DE102020132708A1

DE102020132708A1 - Verbundwerkstück sowie Herstellungsverfahren, Vorrichtung und Verwendung betreffend ein solches Verbundwerkstück

Info

Publication number: DE102020132708A1
Application number: DE102020132708.0A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Damm; Clemens Ottermann; Jens Herrmann
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2022-06-09
Also published as: US20220177362A1; CN114609701A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundwerkstück, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbundwerkstücks, eine Augmented-Reality-Brille, die ein solches Verbundwerkstück aufweist, sowie eine Verwendung eines solchen Verbundwerkstücks.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundwerkstück, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbundwerkstücks, eine Augmented-Reality-Brille, die ein solches Verbundwerkstück aufweist, sowie eine Verwendung eines solchen Verbundwerkstücks.
Stand der Technik
Augmented Reality ist ein technologischer Bereich mit intensiver Aktivität, der eine Reihe von Nutzungsbereichen, wie Unterhaltung, Medizin, Unterricht, Bauwesen und Transport, um nur einige wenige Beispiele zu nennen, bedient. Im Gegensatz zu dem verwandten Bereich der virtuellen Realität, konzentriert sich Augmented Reality auf eine enge Integration von Multimediainformationen mit sensorischem Input der realen Welt, typischerweise durch selektives Überlagern eines digitalen Bilds auf ein Brillenfenster.
Die Brillenfenster werden dabei regelmäßig aus Wafern hergestellt, die spezielle Strukturen zur Licht- bzw. Bildleitung aufweisen. Diese Strukturen werden ihrerseits durch die Anwendung eines Prägestempels auf den insoweit unbehandelten Wafer erzeugt. Während dem Prägevorgang können jedoch aufgrund der hohen, auf den Wafer einwirkenden Kräfte einzelne Wafer zerbrechen. Dies führt zu höheren Produktionskosten.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit denen die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden können, und mit denen insbesondere der Prägevorgang von Wafern sicherer, zuverlässiger und effizienter gestaltet werden kann.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt dadurch gelöst, dass ein Verbundwerkstück umfassend einen Substratkörper, wie insbesondere einen Wafer, und zumindest eine erste Beschichtung,
wobei der Substratkörper zumindest eine erste Oberfläche und zumindest eine zweite Oberfläche aufweist,
wobei die erste Oberfläche des Substratkörpers zumindest bereichsweise konvex geformt ist und die zweite Oberfläche des Substratkörpers zumindest bereichsweise konkav geformt ist, und das Verbundwerkstück, insbesondere der Substratkörper, aufgrund der gekrümmten Form
der ersten und zweiten Oberflächen einen betragsmäßigen Bow von zwischen 0,1 µm und 50 µm aufweist,
wobei wenigstens die erste Oberfläche des Substratkörpers zumindest bereichsweise mit der ersten Beschichtung beschichtet ist vorgeschlagen wird.
Der Erfindung liegt damit die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch das Vorsehen der ersten Beschichtung auf der infolge des Bows konvexen Seite des Substratkörpers, wie ein Wafer, mit der ersten Beschichtung die Festigkeit des Substratkörpers für Kräfte, die auf dessen konkave Seite einwirken, signifikant erhöht werden kann.
Damit wiederum wird das Verbundwerkstück deutlich widerstandsfähiger und hält der Einwirkung des Prägestempels während des Prägevorgangs deutlich besser stand. Somit wird die Gefahr des Zerbrechens des Substratkörpers während des Prägevorgangs drastisch reduziert. Dies geht einher mit geringerem Ausschuss, einem effizienteren Fertigungsprozess und führt somit zu insgesamt geringeren Produktionskosten. Es können sogar höhere Kräfte eingesetzt werden, ohne dass die Beschädigung oder gar Zerstörung des Substratkörpers besorgt werden muss. Dadurch können außerdem die Strukturen mit größeren Kräften auf dem Substratkörper erzeugt werden, was zu einer zuverlässigeren Ausbildung ebendieser Strukturen und damit zu einem qualitativ hochwertigeren Produkt führt.
Beispielsweise können die Strukturen mittels der Nano-Imprint-Lithographie (NIL) erzeugt werden. Dazu wird beispielsweise ein Polymer oder ein anderer Kunststoff über Spincoating auf die zweite Oberfläche, vorzugsweise vollflächig, aufgebracht. Anschließend wird ein Stempel in dieses Polymer eingedrückt, wodurch eine Gitterstruktur aufgeprägt wird. Mittels eines UV-Verfahrens wird die Struktur ausgehärtet.
Darüber hinaus wird maßgeblich auch die Sicherheit erhöht. Denn das Verbundwerkstück ist während des Prägevorgangs gleichzeitig ebenfalls weniger anfällig für das Entstehen unbemerkter Vorschädigungen, die Ausgangspunkt eines Zerbrechens des Substratkörpers beim Einwirken von selbst vergleichsweise nur geringen Kräften auf das Substratmaterial im weiteren Verlauf sein können.
Damit kann die Produktion von Wafern, aus denen Brillenfenster für Augmented-Reality-Brillen zugeschnitten werden, erheblich effizienter, zuverlässiger und mit qualitativ besserem Ergebnis durchgeführt werden.
Diese Erkenntnis ist vor allem deshalb so überraschend, da selbst bei ersten Beschichtungen, die eine Druckspannung aufweisen, die vorteilhaften Auswirkungen auf die Widerstandsfähigkeit des beschichteten Substratkörpers für auf die zweite Oberfläche einwirkende Kräfte beobachtet werden. Eine Druckspannung führt wiederum - insbesondere im Fall von Glas als Substratkörper - zu einer Zugspannung an der Grenzfläche des Substratkörpers. Eine Zugspannung setzt jedoch nach herkömmlichem Verständnis die Oberflächenfestigkeit des Substratkörpers herab. Indem aber die erste Beschichtung auf der konvexen Seite des Substrats bzw. Wafers aufgebracht ist, erhöht sich jedoch die Festigkeit für auf die konkave Seite einwirkende Kräfte - entgegen dem bisherigen Verständnis und bisheriger Gewohnheiten, solange sich der Bow innerhalb der beschriebenen Grenzen bewegt.
Offensichtlich führt also die Kombination von an sich - nach herkömmlicher Betrachtungsweise - nachteiligen Druck- und Zugspannungen in der ersten Beschichtung und dem Substratkörper einerseits und Bow andererseits zu einem Verbundwerkstück mit für die Herstellung von Gläsern für Augmented-Reality-Brillen insgesamt vorteilhaften Festigkeitseigenschaften.
Das heißt, die Festigkeit des gesamten Verbundwerkstücks für auf die zweite Oberfläche einwirkende Kräfte wird bei dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstück erhöht. Das heißt, die Festigkeit des Verbundwerkstücks gegen ein Zerbrechen bei entsprechender äußerer Krafteinwirkung wird erhöht. Dafür wiederum kann nach Ansicht der Erfinder als Ursache die veränderten Festigkeitseigenschaften der ersten Oberfläche infolge der Wechselwirkung zwischen erster Beschichtung und Substratkörper im Zusammenspiel mit dem Bow angeführt werden. Vor allem kann hier an die Oberflächenfestigkeit des Substratkörpers gedacht werden.
Bei der Durchführung einer Flächenfestigkeitsmessung (zum Beispiel mittels des „Ring-auf-Ring“-Tests) hat sich herausgestellt, dass die beschichtete erste Oberfläche des Substratkörpers zu einem Verbundwerkstück führt, das auf der beschichteten Seite einen höheren Festigkeitswert im Sinne einer Oberflächenfestigkeit aufweist, als ein unbeschichteter Substratkörper oder als die insoweit unbeschichtete zweite Oberfläche des Substratkörpers.
Das „Ring-auf-Ring“-Verfahren wird im Rahmen dieser Anmeldung vorzugsweise gemäß der Europäischen Norm EN 1288-5:2000 durchgeführt, insbesondere nach deren Teil 5. Vorzugsweise wird dabei ein Lastring mit einem Radius von 6 mm und ein Stützring mit einem Radius von 30 mm eingesetzt.
Vorzugsweise wird bei dem „Ring-auf-Ring“-Verfahren die quasi statische Kraft kontinuierlich langsam erhöht, insbesondere mit einer Rate von 1 Newton pro Sekunde.
Das „Ring-auf-Ring“-Testverfahren ermöglicht folglich eine Festigkeitsmessung nämlich die Oberflächenfestigkeit etwa der ersten und/oder zweiten Oberfläche des Substratkörpers.
