO₂, wobei der Anteil an Aluminium bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Massen von Silizium und Aluminium, betragen kann.
Die niedrigbrechende Schicht umfasst dabei vorzugsweise SiO₂ als Hauptbestandteil, kann aber auch mit weiteren Bestandteilen dotiert sein, beispielsweise mit Bor, Zirkon Titan oder Mischungen hieraus.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegt der Brechungsindex der niedrigbrechenden Schicht bei einer Wellenlänge von 550 nm im Bereich von 1,3 bis 1,6, bevorzugt 1,45 bis 1,5.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt der Brechungsindex der Hartstoffschicht bei einer Wellenlänge von 550 nm im Bereich von 1,8 bis 2,3, bevorzugt 1,95 bis 2,1.
Das anorganische transparente Substrat der vorliegenden Erfindung kann als Glas, beispielsweise als ein Borosilikatglas, ein Aluminosilikatglas, ein Kalk-Natronglas, ein synthetisches Quarzglas, ein Lithium-Aluminosilikatglas oder ein optisches Glas ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass das Substrat kristallin ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Substrat einen Einkristall für optische Zwecke, einen Saphir, einen Korund oder Calciumfluorid umfassen. Auch ist es möglich, dass das Substrat als sogenanntes Saphirglas oder als eine Glaskeramik ausgebildet ist.
Als Saphirglas ist dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein kristallines, insbesondere ein einkristallines, Al₂O₃ umfassendes, transparentes, bevorzugt farbloses Material bezeichnet. Es handelt sich dabei um eine insbesondere in der Uhrenindustrie geläufige Bezeichnung für das einkristalline, Al₂O₃ umfassende, transparente Deckmaterial von Ziffernblättern.
Ist das Substrat als Glas ausgebildet, ist es bevorzugt ein chemisch oder thermisch vorgespanntes Glas.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Substrat einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_20-300 im Bereich von 7*10^-6 bis 10*10^-6 K^-1 auf.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient α_20-300 ist, sofern nicht anders angegeben, im Bereich von 20°C bis 300°C angegeben. Die Bezeichnungen α und α_20-300 werden im Rahmen dieser Erfindung, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, als Synonym verwendet. Beim angegebenen Wert handelt es sich um den nominalen mittleren thermischen Längenausdehnungskoeffizienten gemäß ISO 7991, welcher in statischer Messung bestimmt ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Hartstoffschicht Kohlenstoff. Es hat sich gezeigt, dass ein solcher Kohlenstoffgehalt besonders vorteilhaft für die Ausbildung einer harten, kratzbeständigen Schicht ist. Die Erfinder vermuten, dass dies auf die Bildung von geringsten Mengen harter und somit kratzfester Carbide, beispielsweise von SiC, in der Schicht zurückzuführen ist. Der Anteil an Kohlenstoff in einer Hartstoffschicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist beispielhaft sichtbar in einem Time-of-Flight-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls, als Teilchen mit der molaren Masse von etwa 26,018 g/mol, CN.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffbeschichtung gekennzeichnet durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AlO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 26,018 g/mol, CN, zwischen 110 und 215, bevorzugt zwischen 140 und 175, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das anorganische, transparente Substrat umfassend ein Anti-Reflex-Beschichtungssystem einen Reflexionsgrad im Wellenlängebereich von 450 nm bis 650 nm von höchstens 2% auf.
Das Substrat ist dabei gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung so ausgebildet, dass dieser geringe Reflexionsgrad nicht nur direkt nach der Beschichtung vorliegt, sondern auch nach einer mechanischen Belastung, wie sie beispielsweise in Prüfungen, welche in der Uhrenindustrie standradmäßig zu Anwendung kommen. Ein solcher Test ist beispielsweise der sogenannte Bayertest.