Eine in der ersten Beschichtung bestehende Druckspannung scheint demnach unschädlich zu sein und im Gegenteil gemäß den Versuchen der Erfinder sogar insgesamt zu vorteilhafteren Festigkeitswerten zu führen, sofern die Beschichtung auf der konvex geformten Oberfläche angeordnet ist. Es ist also das Gefüge der miteinander in Beziehung stehenden Größen Druckspannung (in der ersten Beschichtung, wobei vorzugsweise die Druckspannung in der gesamten ersten Beschichtung als homogen angenommen wird), Zugspannung (im Substratkörper, insbesondere in dessen erster Oberfläche) und Bow, die sich in überraschender Weise äußerst positiv auf die Festigkeit des Verbundwerkstücks auswirken.
Damit eigenen sich das erfindungsgemäße Verbundwerkstück gerade für die Herstellung von Brillengläsern, die in Augmented-Reality-Brillen zum Einsatz kommen. Denn der Substratkörper ist widerstandsfähiger gegen die auf eine (nämlich die zweite) Oberfläche des Substratkörpers einwirkende Kraft des Prägestempels, wenn die vorzugsweise gegenüberliegende (nämlich die erste) Oberfläche entsprechend beschichtet ist und das Verbundwerkstück einen Bow innerhalb bestimmter Grenzen aufweist.
Auch können somit recht dünne Substratkörper für Augmented-Reality-Brillen eingesetzt werden, da ihre Festigkeit ausreichend erhöht werden kann.
Der Bow wird vorzugsweise gemäß SEMI 3D12-0315 2015 gemessen.
In einer Ausführungsform ist die erste Beschichtung zumindest bereichsweise direkt oder indirekt auf die erste Oberfläche aufgebracht. Wenn sie direkt aufgebracht ist, hat die erste Beschichtung direkten Kontakt mit der ersten Oberfläche. Wenn sie indirekt aufgebracht ist, hat die erste Beschichtung keinen direkten Kontakt mit der ersten Oberfläche. Im letzteren Fall können beispielsweise eine oder mehrere Zwischenschichten, insbesondere ganz oder teilweise sandwichartig, zwischen der ersten Oberfläche und der ersten Beschichtung zumindest bereichsweise angeordnet sein. Optional ist die erste Beschichtung bereichsweise direkt und bereichsweise indirekt auf der ersten Oberfläche aufgebracht.
In einer Ausführungsform weist der Substratkörper wenigstens eine erste Hauptseite auf und die erste Hauptseite weist die erste Oberfläche als Oberfläche auf. In einer Ausführungsform weist der Substratkörper alternativ oder ergänzend wenigstens eine, vorzugsweise der ersten Hauptseite gegenüberliegende, zweite Hauptseite auf und die zweite Hauptseite weist die zweite Oberfläche als Oberfläche auf. In noch einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform weist der Substratkörper wenigstens eine, vorzugsweise die erste und zweite Hauptseite miteinander verbindende und/oder äußerlich umlaufende, Seitenfläche auf und die Seitenfläche weist wenigstens eine dritte Oberfläche als Oberfläche auf, wobei insbesondere die Seitenfläche des Substratkörpers, bevorzugt beidseitig, angefast ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform weist das Verbundwerkstück, insbesondere der Substratkörper, eine waferförmige Gestalt auf oder ist in Form eines Wafers ausgebildet. Vorzugsweise folgt die erste Beschichtung entlang der Dickenrichtung des Wafers auf dem Substratkörper. Optional weist jede Schicht weitere Teilschichten auf.
In einer Ausführungsform ist das Verbundwerkstück ein optisches Verbundwerkstück, insbesondere ein optisches, geschichtetes Verbundwerkstück.
Damit eignet sich das erfindungsgemäße Verbundwerkstück mitunter besonders gut als Ausgangsmaterial für Gläser für diffraktive Brillentechnologien, insbesondere Augmented-Reality-Brillen.
Die Erfindung ist gerade immer dann besonders bevorzugt, wenn eine PVD-Beschichtung als erste Beschichtung auf dem Substratkörper vorgesehen sein soll, wenn der Substratkörper dünn ist, insbesondere dünner als 1,5 mm und/oder dicker als 0,1 µm, und/oder wenn die Festigkeit des Substratkörpers, wie insbesondere eines Substratkörpers aus Glas, trotz Beschichtung nicht negativ beeinflusst, insbesondere nicht reduziert werden soll. Vorzugsweise wird die Festigkeit dadurch wenigstens konstant gehalten oder bevorzugt erhöht.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass die erste Beschichtung
eine Antireflex-Beschichtung umfasst, insbesondere die Antireflex-Beschichtung Titan aufweist,

(a) Si₃N₄, ZrO₂, Ta₂O₅, HfO₂, Nb₂O₅, TiO₂, SnO₂, Indiumzinnoxid, ZnO₂, AIN, ein Mischoxid, das mindestens eines davon umfasst, ein Mischnitrid, das mindestens eines davon umfasst, oder ein Mischoxidnitrid das mindestens eines davon umfasst, (b) ZrO₂, Ta₂O₅, HfO₂, Nb₂O₅, TiO₂, oder ein Mischoxid, das mindestens eines davon umfasst, und/oder (c) SiO₂, MgF₂ und ein Mischoxid, das SiO₂ umfasst, und ein weiteres Oxid, bevorzugt SiO₂ aufweist, mittels eines Aufdampf- und/oder Sputter-Verfahrens auf den Substratkörper aufbringbar oder aufgebracht ist, amorph ist, und/oder eine Dicke aufweist von kleiner oder gleich 400 nm, kleiner oder gleich 350 nm, kleiner oder gleich 300 nm, kleiner oder gleich 250 nm, kleiner oder gleich 200 nm, kleiner oder gleich 150 nm, kleiner oder gleich 100 nm oder kleiner oder gleich 50 nm und/oder von größer oder gleich 50 nm, größer oder gleich 100 nm, größer oder gleich 150 nm, größer oder gleich 200 nm, größer oder gleich 250 nm oder größer oder gleich 300 nm; dass nur die erste Oberfläche des Substratkörpers mit der ersten Beschichtung beschichtet ist; und/oder dass die zweite Oberfläche des Substratkörpers nicht mit der ersten Beschichtung beschichtet ist.

Indem die erste Beschichtung als Antireflex (AR)-Beschichtung vorgesehen wird, kann nicht nur die Festigkeit des Verbundwerkstücks verbessert werden, sondern auch seine Eignung als Ausgangsmaterial für Brillengläser für Augmented-Reality-Brillen gesteigert werden. Denn für Anwendungen in diesem Bereich sind typischerweise einseitig entspiegelte Gläser notwendig, um eine verbesserte, insbesondere reflexfreie, Überlagerung der eingeblendeten Daten mit dem externen Bild zu erreichen.
Vorzugsweise kann die erste Beschichtung mittels eines PVD-Verfahrens auf die erste Oberfläche aufgebracht oder aufbringbar sein.
Überraschenderweise wurde erkannt, dass gerade PVD-basierte Beschichtungen (zum Beispiel Verdampfen, ionenunterstütztes Verdampfen und Sputtern), bei geeigneter Prozessführung eine geringe Druckspannung aufweisen (und damit wenig Zugspannung in dem Substratmaterial erzeugen) und die Oberflächenfestigkeit des Substratmaterials, insbesondere der ersten und/oder zweiten Oberfläche, erhöhen. Damit sind solche Beschichtungen bevorzugt für die erste Beschichtung.
Bei einer beispielhaften ersten Beschichtung kann die Festigkeit, also insbesondere die Oberflächenfestigkeit, der beschichteten ersten Oberfläche des Substratkörpers damit um den Faktor von wenigstens 1,1, insbesondere wenigstens 1,5, vorzugsweise wenigstens 2, vorzugsweise wenigstens 4, erhöht werden. Alternativ oder ergänzend kann die Festigkeit damit um den Faktor von maximal 5, vorzugsweise maximal 4, vorzugsweise maximal 3 erhöht werden. Alternativ oder ergänzend kann die Festigkeit damit um einen Faktor von zwischen 1,1 und 5, insbesondere zwischen 1,1 und 4, vorzugsweise zwischen 1,2 und 3 oder zwischen 1,2 und 2, erhöht werden.
Vorzugsweise werden dabei die Faktoren betrachtet im Vergleich zu einem unbeschichteten Substratkörper oder auch der unbeschichteten zweiten Oberfläche des Substratkörpers.
Damit kann eine Erhöhung der Festigkeit des Substratkörpers gegen auf die zweite Oberfläche einwirkende Kräfte um einen gleichen Faktor erreicht werden.
„PVD“ bedeutet dabei physical vapor deposition, also physikalische Gasphasenabscheidung. Sie ist in der Beschichtung von optischen Systemen Stand der Technik und muss daher hier nicht weiter im Detail erläutert werden.
Indem die erste Beschichtung mit PVD-Prozessen unter vorzugsweiser Berücksichtigung der hierin beschriebenen Verfahrensführung hergestellt wird, kann vorteilhaft eine Beschichtung mit geringer Druckspannung erhalten werden. Denn diese Beschichtungen können eine Druckspannung aufweisen. Diese Druckspannung führt dann wiederum zu einer Zugspannung am Substratkörper an der Grenzfläche. Indem ein entsprechender niedriger Bow ausgebildet wird, kann so ein erfindungsgemäßes Verbundwerkstück auf diese Weise leicht erhalten werden.
Zudem sind PVD-Technologien gut dafür geeignet, Ein- und Mehrlagenschichten mit präzisen Schichtdicken zu realisieren. Diese Eigenschaft führt gerade bei einer Antireflexbeschichtung zu besonders guten Ergebnissen.
Es wurde überraschend erkannt, dass ein Argongehalt des primär abgeschiedenen Materials der ersten Beschichtung neben einer relativ geringen Druckspannung zu einer zusätzlichen Erhöhung der Oberflächenfestigkeit der zweiten Oberfläche führt. Damit kann durch Kontrollieren des Argongehalts vorteilhaft auch eine Feineinstellung der Druckspannung in der ersten Beschichtung erreicht werden. Dabei hat sich ein Argongehalt bis zu 10 Gew.-%, bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt weniger als 2 Gew.-%, als besonders bevorzugt herausgestellt.
Die erste Beschichtung nur auf der ersten Oberfläche bzw. nicht auf der zweiten Oberfläche führt zu sehr guten Ergebnissen bei der Erhöhung der Festigkeit in Bezug auf auf die zweite Oberfläche einwirkende Kräfte.
Dabei weist die erste Beschichtung bevorzugt eine derart kleine Druckspannung auf, dass keine oder nur eine geringe (weitere) Verformung des Substratkörpers durch die erste Beschichtung auftritt. Überraschenderweise zeigt sich, dass die Schicht, wenn sie eine Druckspannung aufweist, die zu einer (weiteren) Verformung des Substratkörpers führt, und wenn die erste Beschichtung immer noch auf der konvex gekrümmten Oberfläche ist, der Substratkörper Krafteinwirkungen auf die zweite Oberfläche besser standhält, sofern der Bow entsprechend ist.
Vorzugsweise wird durch die erste Beschichtung kein oder nur ein geringer zusätzlicher Bow in dem Verbundwerkstück, insbesondere dem Substratkörper, erzeugt, d.h. der Bow des beschichteten Substratkörpers erhöht sich allenfalls nur gering gegenüber dem unbeschichteten Substratkörper.
Eine bevorzugte erste Beschichtung ist für das Reduzieren von Reflexion von Licht, das auf die beschichtete erste Oberfläche einfällt, geeignet.
Eine bevorzugte erste Beschichtung hat keine Beeinträchtigung der Lichtpropagation in dem Substratkörper zur Folge.
Die erste Beschichtung beschichtet bevorzugt mindestens 80 % der ersten Oberfläche flächenmäßig, bevorzugt mindestens 90 %, bevorzugter mindestens 95 %, bevorzugter mindestens 99 %, am besten die gesamte erste Oberfläche.
Eine bevorzugte erste Beschichtung umfasst eine oder mehrere Beschichtungsschichten. Die erste Beschichtung wird bevorzugt als ein Stapel von Beschichtungsschichten, die bevorzugt als ein Stapel koplanarer Beschichtungen angeordnet sind, hergestellt.
Die Dicke der ersten Beschichtung wird bevorzugt senkrecht zu der ersten Oberfläche bestimmt.
Eine bevorzugte erste Beschichtung erzeugt einen Bereich mit niedriger Reflexion.
Ein bevorzugter Bereich mit niedriger Reflexion reicht über den Bereich von 450 bis 650 nm. Die maximale Reflexion in dem Bereich von 450 bis 650 nm beträgt bevorzugt nicht mehr als 50 % der maximalen Reflexion in dem Bereich von 450 bis 650 nm für den, insbesondere hinsichtlich der ersten Beschichtung, unbeschichteten Substratkörper, bevorzugt nicht mehr als 40 %, bevorzugter nicht mehr als 30 %.
Die maximale Reflexion in dem Bereich von 450 bis 650 nm beträgt bevorzugt weniger als 5 %, bevorzugt weniger als 4 %, bevorzugter weniger als 3 %, bevorzugter weniger als 2 %, bevorzugter weniger als 1,5%, bevorzugter weniger als 1,1 %.
Ein bevorzugter Bereich mit niedriger Reflexion deckt einen weiten Wellenlängenbereich ab. Bevorzugt gibt es einen Bereich mit einer Breite von mindestens 175 nm, bevorzugter mindestens 200 nm, bevorzugter mindestens 225 nm, bevorzugter mindestens 250 nm, in dem die maximale Reflexion abzüglich der minimalen Reflexion kleiner ist als 1 %.
Ein bevorzugter Bereich mit niedriger Reflexion ist flach. Die maximale Reflexion in dem Bereich von 450 bis 650 nm abzüglich der minimalen Reflexion in dem Bereich von 450 bis 650 nm beträgt bevorzugt weniger als 1,5 %, bevorzugter weniger als 1,0 %, am besten weniger als 0,8 %.
Bevorzugte erste Beschichtungen sind amorph. Bevorzugte erste Beschichtungen bestehen aus amorphen Materialien. Bevorzugte erste Beschichtungen sind nicht kristallin. Bevorzugte erste Beschichtungen liegen nicht in der Fernbereichsordnung. Bevorzugte erste Beschichtungen legen kein säulenförmiges Wachstum dar. Bevorzugte erste Beschichtungen legen kein poröses Wachstum dar. Bevorzugte erste Beschichtungen legen kein texturiertes Wachstum dar. Eine bevorzugte erste Beschichtung weist nicht mehr als 25 Vol.-%, bevorzugt nicht mehr als 10 Vol.-%, bevorzugter nicht mehr als 5 Vol.-% an kristallinem Gehalt auf. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform enthält die erste Beschichtung kein kristallines Material. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform enthält die erste Beschichtung kein säulenförmiges Wachstum. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform enthält die erste Beschichtung kein poröses Wachstum. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform enthält die erste Beschichtung kein texturiertes Wachstum. Die Gegenwart säulenförmigen Wachstums und die Gegenwart von texturiertem Wachstum werden jeweils bevorzugt durch Inspektion einer Querschnitt-Schnittfläche, unter Verwenden eines Rasterelektronenmikroskops bestimmt. Die Gegenwart von kristallinem Material wird bevorzugt durch Raman-Spektroskopie bestimmt.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass der Substratkörper Glas aufweist;
und/oder
dass der Substratkörper eine Dicke aufweist von
kleiner oder gleich 2 mm, kleiner oder gleich 1,5 mm, kleiner oder gleich 1 mm oder kleiner oder gleich 0,5 mm,
größer oder gleich 0,05 mm, größer oder gleich 0,07 mm, größer oder gleich 0,1 mm, größer oder gleich 0,3 mm, größer oder gleich 0,5 mm oder größer oder gleich 1 mm,
und/oder
zwischen 0,05 mm und 2 mm, zwischen 0,07 mm und 2 mm, zwischen 0,1 mm und 2 mm, zwischen 0,3 mm und 2 mm, zwischen 0,3 mm und 1,5 mm, zwischen 0,3 mm und 1,5 mm oder zwischen 0,3 mm und 1 mm.
Im Anwendungsbereich der Augmented-Reality-Brillen sind die genannten Dicken des Substratkörpers besonders bevorzugt, um eine hohe Festigkeit zu erreichen.
Der Substratkörper kann vorzugsweise aus Glas bestehen oder Glas aufweisen. Bei einer Ausführungsform ist ein bevorzugtes Glas für den Substratkörper Niobiumphosphatglas. Bei einer Ausführungsform ist ein bevorzugtes Glas für den Substratkörper Lanthanboratglas. Bei einer Ausführungsform ist ein bevorzugtes Glas für den Substratkörper Bismuthoxidglas. Bei einer Ausführungsform ist ein bevorzugtes Glas für den Substratkörper ein auf Silikat basierendes Glas.
Eine bevorzugte Glasgruppe umfasst eine oder mehrere, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus: Niobiumphosphatglassorten, Lanthanboratglassorten, Bismutoxidglassorten, Silikatglassorten, während Silikatglassorten bevorzugt ein oder mehrere der folgenden enthalten TiO₂, La₂O₃, Bi₂O₃, Gd₂O₃, Nb₂O₅, Y₂O₃, Yb₂O₃, Ta₂O₅, WO₃, GeO₂, Ga₂O₃, ZrO₂, BaO, SrO, ZnO, Cs₂O und PbO.