Bei diesem Test wird mit genau spezifiziertem Sand unter vorgegebenen Bedingungen die Oberfläche des Prüfkörpers, beispielsweise hier eines mit einem Anti-Reflex-Beschichtungssystems versehenen Substrats, für eine vorbestimmte Zeit belastet und anschließend die Oberfläche des Prüfkörpers auf Schädigungen untersucht. Die genauen Bedingungen für solche Tests sind beispielsweise spezifiziert in der DIN 52348 sowie der ASTM F735-11.
Hinsichtlich des hier betrachteten anorganischen, transparenten Substrats umfassend ein Anti-Reflex-Beschichtungssystem gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird dieser Test mit verschiedenen Sanden durchgeführt:

- Zum einen kommt neuer Aluminiumoxid umfassender Sand zum Einsatz,
- Weiterhin kommt bereits gealterter Aluminiumoxid umfassender Sand mit einem mittleren Alter zum Einsatz,
- Schließlich wird auch vorgeschädigter, Aluminiumoxid umfassender Sand verwendet.

Um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu erhöhen wird, vorzugsweise vorkonditionierter Sand verwendet.
In der Regel werden Belastungstests mit 8000 Belastungszyklen durchgeführt.
Ein weiterer Test zur Spezifizierung der Härte der Schichten ist der sogenannte Sandrieseltest.
Die genauen Bedingungen für solche Tests sind beispielsweise spezifiziert in der DIN 52348 sowie der ASTM F735-11.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Anti-Reflex-Beschichtungssystem vier Schichten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Anti-Reflex-Beschichtungssystem fünf Schichten. Diese Ausführungsform ist insbesondere bevorzugt, wenn das Substrat ein Material mit einem relativ hohen Brechungsindex umfasst. In diesem Fall die erste Schicht vorzugsweise eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex, beispielsweise Siliziumdioxid.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eine Hartstoffbeschichtung auf einem anorganischen, transparenten Substrat. Bevorzugt ist die Hartstoffbeschichtung als Teil eines Anti-Reflex-Beschichtungssystem ausgebildet, insbesondere bevorzugt als hochbrechende Schicht des Anti-Reflex-Beschichtungssystems. Die Hartstoffbeschichtung ist als amorphe, transparente Schicht umfassend Aluminium, Silizium, Stickstoff und Sauerstoff ausgebildet, wobei der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an Stickstoff größer ist als der an Sauerstoff und der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an Stockstoff größer ist als der an Sauerstoff. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Bereitstellen eines Targets umfassend Aluminium und Silizium. Dabei ist der Stoffmengenanteil von Aluminium im Target größer als der Stoffmengenanteil von Silizium im Target.
- Einschleusen eines Substrats, bevorzugt eines anorganischen, transparenten Substrats, in einen Reaktor. Der Reaktor kann insbesondere eine Anlage zur physikalischen Abscheidung von Schichten umfassen und beispielsweise als eine Sputteranlage ausgebildet sein, beispielsweise als eine Sputteranlage für reaktives und/oder teilreaktives Magnetronsputtern.
- Evakuieren des Reaktors auf einen Enddruck von weniger als 5*10^-6 mbar.
- Bereitstellen eines Reaktivgases umfassend Stickstoff und Sauerstoff. Dabei ist der molare Gehalt des Reaktivgases an Stickstoff größer ist als der molare Gehalt an Sauerstoff.
- Abscheiden einer Hartstoffschicht durch reaktives Sputtern auf mindestens einer Oberfläche des Substrats.

Als teilreaktiv wird ein Sputterprozess hierbei bezeichnet, wenn während des Prozesses weniger Reaktivgas eingesetzt wird, als zur Erzielung einer stöchiometrischen Schicht notwendig ist. Die Stöchiometrie wird dann beispielsweise vollständig erst durch einen nachgelagerten Prozessschritt, z.B. einer separaten Sauerstoffquelle erzielt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Prozessgas Argon.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der molare Gehalt des Reaktivgases an Stickstoff größer als das Doppelte des molaren Gehalts an Sauerstoff, bevorzugt größer als das Vierfache des molaren Gehalts an Sauerstoff.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen beispielhaft näher erläutert.