Ein bevorzugtes auf Silikat basierendes Glas umfasst mindestens 30 Gew.-% % SiO₂, bevorzugt mindestens 40 Gew.-% SiO₂, bevorzugter mindestens 50 Gew.-% SiO₂. Ein bevorzugtes Silikatglas umfasst mindestens 80 Gew.-% SiO₂, bevorzugter mindestens 70 Gew.-%, bevorzugter mindestens 60 Gew.-%. Ein bevorzugtes Silikatglas umfasst SiO₂ in einen Bereich von 30 bis 80 Gew.-%, bevorzugter in einem Bereich von 40 bis 70 Gew.-%, bevorzugter in einem Bereich von 50 bis 60 Gew.-%. Ein bevorzugtes auf Silikat basierendes Glas umfasst ein oder mehrere der folgenden, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus TiO₂, La₂O₃, Bi₂O₃, Gd₂O₃, Nb₂O₅, Y₂O₃, Yb₂O₃, Ta₂O₅, WO₃, GeO₂, Ga₂O₃, ZrO₂, BaO, SrO, ZnO, Cs₂O und PbO, bevorzugt in einer Gesamtmenge von mindestens 20 Gew.-%, bevorzugter mindestens 30 Gew.-%, bevorzugter mindestens 40 Gew.-%, bevorzugter mindestens 50 Gew.-%. Ein bevorzugtes auf Silikat basierendes Glas umfasst ein oder mehrere der folgenden, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus: TiO₂, La₂O₃, Bi₂O₃, Gd₂O₃, Nb₂O₅, Y₂O₃, Yb₂O₃, Ta₂O₅, WO₃, GeO₂, Ga₂O₃, ZrO₂, BaO, SrO, ZnO, Cs₂O und PbO in einer Gesamtmenge von bis zu 70 Gew.-%.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass die Festigkeit, insbesondere die Oberflächenfestigkeit, der ersten beschichteten Oberfläche des Substratkörpers größer oder gleich ist als die Festigkeit der unbeschichteten zweiten Oberfläche des Substratkörpers,
dass die zweite Oberfläche einer größeren Krafteinwirkung standhält als die erste Oberfläche;
und/oder
dass die Festigkeit der ersten und/oder zweiten Oberfläche des Substratkörpers größer als oder gleich 100 MPa, 150 MPa, 200 MPa oder 250 MPa ist und/oder kleiner oder gleich 1000 MPa, 500 MPa, 400 MPa, 300 MPa oder 200 MPa ist.
Die Festigkeit des Substratkörpers und insbesondere die der zweiten Oberfläche sowie die der beschichteten ersten Oberfläche lässt sich beispielsweise mit dem oben beschriebenen „Ringauf-Ring“-Testverfahren bestimmen.
Flächenfestigkeiten der ersten Oberfläche von größer oder gleich 100 MPa, insbesondere von größer oder gleich 200 MPa, 300 MPa oder 400 MPa, sind gerade im Anwendungsbereich der Augmented-Reality-Brillen besonders bevorzugt, um mit dem Prägestempel mit genügend Kraft auf die zweite Oberfläche einwirken zu können, um die Strukturen auf der zweiten Oberfläche zu erzeugen.
Denn eine Kraft, wie die eines Prägestempels, wirkt zwar auf die zweite Oberfläche ein, wird jedoch letztlich (auch) durch die erste Oberfläche aufgenommen. Daher stellt die Festigkeit der ersten Oberfläche (daher Oberflächenfestigkeit) ein wichtiges Kriterium dar. Und diese Festigkeit wird im Zusammenspiel der ersten Beschichtung, dem gekrümmten Substratkörper und dem Bow durch die Erfindung vorteilhaft ausgestaltet.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass in der ersten Beschichtung zumindest bereichsweise eine Druckspannung besteht, wobei vorzugsweise die Druckspannung
kleiner oder gleich 100 MPa, kleiner oder gleich 70 MPa, kleiner oder gleich 50 MPa, kleiner oder gleich 30 MPa, kleiner oder gleich 20 MPa, oder kleiner oder gleich 10 MPa beträgt,
größer oder gleich 1 MPa, größer oder gleich 10 MPa, größer oder gleich 20 MPa, größer oder gleich 30 MPa, größer oder gleich 50 MPa, größer oder gleich 70 MPa oder größer oder gleich 100 MPa beträgt,
und/oder
zwischen 10 MPa und 50 MPa, insbesondere zwischen 15 MPa und 40 MPa, vorzugsweise zwischen 15 MPa und 30 MPa, noch bevorzugter zwischen 15 MPa und 25 MPa oder zwischen 20 MPa und 30 MPa, beträgt.
Im Anwendungsbereich der Augmented-Reality-Brillen sind die genannten Druckspannungen in der ersten Beschichtung besonders bevorzugt, um besonders bevorzugte Festigkeitswerte für das Verbundwerkstück und insbesondere die zweite Oberfläche zu erreichen.
Beispielsweise kann die in der ersten Beschichtung bestehende Druckspannung durch Messung der Verformung des Substratkörpers vor und nach der Beschichtung mit der ersten Beschichtung, z.B. mit interferometrischen Mitteln, bewertet und/oder bestimmt werden. Beispielsweise kann die „Stoney“-Gleichung dazu verwendet werden.
Ein geeignetes Maß ist aber freilich auch der Bow des Verbundwerkstücks bzw. des Substratkörpers, der negativ oder positiv sein kann. Der zusätzliche Bow nach Beschichtung im Vergleich zum Bow des unbeschichteten Substratkörpers ist ein Maß für die Druck- oder Zugspannung in der ersten Beschichtung qualitativ und/oder quantitativ. Dabei kann vorzugsweise und zum Zwecke der Erfindung die Spannung jeweils mit der „Stoney“-Gleichung ermittelt werden. Die Beschichtung ist am besten, wenn die Wölbung nach der Beschichtung mit der Wölbung des unbeschichteten Substrats vergleichbar ist. Denn normalerweise wird erwartet, dass die beschichtete Oberfläche, gerade wenn die Beschichtung optional eine Druckspannung aufweist nicht fester wird. Stattdessen weist nach herkömmlichen Erwartungen die mit einer eine Druckspannung aufweisende Beschichtung beschichtete Glasoberfläche eine geringere Festigkeit auf.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass der Bow
größer oder gleich 0,3 µm, größer oder gleich 0,5 µm, größer oder gleich 1 µm, größer oder gleich 5 µm, größer oder gleich 15 µm, größer oder gleich 20 µm, größer oder gleich 25 µm, größer oder gleich 30 µm, größer oder gleich 35 µm, größer oder gleich 40 µm oder größer oder gleich 45 µm,
kleiner oder gleich 50 µm, kleiner oder gleich 45 µm, kleiner oder gleich 40 µm, kleiner oder gleich 35 µm, kleiner oder gleich 30 µm, kleiner oder gleich 25 µm, kleiner oder gleich 20 µm, kleiner oder gleich 15 µm, kleiner oder gleich 10 µm, kleiner oder gleich 5 µm beträgt, kleiner oder gleich 3 µm beträgt, kleiner oder gleich 2 µm beträgt, kleiner oder gleich 1 µm beträgt, kleiner oder gleich 0,7 µm beträgt oder kleiner oder gleich 0,3 µm,
und/oder
zwischen 0,1 µm und 40 µm, zwischen 0,1 µm und 30 µm, zwischen 0,1 µm und 20 µm, zwischen 0,1 µm und 10 µm, zwischen 0,3 µm und 7 µm, zwischen 0,3 µm und 7 µm, zwischen 0,3 µm und 6 µm, zwischen 0,3 µm und 5 µm oder zwischen 0,3 µm und 4 µm
beträgt.
Im Anwendungsbereich der Augmented-Reality-Brillen sind die genannten Werte des Bows besonders bevorzugt, um eine hohe Festigkeit zu erreichen.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass für das E-Modul des Materials des Substratkörpers E, die Poissonzahl des Materials des Substratkörpers v, den Krümmungsradius des Verbundwerkstücks, insbesondere des Substratkörpers, R, die Dicke des Substratkörpers D, die Dicke der ersten Beschichtung d und für die Druckspannung in der ersten Beschichtung S der Zusammenhang $S = \frac{E}{1 - v} \frac{D^{2}}{6 R d}$
besteht, wobei vorzugsweise das E-Modul einen Wert von zwischen 40 GPa und 160 GPa, vorzugsweise von zwischen 85 GPa und 130 GPa, aufweist und/oder die Poissonzahl einen Wert von zwischen 0,15 und 0,35, vorzugsweise von zwischen 0,2 und 0,3, aufweist.
Wenn die Größen des Verbundwerkstoffs und seinen Bestandteilen den genannten Zusammenhang erfüllen, sind für den Anwendungsbereich der Augmented-Reality-Brillen die verbesserten Festigkeitseigenschaften des Substratkörpers gegen Krafteinwirkungen auf die zweite Oberfläche erreichbar. Damit können die Größen entsprechend dieser Vorschrift passend gewählt werden, um besonders vorteilhafte Produkte zu erhalten.
In bevorzugten Ausführungsformen können für eine oder mehrere der Größen aus der Gruppe bestehend aus E-Modul des Materials des Substratkörpers E, Poissonzahl des Materials des Substratkörpers v, Krümmungsradius des Verbundwerkstücks, insbesondere des Substratkörpers, R, Dicke des Substratkörpers D, Dicke der ersten Beschichtung d und Spannung, wie insbesondere Druckspannung, in der ersten Beschichtung S die in der Beschreibung an den entsprechenden Stellen jeweils genannten Wertebereiche dieser Größen verwendet werden.
Wenn beispielsweise etwa statt TiO₂ HfO₂ bei geeigneten Prozessparametern verwendet wird, ist vorzugsweise in der ersten Beschichtung auch eine Zugspannung vorhanden und/oder einstellbar. Nach bisher geltendem Verständnis ist eine Zugspannung in der ersten Beschichtung mit einer Druckspannung im Substratkörper verknüpft, die sich wiederum positiv auf die Flächenfestigkeit des Substratkörpers, wie insbesondere ein Glas, auswirkt.
Damit ermöglicht es die genannte Beziehung besonders einfach, geeignete Gläser für den Substratkörper zu ermitteln. Wenn also ein bestimmtes Glas als Substratkörper eingesetzt werden soll, kann mittels der Beziehung sehr einfach geprüft werden, ob bei vorgegebenen übrigen Größen das Glas eingesetzt werden kann und/oder wie Größen angepasst werden müssen, um ein bevorzugtes Glas als Substratkörper verwenden zu können.
Vorzugsweise wird dabei der Krümmungsradius des Verbundwerkstücks, insbesondere des Substratkörpers, R in Bezug auf die zweite Oberfläche des Verbundwerkstücks angegeben.
Alternativ oder ergänzend kann der Krümmungsradius R auch aus dem Bow ermittelt werden, indem folgende Beziehung verwendet wird: $R = \frac{0,25 * X^{2} + b o w^{2}}{2 * b o w}$
Damit kann also mit anderen Worten der in der „Stoney“-Formel verwendete Krümmungsradius „R“ aus dem „Bow“ unter Kenntnis des Substratdurchmessers „X“ und vorzugsweise der Annahme eines Kreisbogens berechnet werden.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass die zweite Oberfläche poliert ist;
Dass die erste Oberfläche poliert ist;
Dass die erste Oberfläche des Substratkörpers zumindest im Bereich der ersten Beschichtung konvex geformt ist;
und/oder
dass die zweite Oberfläche des Substratkörpers zumindest im Bereich der ersten Beschichtung konkav geformt ist.
Wenn die zweite Oberfläche poliert ist, lassen sich die Strukturen besonders zuverlässig auf das Substrat aufbringen.
Es zeigt sich als besonders vorteilhaft, wenn die erste Beschichtung konkret auf konvexen Bereichen der ersten Oberfläche angeordnet ist, um so eine besonders gute Festigkeit gegen die Einwirkung von Kräften auf die zweite Oberfläche zu erreichen. So kann beispielsweise die erste Beschichtung auch nur auf konvexen Bereichen der ersten Oberfläche angeordnet sein. Vorzugsweise ist dann die erste Oberfläche überall konvex ausgestaltet und die gesamte erste Oberfläche ist mit der ersten Beschichtung beschichtet.
Die Bereiche der zweiten Oberfläche sind vorzugsweise konkav geformt, wo gegenüberliegend die erste Beschichtung auf der ersten Oberfläche besteht, um so eine besonders gute Festigkeit zu erreichen. Vorzugsweise ist dann die zweite Oberfläche überall konkav ausgestaltet.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass zumindest in der ersten Oberfläche und/oder zumindest in einem Tiefenbereich des Substratkörpers, vorzugsweise von bis zu dem zweifachen oder dreifachen der Schichtdicke der ersten Beschichtung, unter der ersten Oberfläche zumindest bereichsweise eine Zugspannung besteht, die Zugspannung insbesondere betragsmäßig etwa der Druckspannung in der ersten Beschichtung entspricht und/oder zwischen 1 MPa und 100 MPa beträgt.
Durch eine entsprechende Zugspannung kann die Festigkeit insbesondere für auf die zweite Oberfläche einwirkende Kräfte, entgegen der Erwartung, wonach eine Zugspannung die Festigkeit eines Substrats herabsetzt, in dem vorliegenden Verbundwerkstück tatsächlich erhöht werden.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass das Verbundwerkstück, insbesondere der Substratkörper, in wenigstens einer Schnittebene eine kreis- oder ovalförmige Schnittfläche aufweist, insbesondere die Schnittfläche einen maximalen Durchmesser aufweist von
kleiner oder gleich 500 mm, kleiner oder gleich 300 mm, kleiner oder gleich 200 mm, kleiner oder gleich 150 mm,
und/oder
größer oder gleich 50 mm, größer oder gleich 100 mm, größer oder gleich 150 mm, größer oder gleich 200 mm oder größer oder gleich 300 mm.
Beispielsweise liegt die Schnittebene in einer Ebene im Wesentlichen parallel zur ersten und/oder zweiten Oberfläche. „Im Wesentlichen parallel“ bedeutet dabei vorzugsweise, dass die durch den Bow verursachte Krümmung der beiden Oberflächen insoweit nicht beachtet wird und beispielsweise auch Warp nicht beachtet werden. Denn die durch Bow, Warp und/oder anderen Einflüssen verursachten Abweichungen der ersten und/oder zweiten Oberflächen von ebenen bzw. paralleler ersten und zweiten Oberflächen sind deutlich kleiner, also beispielsweise zwei, drei, vier oder noch mehr Größenordnungen kleiner, als die Substratdicke.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass das Verbundwerkstück ferner eine zweite Beschichtung aufweist und wobei wenigstens die zweite Oberfläche des Substratkörpers zumindest bereichsweise mit der zweiten Beschichtung beschichtet ist, insbesondere die zweite Beschichtung
UV-härtbar ist, einen an das Material des Substratkörpers angepassten optischen Brechungsindex aufweist und/oder ein Kunststoff, insbesondere ein Polymer, aufweist,
und/oder
zumindest eine, insbesondere zumindest teilweise mittels Nano-Imprint Lithographie, auf den Substratkörper aufbringbare oder aufgebrachte Struktur, wie vorzugsweise eine Gitter-Struktur, umfasst und/oder ausbildet;
dass nur die zweite Oberfläche des Substratkörpers mit der zweiten Beschichtung beschichtet ist;
und/oder
dass die erste Oberfläche des Substratkörpers nicht mit der zweiten Beschichtung beschichtet ist.
Indem die zweite Oberfläche mit einer zweiten Beschichtung beschichtet ist, lässt sich auf dem Verbundwerkstück besonders einfach die Struktur mittels des Stempelwerkzeuges bereitstellen. Gewissermaßen kann dann der Stempel zur Erzeugung der gewünschten Struktur, wie eine Gitterstruktur, einfach die zweite Beschichtung umformen.
Dies ist sehr effizient, und ermöglicht es, ein sehr weit vorprozessiertes Verbundwerkstück bereitzustellen, das jedoch hinsichtlich der letztlich gewünschten Strukturen immer noch große Gestaltungsfreiheit erlaubt.
Daher eignen sich auch Polymere besonders gut als Materialien für die zweite Beschichtung.
Das eingesetzte Stempel-Werkzeug, das auf den Substratkörper, insbesondere die zweite Oberfläche, eine Kraft ausübt kann dabei beispielsweise im Rahmen des weiter oben beschriebenen Nano-Imprint-Lithografie-Verfahrens zum Einsatz kommen. Damit kann ein solches Verfahren zum Ausbilden der Struktur besonders effizient und zuverlässig mit dem vorgeschlagenen Verbundwerkstück eingesetzt werden.
In einer Ausführungsform ist die zweite Beschichtung zumindest bereichsweise direkt oder indirekt auf die zweite Oberfläche aufgebracht. Wenn sie direkt aufgebracht ist, hat die zweite Beschichtung direkten Kontakt mit der zweiten Oberfläche. Wenn sie indirekt aufgebracht ist, hat die zweite Beschichtung keinen direkten Kontakt mit der zweiten Oberfläche. Im letzteren Fall können beispielsweise eine oder mehrere Zwischenschichten, insbesondere ganz oder teilweise sandwichartig, zwischen der zweiten Oberfläche und der zweiten Beschichtung zumindest bereichsweise angeordnet sein. Optional ist die zweite Beschichtung bereichsweise direkt und bereichsweise indirekt auf der zweiten Oberfläche aufgebracht.