1 zeigt in schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellung ein transparentes, anorganisches Substrat 1, welches ein Anti-Reflex-Beschichtungssystem 2 umfasst. Diese Anti-Reflex-Beschichtungssystem 2 umfasst eine Hartstoffbeschichtung umfassend Aluminium, Silizium, Stickstoff und Sauerstoff, wobei der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an Aluminium größer ist als der an Silizium und der Stoffmengenanteil in der Hartstoffschicht an Stickstoff größer ist als der an Sauerstoff. Diese wird auf einer Oberfläche des Substrats aufgebracht. Es ist aber allgemein, ohne Beschränkung auf das abgebildete Beispiel, auch möglich, dass ein Teil oder die gesamte Oberfläche des Substrats mit einem solchen Beschichtungssystems bedeckt ist oder dass beispielsweise zwei Seiten des Substrats, beispielsweise einander gegenüberliegende Seiten, mit einem solchen Anti-Reflex-Beschichtungssystem 2 beschichtet sind.
2 zeigt ein Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil. Auf der y-Achse ist in logarithmischer Auftragung die Intensität des Signals in normierten Einheiten, auf der x-Achse die Sputterzeit in Sekunden aufgetragen. Die Abtragung der mit Sekundärionenmassenspektrometrie untersuchten Probe erfolgt von der Oberfläche her, sodass die Bestandteile der zuletzt abgeschiedenen Schicht bei niedrigen Sputterzeiten detektiert werden und das Substratmaterial erst bei hohen Sputterzeiten abgetragen wird.

Die Einheiten sind hierbei in der Regel in der Form normiert, dass sie auf ein konstant angenommenes Signal, beispielsweise auf das Aluminium-Signal, sofern das Substrat Al₂O₃ als Hauptbestandteil umfasst, wie ein Saphir-Substrat, bezogen sind.
Vorliegend ist in 2 ein Substrat, auf welchem ein Beschichtungssystem umfassend 5 Schichten abgeschieden wurde, untersucht worden. Die zuletzt abgeschiedene Schicht ist dabei als niedrigbrechende Schicht ausgebildet und umfasst als Hauptbestandteil SiO₂. Dies zeigt sich auch im hier abgebildeten Sputterzeitprofil, bei welchem das als SiO₂ zu identifizierende Teilchen die höchsten Intensitäten aufweist.
Unter dieser Schicht ist eine hochbrechend ausgebildete Hartstoffschicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebracht. An der Grenzfläche zwischen der niedrigbrechenden Schicht und der hochbrechend ausgebildeten Hartstoffschicht kommt es zu einer Überhöhung des AlO-Signals. Es handelt sich hierbei um Grenzflächeneffekte, welche beispielsweise auf präparative Effekte bei der Probenherstellung oder auch bei der Abscheidung der Beschichtung zurückzuführen sein können. Diese Überhöhungen werden für die Betrachtung der Intensitätsniveaus der einzelnen Teilchen nicht berücksichtigt.
Es zeigt sich, dass in der hier untersuchten hochbrechend ausgebildeten Hartstoffschicht nach einer Ausführungsform der Erfindung das Signal des AlO-Teilchens das stärkste Signal ist, also das höchste Intensitätsniveau aufweist. Das Teilchen mit dem zweithöchsten Intensitätsniveau ist SiN, gefolgt von AlN als Teilchen mit dem dritthöchsten Intensitätsniveau. SiO₂ wird mit einer geringeren Intensität detektiert.
Der Materialabtrag erfolgte hierbei mittels eines Cäsium-Ionenstrahls.