Die zweite Beschichtung nur auf der zweiten Oberfläche bzw. nicht auf der ersten Oberfläche führt zu sehr guten Ergebnissen bei der Erhöhung der Festigkeit.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt dadurch gelöst, dass eine Mehrzahl von, insbesondere von zwischen 2 und 1.000.000, vorzugsweise 25, 50, 100, 500, 1.000 oder 10.000, Verbundwerkstücken gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgeschlagen wird.
Damit lassen sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Verbundwerkstücks auch für ganze Produktionsstraßen einsetzen, bei denen eine Mehrzahl von Verbundwerkstücken seriell und/oder parallel zur weiteren Verarbeitung eingesetzt werden.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass die Ausfallwahrscheinlichkeit der Verbundwerkstücke bei Einwirken einer Kraft von 100 Newton auf die zweite Oberfläche der einzelnen Substratkörper kleiner oder gleich 1 %, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,5 % oder 0,1 % ist.
Es zeigte sich, dass die Ausfallwahrscheinlichkeit für die Mehrzahl von Verbundwerkstücken besonders klein ist.
Die Ausfallwahrscheinlichkeit wird dabei vorzugsweise mittels der Weibull-Verteilung ermittelt. Dazu wird die Kraft ermittelt, die auf die zweite Oberfläche des Verbundwerkstücks bereichsweise einwirken darf, bis das Verbundwerkstück zerstört wird, insbesondere zerbricht. Beispielsweise wird dies mit dem „Ring-auf-Ring“-Testverfahren ermittelt, das weiter oben bereits beschrieben wurde. Beispielsweise liegt die Weibull-Grenze bei 67 % und/oder es wird die 67 % - Zerbrechwahrscheinlichkeit betrachtet.
Vorzugsweise liegt für das Verbundwerkstück die Kraft, die der 67%-Weibull-Grenze entspricht, also die Weibull-Kraft, bei über 500 Newton, vorzugsweise über 600 Newton, vorzugsweise über 700 Newton. Alternativ oder ergänzend liegt die Weibull-Kraft bei unter 2000 Newton, vorzugsweise unter 1500 Newton, vorzugsweise unter 1000 Newton, vorzugsweise unter 800 Newton, vorzugsweise unter 700 Newton. Alternativ oder ergänzend liegt die Weibull-Kraft bei zwischen 500 Newton und 2000 Newton, vorzugsweise zwischen 600 Newton und 1500 Newton, vorzugsweise zwischen 600 Newton und 1000 Newton.
Wenn beispielsweise für 1.000 Verbundwerkstücke die Zerstör-Kraft ermittelt wird und für 2 Verbundwerkstücke davon erfolgt die Zerstörung bei einer Kraft von 100 Newton, so beträgt die Ausfall- oder Zerbrechwahrscheinlichkeit für 100 Newton 2 / 1.000 x 100 Prozent = 2/10 Prozent = 0,2 Prozent = 2 Promille.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß einem dritten Aspekt dadurch gelöst, dass ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstücks gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, das Verfahren aufweisend:

- Bereitstellen eines Substratkörpers, insbesondere aus Glas und/oder gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
- Aufbringen einer Beschichtung, insbesondere der ersten Beschichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, auf eine Oberfläche des Substratkörpers, insbesondere die erste Oberfläche gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
- Halten der Substrattemperatur auf kleiner oder gleich 200 °C zumindest zweitweise oder durchgehend während des Aufbringens der Beschichtung auf die Oberfläche des Substratkörpers

Das Kontrollieren der Substrattemperatur hat sich wegen der thermischen Dehnung als besonders vorteilhaft herausgestellt. Denn der Substratkörper, insbesondere wenn er aus Glas ist, dehnt sich weiter aus, weil er einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Wenn der Substratkörper zu heiß wird, wird der Bow zu groß. Durch Kontrollieren der Substrattemperatur kann ein besonders widerstandsfähiges Verbundwerkstück erhalten werden.
Eine geringe Druckspannung in der ersten Beschichtung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Eine Lösung für das genannte Problem ist daher die Reduzierung oder sogar Minimierung der resultierenden Druckspannung der ersten Beschichtung. Dies kann durch eine Vielzahl von Prozessparametern während des Herstellungsprozesses des Verbundwerkstücks erreicht werden. Beispielsweise wurde insoweit erkannt, dass die Beschichtungstemperatur ein wirkungsvoller und zudem sehr gut kontrollierbarer Parameter ist. Der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) im Temperaturbereich 20°C-300°C der meisten Substratkörper, insbesondere Gläser, liegt in der Größenordnung von bis zu 20×10^-6/K, bevorzugt im Bereich 3×10^-6/K bis zu 16×10^-6/K, vorzugsweise im Bereich 7×10^-6/K bis zu 12×10^-6/K.
Der „thermische Ausdehnungskoeffizient“ oder „CTE“ ist der mittlere lineare thermische Ausdehnungskoeffizient in einem Temperaturbereich von 20°C bis 300°C. Er wird bestimmt gemäß DIN ISO 7991:1987.
Für den Fall, dass der CTE der Beschichtung nicht mit dem CTE des Substratkörpers, insbesondere des Glases, übereinstimmt, kommt es aufgrund ihrer Differenz zu Eigenspannungen wenn der beschichtete Substratkörper von der Prozesstemperatur auf Umgebungstemperatur abkühlt. Bei der Beschichtung sollte daher die Prozesstemperatur hoch genug, also beispielsweise mindestens 130 °C, maximal 300 °C und/oder zwischen 140 °C und 200 °C, gewählt werden, um eine gut funktionierende Schicht mit ausreichender Dichte / geringer Porosität und geringer Absorption, d.h. im Idealfall vollstöchiometrische Oxide zu erhalten.
In einer Ausführungsform wird die erste Oberfläche des Substratkörpers durch eine chemische Wechselwirkung im Grenzflächenbereich mit der ersten Beschichtung verstärkt. Eine Vermischungszone kann durch Diffusion und/oder kinetische Energie der abgeschiedenen Atome erzeugt und/oder durch chemische Wechselwirkungen angetrieben werden, die jeweils zu Druckspannung und/oder zur Heilung von Fehlstellen aufgrund zusätzlicher chemischer Bindungen führen kann. Die Eindringtiefe und Stärke dieser Reaktion kann dabei ferner optional durch die chemische Zusammensetzung des Substratkörpers, seine chemischen und/oder physikalischen Oberflächeneigenschaften (wie zum Beispiel Rauigkeit und/oder Auslaugungszone aufgrund von Polierprozessen) und/oder durch die Energie, den Ionisierungszustand und/oder die chemische Zusammensetzung der Partikel des Beschichtungsmaterials der ersten Beschichtung kontrolliert werden.
Das Verfahren kann beispielsweise wie folgt gestaltet sein:

Ein Substratkörper, wie insbesondere ein Wafer, aus beispielsweise dem Material N-SF6 mit einem Durchmesser von beispielsweise 200 mm und einer Dicke von beispielsweise 700 µm wird hinsichtlich seiner Wölbung, also seines Bows, vermessen. Das Ergebnis der Bow-Messung liefert einen Wert von beispielsweise ca. 2 µm. Anschließend wird der Wafer gereinigt, und zwar beispielsweise in einem Wasserbad aus deionisiertem Wasser bei beispielsweise 45°C mit Ultraschallunterstützung bei beispielsweise 130kHz für beispielsweise 250 Sekunden. Der gereinigte Wafer wird nachfolgend für beispielsweise 500 s bei 60°C an Luft getrocknet. Die derart behandelte Oberfläche ist weitestgehend frei von Partikeln.

Der Wafer wird zum Beschichten in eine Halterung der Aufdampf-Kalotte einer Vakuumbeschichtungsanlage des Typs Leybold APS1104 gelegt, wobei im vorliegenden Fall die Beschichtung auf die konvexe Seite des Wafers erfolgt. Die Anlage wird weiterhin mit den geeigneten Aufdampfmaterialien versehen, um eine SiO₂- und TiO₂-haltige Schicht herstellen zu können: SiO₂ und Ti₃O₅. Nach dem Schließen der Kammertür wird das Evakuieren der Prozesskammer gestartet. Sobald ein Basisdruck von beispielsweise 1*10^-3 Pa erreicht ist, wird die Beschichtung gestartet. Hierfür wird zunächst die Substratheizung eingeschaltet und eine Substrattemperatur von beispielsweise 150°C gewählt. Sobald diese Temperatur erreicht ist wird mit dem Abscheiden des Antireflexsystems begonnen. Eine erste Schicht TiO₂ mit einer Schichtdicke von beispielsweise 19 nm wird aufgedampft. Es folgt eine Schicht SiO₂ mit einer Dicke von beispielsweise 35 nm, gefolgt von einer Schicht TiO₂ einer Dicke von beispielsweise 25 nm und schlussendlich folgt eine Schicht SiO₂ mit einer Dicke von beispielsweise 109 nm. Die Beschichtungsrate beträgt 2,0 Å/s, die Ionenenergie der Ionenquelle beträgt 50 eV.