Beachtlich ist außerdem, dass die Hartstoffschicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, deren Intensitäts-Sputterzeitprodil in 2 abgebildet ist, einen Anteil von BO aufweist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Hartstoffbeschichtung gekennzeichnet durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AlO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,092 g/mol, SiN, zwischen 1,6 und 2,8, bevorzugt zwischen 1,9 und 2,4, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffschicht weiterhin gekennzeichnet durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AlO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 40,998 g/mol, AlN, zwischen 2 bis 4, bevorzugt zwischen 2,5 und 3,6, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffschicht auch gekennzeichnet ist durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AlO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 60,083 g/mol, SiO₂, zwischen 110 bis 250, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls.
Insbesondere können alle drei vorgenannten Verhältnisse auch gleichzeitig an einer Hartschicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorliegen. Es ist aber auch möglich, dass lediglich eines dieser Verhältnisse realisiert ist.
Die Schichtdicke der einzelnen Schichten des Anti-Reflex-Beschichtungssystems betrugen im hier betrachteten Beispiel, vom Substrat ausgehen, für die erste (niedrigbrechende) Schicht ca. 10 nm, für die zweite, hochbrechende Schicht (Hartstoffschicht) ca. 30 nm, für die dritte, wiederum niedrigbrechende Schicht ca. 14 nm, für die vierte Schicht etwa 132 und die fünfte Schicht ca. 88 nm. Es ist dem Fachmann jedoch ersichtlich, dass solche Schichtdicken lediglich beispielhaft sind und sich aus den Anforderungen an die optischen Eigenschaften ergeben. Es sind daher Abweichungen von den hier genannten Werten möglich.
In 3 ist im Vergleich dazu eine Darstellung eines anorganischen transparenten Substrats umfassend eine Anti-Reflex-Beschichtung gemäß des Standes der Technik abgebildet. Auf der y-Achse ist wiederum in logarithmischer Skala die Intensität des Signals in normierten Einheiten aufgetragen, auf der x-Achse die Sputterzeit in Sekunden. Wiederum ist somit die oberste Schicht des Anti-Reflex-Beschichtungssystems bei geringen Sputterzeiten zu finden, während bei hohen Sputterzeiten die Teilchen, welche beim Abtrag des Substrats entstehen, bei hohen Sputterzeiten ab ca. 720 sec aufgetragen sind. Die Intensitätskurve für AlO zeigt Oszillationen, welche möglicherweise prozesstechnisch aus dem Sputterprozess resultieren, aber auch messtechnische Ursachen haben könnten.
Die Hartstoffschicht, welche bei Sputterzeiten ab ca. 280 sec vorliegt, zeigt als intensivstes Signal das des Teilchens SiN, sodann das von AlN und erst an dritter Stelle das von AlO. Die Intensität des SiO₂-Signals ist ganz besonders gering. Im Vergleich zu Hartstoffschichten gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich hierbei folgende Unterschiede:

- Das höchste Intensitätsniveau im Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil ist nunmehr nicht das von AlO, sondern von SiN,
- Das zweithöchste Intensitätsniveau ist das von AlN, nicht von SiN,
- Das dritthöchste Intensitätsniveau ist das von AlO, nicht das von AlN.

Weiterhin haben sich die Intensitätsverhältnisse geändert. Beispielsweise beträgt das Verhältnis von AlO zu SiN ca. 0,16, das von AlO zu AlN ca. 0,26 und das von AlO zu SiO₂ ca. 1370. Berechnet wurden diese Verhältnisse jeweils bezogen auf das mittlere Intensitätsniveau der Sputterzeitprofile.
4 zeigt eine Darstellung eines Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofils für ein Substrat gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wiederum ist auf der y-Achse die Intensität in normierten Einheiten aufgetragen, auf der x-Achse die Sputterzeit in Sekunden. Betrachtet werden hierbei neben den Intensitäten für AlO und SiO₂ auch die Intensität des Signals CN. Es zeigt sich, dass die Hartstoffschicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung über einen Kohlenstoffanteil verfügt, welcher hier in Form des Teilchens CN nachgewiesen werden kann. Dieser geringe, jedoch signifikante Anteil von Kohlenstoff in der Hartstoffschicht trägt zu einer Verbesserung der Kratzfestigkeit bei, beispielsweise durch die Bildung von SiC-Verbindungen. Der Anteil an Kohlenstoff in einer Hartstoffschicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist also beispielhaft sichtbar in einem Time-of-Flight-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls, als Teilchen mit der molaren Masse von etwa 26,018 g/mol, CN.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffbeschichtung gekennzeichnet durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AlO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 26,018 g/mol, CN, zwischen 110 und 215, bevorzugt zwischen 140 und 175, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls.