Nach Beenden des Beschichtungsvorgangs wird die Substratheizung ausgeschaltet und die Prozesskammer belüftet. Nach der Entnahme des beschichteten Substratkörpers, wie besagter Wafer, wird erneut eine Bow-Messung durchgeführt. Sie liefert dieses Mal einen betragsmäßigen Wert von beispielsweise 5 µm, wobei sich die Art der Durchbiegung nicht verändert hat, d.h. die Schicht ist noch immer auf einer konvex geformten Oberfläche.
Optional kann nun über die Stoney-Formel der durch die Beschichtung zusätzlich aufgebrachte Bow in eine Schichtspannung umgerechnet werden. Dazu kann beispielsweise ausgehend von einem (angenommenen) perfekt ebenen Substratkörper der durch die Beschichtung hervorgerufene Krümmungsradius unter Kenntnis der Wafergeometrie ermittelt werden. Im vorliegenden Fall ergibt sich eine kompressive Schichtspannung von ca. 32 MPa.
Das Verfahren kann ferner den Schritt von Nachbearbeiten des Substratkörpers umfassen. Zum Beispiel können ein oder mehr Schneideprozesse angewendet werden. Besonders bevorzugt umfasst das Verfahren einen oder mehr abrasive Prozesse, insbesondere ausgewählt aus Schleifen, Läppen und Polieren. Dies ist besonders vorteilhaft zum Erreichen einer sehr niedrigen Gesamtdickenvariation („Total Thickness Variation“ - TTV). Darüber hinaus kann die Oberflächenrauheit speziell eingestellt werden.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß einem vierten Aspekt dadurch gelöst, dass eine Augmented-Reality-Brille, aufweisend zumindest ein Verbundwerkstück, oder zumindest ein Zuschnitt davon, gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgeschlagen wird.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß einem fünften Aspekt dadurch gelöst, dass eine Verwendung eines Verbundwerkstücks, oder zumindest eines Zuschnitts davon, gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung in einer Augmented-Reality-Brille vorgeschlagen wird.
Ein Zuschnitt kann beispielsweise ganz allgemein erhalten werden, indem das Verbundwerkstück in mehrere Einzelteile geschnitten, gesägt und/oder gebrochen wird. Ein Zuschnitt ist dann ein solches Einzelteil. Beispielsweise kann ein Brillenglas einer Augmented-Reality-Brille ein solches Einzelteil bzw. einen solchen Zuschnitt aufweisen oder darstellen.
Weitere Optionen
Beschichtungsschichten
Die „Beschichtung“ bezieht sich hierbei vorzugsweise auf die erste Beschichtung.
Eine Beschichtung umfasst vorzugsweise eine oder mehrere Beschichtungsschichten. Die Beschichtungsschichten sind bevorzugt in einem Stapel angeordnet, wobei jede Beschichtungsschicht zu der Vorderseitenfläche parallel ist.
Eine bevorzugte Beschichtungsschicht weist eine chemische Zusammensetzung auf, die entweder durch ihr Inneres hindurch nicht variiert oder sanft und kontinuierlich durch ihr Inneres variiert, bevorzugt durch ihr Inneres nicht variiert. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht weist entweder eine homogene chemische Zusammensetzung oder eine sanft und kontinuierlich variierende chemische Zusammensetzung auf, bevorzugt eine homogene chemische Zusammensetzung. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht weist eine chemische Zusammensetzung auf, in der der maximale lokale Gewichtsprozentsatz an einem Element kleiner ist als 1,2 Mal der minimale Gewichtsprozentsatz des Elements, bevorzugt kleiner als 1,1, bevorzugter kleiner als 1,05. Das gilt bevorzugt für jedes Element.
Eine bevorzugte Beschichtungsschicht weist einen Brechungsindex auf, der entweder durch ihr Inneres hindurch nicht variiert oder sanft und kontinuierlich durch ihr Inneres variiert, bevorzugt durch ihr Inneres nicht variiert. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht weist entweder einen homogenen Brechungsindex oder einen sanft und kontinuierlich variierenden Brechungsindex auf, bevorzugt einen homogenen Brechungsindex auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht weist einen maximalen lokalen Brechungsindex auf, der kleiner ist als 1,2 Mal der minimale lokale Brechungsindex, bevorzugt kleiner als 1,1, bevorzugter kleiner als 1,05.
Eine bevorzugte Beschichtungsschicht weist eine konstante Stärke über ihre Querausdehnung auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht weist ein Verhältnis der kleinsten Stärke zu der größten Stärke in dem Bereich von 1:1 bis 1:1,1, bevorzugter in dem Bereich von 1:1 bis 1:1,05, bevorzugter in dem Bereich von 1:1 bis 1:1,01 auf.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Beschichtung eine oder mehrere Beschichtungsschichten der Gruppe A. Die Beschichtungsschichten der Gruppe A weisen einen Brechungsindex von mindestens 1,7 auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht der Gruppe A weist einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,70 bis 2,60, bevorzugt in dem Bereich von 1,80 bis 2,60, bevorzugter in dem Bereich von 1,90 bis 2,50, bevorzugter von 1,95 bis 2,45 auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht der Gruppe A weist einen Brechungsindex von mindestens 1,80, bevorzugt mindestens 1,90, bevorzugter mindestens 1,95 auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht der Gruppe A weist einen Brechungsindex bis zu 2,60, bevorzugt bis zu 2,50, bevorzugter bis zu 2,45 auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht der Gruppe A ist aus einem Material hergestellt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: Si₃N₄, ZrO₂, Ta₂O₅, HfO₂, Nb₂O₅, TiO₂ , SnO₂, Indiumzinnoxid, ZnO₂, AIN, ein Mischoxid, das mindestens eines davon umfasst, ein Mischnitrid, das mindestens eines davon umfasst, und ein Mischoxidnitrid, das mindestens eines davon umfasst; bevorzugt hergestellt aus einem Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht ZrO₂, Ta₂O₅, HfO₂, Nb₂O₅, TiO₂, und ein Mischoxid, das mindestens eines davon umfasst. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform ist die Beschichtungsschicht aus ZrO₂, oder HfO₂, bevorzugt ZrO₂ hergestellt. Bei einem Aspekt dieser Ausführungsform ist die Beschichtungsschicht aus ZrO₂, TiO₂ oder Nb₂O₅, bevorzugt TiO₂ oder Nb₂O₅ hergestellt. Bevorzugte Mischoxide sind TiO₂/SiO₂; Nb₂O₅/SiO₂ und ZrO₂/Y₂O₃. Ein bevorzugtes Mischnitrid ist AlSiN. Ein bevorzugtes Mischoxinitrid ist AlSiON.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Verbundwerkstück, insbesondere die Beschichtung wie die erste Beschichtung, zwei oder mehrere Schichten der Gruppe A, wobei mindestens ein Paar von Schichten der Gruppe A aus unterschiedlichen Materialien besteht. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Verbundwerkstück, insbesondere die Beschichtung wie die erste Beschichtung, zwei oder mehrere Schichten der Gruppe A, wobei alle Schichten der Gruppe A aus dem gleichen Material bestehen.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Beschichtung eine oder mehrere Beschichtungsschichten der Gruppe B. Die Beschichtungsschichten der Gruppe B weisen einen Brechungsindex von mindestens 1,7 auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht der Gruppe B weist einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,37 bis 1,60, bevorzugt von 1,37 bis 1,55, bevorzugter von 1,38 bis 1,50 auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht der Gruppe B weist einen Brechungsindex von mindestens 1,37, bevorzugter mindestens 1,38 auf. Eine bevorzugte Beschichtungsschicht der Gruppe B weist einen Brechungsindex bis zu 1,60, bevorzugt bis zu 1,55, bevorzugter bis zu 1,50 auf.