5 zeigt ein XRD-Diagramm. Auf der y-Achse ist die Zählrate des Signals aufgetragen, auf der x-Achse der 2-Theta-Winkel. Deutlich erkennbar ist hier der kristalline Reflex, welcher bei einer Hartstoffbeschichtung als teile eines Anti-Reflex-Beschichtungssystems für ein transparentes Substrat des Standes Technik erhalten wird. Es handelt sich dabei um einen Reflex der kristallinen AlN-Phase. Demgegenüber gestellt werden zwei Röntgendiagramme für eine Hartstoffschicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Diese zeigen keinerlei kristallinen Reflex, und zwar weder im hier betrachteten Spektrum noch bei anderen Winkeln. Sie liegen somit röntgenamorph vor.
6 zeigt einen Vergleich von Reflexionsspektren unterschiedlicher Anti-Reflex-Beschichtungssysteme vor und nach einem Belastungstest. Auf der y-Achse ist die Reflexion in %, auf der x-Achse die Wellenlänge in nm aufgetragen. Als Vergleich ist auch die Reflexionskurve 3 eines unbeschichteten Saphir-Substrats mit aufgeführt.
Reflexionskurve 4 zeigt die Reflexion eines Anti-Reflex-Beschichtungssystems auf einem Saphir-Substrat gemäß dem Stand der Technik vor Belastungstest, Reflexionskurve 5 die Reflexion desselben Substrats nach Test. Deutlich erkennbar ist die Verschlechterung, d.h. Erhöhung der Reflexion, welche auf die zumindest partielle Zerstörung und den Abtrag des Beschichtungssystems zurückzuführen ist.
Im Vergleich dazu sind die Reflexionskurven 6 und 7 aufgetragen, welche jeweils die Reflexion eines beschichteten Substrats gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigen, wobei Reflexionskurve 6 die Reflexion vor mechanischer Belastung, Reflexionskurve 7 dagegen die Reflexionskurve nach mechanischer Belastung zeigen.
Während die Reflexionskurven 4 und 6 für die beschichteten Substrate vor mechanischer Belastung im Wesentlichen gleich verlaufen und somit auch vergleichbar niedrige Reflexionswerte erhalten werden, zeigt sich, dass die Erhöhung der Reflexion nach erfolgter mechanischer Belastung für das Substrat, welches ein Anti-Reflex-Beschichtungssystem umfassend eine Hartstoffschicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst, insbesondere um Bereich höherer Wellenlängen deutlich geringer ausfällt als bei dem Anti-Reflex-Beschichtungssystem nach dem Stand der Technik.
Dies wird auch durch die lichtmikroskopischen Aufnahmen von mechanischen belasteten Substraten, welche in 7 dargestellt sind, belegt.
Die beiden oberen dargestellten Proben betreffen jeweils beschichtete Substrate umfassend Anti-Reflex-Beschichtungssysteme des Standes der Technik. Links sind die mechanisch belasteten Substrate in fünffacher Vergrößerung zu sehen, rechts in zwanzigfacher Vergrößerung. Die unterste Probe umfasst ein Anti-Reflex-Beschichtungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Es ist deutlich sichtbar, dass die Schädigungen in dem Anti-Reflex-Beschichtungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weniger Beschädigungen aufweist (im Bild links erkennbar als dunkle Flecken, im Bild rechts dagegen als helle Flecken) als die Beschichtungen des Standes der Technik (Schädigungen jeweils als helle Stellen erkennbar). Die deutlich geringere Schädigung zeigt sich makroskopisch in einer trotz mechanischer Belastung noch guten Antireflex-Wirkung.
Messtechnisch kann diese Verbesserung in der mechanischen Stabilität sowohl durch Angabe der photopischen Reflektivität (welche mit der Empfindlichkeit des menschlichen Auges beim Tagsehen bzw. photopischen Sehen gewichtet wird), mit der mittleren Reflexion im sichtbaren Spektralbereich sowie über eine Veränderung des Farborts beschrieben werden.
Die photopische Reflektivität wird beim Anti-Reflex-Beschichtungssystems umfassend eine Hartstoffschicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung nach mechanischer Belastung lediglich um 0,2% höher, im Gegensatz zu 0,5% Erhöhung gemäß dem Stand der Technik. Die mittlere Reflexion verschlechtert sich bei der hier betrachteten Ausführungsform nach mechanischer Belastung ebenfalls lediglich um 0,2%, wiederum im Gegensatz zu 0,5% für die Systeme des Standes der Technik.
Die Farbortstabilität ist bei der hier betrachteten Ausführungsform der Erfindung noch besser: Hier kommt es im x,y,CIE-Farbraum zu keiner wesentlichen Farbortänderung mehr. Im Speziellen liegt nach einer Ausführungsform der Erfindung die Farbortänderung Δxy nach einem Bayer-Test mit 8000 Abrasionszyklen mit abgenutztem, im Speziellen mit durch mindestens 16000 zuvor durchgeführten Abrasionszyklen abgerundetem Al₂O₃-Sand im Bereich von 0 bis 0,1, vorzugsweise im Bereich von 0 bis 0,07, besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 0,05. Derartige Farbortänderungen Δxy sind visuell nicht oder allenfalls kaum wahrnehmbar. Die Größe der Farbortänderung Δxy bezeichnet den Abstand des Farborts vor dem Bayer Test zum Farbort nach dem Bayer-Test in der xy-Ebene des xy-CIE-Farbraums.
Wird frischer oder nur wenig abgenutzter Sand verwendet, zeigen sich etwas höhere Farbortverschiebungen, die aber immer noch deutlich geringer sind, als bei bekannten AR-Systemen. Die obige Angabe mit abgerundetem, zuvor länger verwendetem Sand (d.h. Sand nach mindestens 16000 Zyklen) wird aber bevorzugt, da das Ergebnis hier weniger vom Zustand des Abrasivmediums abhängt und dadurch leichter vergleichbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: Anti-Reflex-Beschichtungssystem
3: Reflexionskurve des unbeschichteten Substrats
4: Reflexionskurve des unbelasteten Anti-Reflex-Beschichtungssystems des Standes der Technik
5: Reflexionskurve des mechanisch beanspruchten Anti-Reflex-Beschichtungssystems des Standes der Technik
6: Reflexionskurve des unbelasteten Anti-Reflex-Beschichtungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
7: Reflexionskurve des mechanisch beanspruchten Anti-Reflex-Beschichtungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung

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

DE 102011012160 A1 [0003, 0014]
DE 102008054139 [0004]
DE 102014104798 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 52348 [0047]
ASTM F735-11 [0047]

Claims

Anorganisches, transparentes Substrat umfassend ein Anti-Reflex-Beschichtungssystem umfassend eine Hartstoffbeschichtung, welche als eine amorphe, transparente Schicht umfassend Aluminium, Silizium, Stickstoff und Sauerstoff ausgebildet ist, wobei der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an Aluminium größer ist als der an Silizium und der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an Stickstoff größer ist als der an Sauerstoff.
Substrat nach Anspruch 1, wobei der Sauerstoffgehalt in der Hartstoffschicht mehr als 2 Mol-% beträgt.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Hartstoffschicht charakterisiert ist durch ein Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls, bei welchem das höchste Intensitätsniveau dasjenige des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AlO, ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Hartstoffschicht charakterisiert ist durch ein Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls, bei welchem das zweithöchste Intensitätsniveau dasjenige des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,092 g/mol, SiN, ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Hartstoffschicht charakterisiert ist durch ein Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls, bei welchem das dritthöchste Intensitätsniveau dasjenige des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 40,998 g/mol, AlN, ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Hartstoffbeschichtung gekennzeichnet ist durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AlO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,092 g/mol, SiN, zwischen 1,6 und 2,8, bevorzugt zwischen 1,9 und 2,4, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Hartstoffschicht gekennzeichnet ist durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AlO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 40,998 g/mol, AlN, zwischen 2 bis 4, bevorzugt zwischen 2,5 und 3,6, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Hartstoffschicht gekennzeichnet ist durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AlO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 60,083 g/mol, SiO₂, zwischen 110 bis 250, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Anti-Reflex-Beschichtungssystem als niedrigbrechendes Beschichtungsmaterial SiO₂ umfasst.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Brechungsindex der niedrigbrechenden Schicht bei einer Wellenlänge von 550 nm im Bereich von 1,3 bis 1,6, bevorzugt 1,45 bis 1,5, liegt.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Brechungsindex der Hartstoffschicht bei einer Wellenlänge von 550 nm im Bereich von 1,8 bis 2,3, bevorzugt 1,95 bis 2,1, liegt.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Substrat als Glas, beispielsweise ein Borosilikatglas, ein Aluminosilikatglas, ein Kalk-Natronglas, ein synthetisches Quarzglas, ein Lithiumaluminosilikatglas oder ein optisches Glas, oder kristallin, beispielsweise umfassend einen Ein-Kristall für optische Zwecke, oder ein Saphir oder Korund oder als sogenanntes Saphirglas oder als eine Glaskeramik ausgebildet ist.
Substrat nach Anspruch 12, wobei das Glas ein chemisch oder thermisch vorgespanntes Glas ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Substrat einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α_20-300 im Bereich von 7*10^-6 bis 10*10^-6 K^-1 aufweist.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Hartstoffschicht gekennzeichnet ist durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AlO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 26,018 g/mol, CN, zwischen 110 und 215, bevorzugt zwischen 140 und 175, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 15, aufweisend einen Reflexionsgrad von höchstens 2% im Wellenlängenbereich von 450 nm bis 650 nm.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Anti-Reflex-Beschichtungssystem vier Schichten umfasst.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Anti-Reflex-Beschichtungssystem fünf Schichten umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Hartstoffbeschichtung auf einem anorganischen, transparenten Substrat, bevorzugt als Teil eines Anti-Reflex-Beschichtungssystems, wobei die Hartstoffbeschichtung als amorphe, transparente Schicht umfassend Aluminium, Silizium, Stickstoff und Sauerstoff ausgebildet ist und wobei der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an Stickstoff größer ist als der an Silizium und der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an Stockstoff größer ist als der an Sauerstoff, umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines Targets umfassend Aluminium und Silizium, wobei der Stoffmengenanteil von Aluminium im Target größer ist als der Stoffmengenanteil von Silizium im Target, - Einschleusen eines Substrats in einen Reaktor, - Evakuieren des Reaktors auf einen Enddruck von weniger als 5*10^-6 mbar, - Bereitstellen eines Reaktivgases umfassend Stickstoff und Sauerstoff, wobei der molare Gehalt des Reaktivgases an Stickstoff größer ist als der molare Gehalt an Sauerstoff, - Abscheiden einer Hartstoffschicht durch reaktives Sputtern auf mindestens einer Oberfläche des Substrats.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Reaktivgas als weitere Komponente Argon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei der molare Gehalt des Reaktivgases an Stickstoff größer ist als das Doppelte des molaren Gehalts an Sauerstoff, bevorzugt größer als das Vierfache des molaren Gehalts an Sauerstoff.