Eine bevorzugte Beschichtungsschicht der Gruppe B ist aus einem Material hergestellt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: SiO₂, MgF₂ und ein Mischoxid, das SiO₂ umfasst, und ein weiteres Oxid, bevorzugt SiO₂. Ein bevorzugtes Mischoxid umfasst in diesem Kontext SiO₂ und Al₂O₃. Ein bevorzugtes Mischoxid umfasst in diesem Kontext SiO₂ in einem Bereich von 50 bis 98 Gew.-%, bevorzugter von 60 bis 95 Gew.-%, bevorzugter von 70 bis 93 Gew.-%. Ein bevorzugtes Mischoxid umfasst in diesem Kontext SiO₂ bis zu 98 Gew.-%, bevorzugter bis zu 95 Gew.-%, bevorzugter bis zu 93 Gew.-%. Ein bevorzugtes Mischoxid umfasst in diesem Kontext mindestens 50 Gew.-% SiO₂, bevorzugter mindestens 60 Gew.-%, bevorzugter mindestens 70 Gew.-%. Ein bevorzugtes Mischoxid umfasst in diesem Kontext SiO₂ in dem Bereich von 50 bis 98 Gew.-%, bevorzugter von 60 bis 95 Gew.-%, bevorzugter von 70 bis 93 Gew.-% und Al₂O₃ in dem Bereich von 2 bis 50 Gew.-%, bevorzugter von 5 bis 40 Gew.-%, bevorzugter von 7 bis 30 Gew.-%.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Verbundwerkstück, insbesondere die Beschichtung wie die erste Beschichtung, zwei oder mehrere Schichten der Gruppe B, wobei mindestens ein Paar von Schichten der Gruppe B aus unterschiedlichen Materialien besteht. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst der geschichtete optische Verbundwerkstoff zwei oder mehrere Schichten der Gruppe B, wobei alle Schichten der Gruppe B aus dem gleichen Material bestehen.
Bei einigen der Ausführungsformen ist die Beschichtungsstruktur hinsichtlich von Bereichen vom Typ A und vom Typ B beschrieben, wobei Bereiche vom Typ A einen höheren Brechungsindex aufweisen, und Bereiche vom Typ B einen niedrigeren Brechungsindex aufweisen. Sogenannte Nadelschichten, die eine Stärke von 5 nm oder weniger aufweisen, beeinflussen die Beschaffenheit eines Bereichs als Typ A oder Typ B nicht. Die Bereiche sind basierend auf Beschichtungsschichten, die eine Stärke von über 5 nm aufweisen, charakterisiert.
Sogenannte Nadelschichten können eine Stärke von nur 1 nm aufweisen. Eine sogenannte Nadelschicht könnte so dünn wie eine Atommonoschicht sein.
Im folgenden englischsprachigen Beschreibungstext werden insbesondere die folgenden Übersetzungen Deutsch/Englisch verwendet:

• Verbundwerkstück - composite workpiece
• Substratkörper - substrate body
• (Erste/Zweite) Beschichtung - (first/second) coating
• (Erste/Zweite) Oberfläche - (first/second) surface
• (Erste/Zweite) Hauptseite - (first/second) main surface

Die folgenden Beobachtungen sollen jeweils optional als besonders bevorzugt angemerkt werden:

• Eine Beschichtung kann homogen wirken auf die gesamte Oberfläche wie die erste Oberfläche des Substratkörpers, deshalb kann sie den Bow des Substratkörpers beeinflussen. Es kann deshalb möglich sein, den Bow vor und nach Beschichten zu vergleichen, wobei die Spannung in der Beschichtung durch die Stoney-Gleichung berechnet wird.
• Der Bow nach Beschichten kann sich vom unbeschichteten Substratkörper, wie Glas, unterscheiden, was auf etwas Restspannung hinweist.
• Unter Verwendung der „Stoney-Gleichung“ kann man eine Spannung der reinen Antireflex-Beschichtung von nur 20-30 MPa ableiten.
• Der absolute Wert des Bow kann verglichen mit Standardbeschichtungen extrem klein sein, zum Beispiel Größenordnungen von 10 oder noch kleiner.
• Es kann sein, dass durch das Aufbringen einer einseitigen Beschichtung kein oder nahezu kein zusätzlicher Warp verursacht wird, was belegen kann, dass der Beschichtungsprozess die Spannungseinbringung minimiert.
• Es kann sein, dass durch das Aufbringen einer einseitigen Beschichtung der Bow nur sehr gering erhöht wird, was belegen kann, dass der Beschichtungsprozess die Spannungseinbringung minimiert.

Young-Modul
Überraschenderweise wurde gefunden, dass ein Substratkörper mit hoher Festigkeit durch Erhöhen des Young-Moduls erhalten werden kann. Bevorzugt weist der Substratkörper, insbesondere Glas, der Erfindung einen Young-Modul im Bereich von 40 GPa bis 160 GPa, zum Beispiel von 70 GPa bis 150 GPa, von 80 GPa bis 140 GPa, von 90 GPa bis 100 GPa, von 40 GPa bis 100 GPa, von 40 GPa bis 110 GPa, von 100 bis 140 GPa, von 120 GPa bis 160 GPa, von 40 GPa bis 80 GPa oder von 85 GPa bis 130 GPa auf. Abmessungen und Gestalt
Bevorzugt liegt der Brechungsindex n des Substratkörpers bei einer Wellenlänge von 450 nm in einem Bereich von 1,45 bis 2,45, stärker bevorzugt von 1,50 bis 2,40, stärker bevorzugt von 1,55 bis 2,35, stärker bevorzugt von 1,60 bis 2,30, stärker bevorzugt von 1,65 bis 2,25, stärker bevorzugt von 1,70 bis 2,20, zum Beispiel von 1,75 bis 2,15, von 1,80 bis 2,10, von 1,85 bis 2,05, von 1,86 bis 2,04, von 1,87 bis 2,03, von 1,88 bis 2,02, von 1,89 bis 2,01, oder von 1,90 bis 2,10. Besonders bevorzugt liegt der Brechungsindex n des Substratkörpers bei einer Wellenlänge von 450 nm in einem Bereich von 1,70 bis 2,10.
Bevorzugt ist der Substratkörper der Erfindung ein Glaswafer. Der Substratkörper kann ein rechteckig geformter Glaswafer sein, zum Beispiel mit einer Länge in einem Bereich von 40 mm bis 1.250 mm und einer Breite von 30 mm bis 750 mm. Bevorzugt ist der Substratkörper jedoch nicht rechteckig geformt, sondern rund geformt, insbesondere ein rund geformter Glaswafer. Ein rund geformter Glaswafer kann auch als scheibenartiger Glaswafer beschrieben werden. Besonders bevorzugt ist der Substratkörper ein scheibenartiger Glaswafer, bevorzugt ein Glaswafer mit einem Durchmesser im Bereich von 100 mm bis 500 mm, stärker bevorzugt von 120 mm bis 450 mm, stärker bevorzugt von 140 mm bis 400 mm, stärker bevorzugt von 160 mm bis 350 mm, stärker bevorzugt von 180 mm bis 325 mm, stärker bevorzugt von 200 mm bis 300 mm. Ein Durchmesser von etwa 200 mm oder etwa 300 mm ist besonders bevorzugt. Bevorzugt beträgt der Durchmesser des Substratkörpers mindestens 100 mm, mindestens 120 mm, mindestens 140 mm, mindestens 160 mm, mindestens 180 mm oder mindestens 200 mm. Bevorzugt beträgt der Durchmesser des Substratkörpers höchstens 500 mm, stärker bevorzugt höchstens 450 mm, stärker bevorzugt höchstens 400 mm, stärker bevorzugt höchstens 350 mm, stärker bevorzugt höchstens 325 mm, stärker bevorzugt höchstens 300 mm.
Bevorzugt ist der Substratkörper ein Glaswafer, insbesondere ein planarer Glaswafer wie ein planarer Wellenleiter. Bevorzugt weist der Substratkörper zwei Hauptseiten auf. Bevorzugt weisen die Hauptseiten etwa den gleichen Flächeninhalt auf. Bevorzugt weist jede Hauptseite, insbesondere die erste und/oder zweite Oberfläche, einen Flächeninhalt (insbesondere die Fläche der jeweiligen ersten und zweiten Oberfläche) im Bereich von 1.000 bis 1.000.000 mm², stärker bevorzugt von 3.000 bis 750.000 mm², stärker bevorzugt von 5.000 bis 500.000 mm², zum Beispiel von 10.000 bis 400.000 mm², von 20.000 bis 300.000 mm², von 30.000 bis 200.000 mm², von 40.000 bis 150.000 mm², von 50.000 bis 125.000 mm², oder von 60.000 bis 100.000 mm² auf.
Bevorzugt liegt die Dicke d des Substratkörpers in einem Bereich von 0,10 mm bis 2,0 mm, stärker bevorzugt von 0,15 mm bis 1,5 mm, stärker bevorzugt von 0,20 mm bis 1,2 mm, stärker bevorzugt von 0,25 mm bis 1,0 mm, stärker bevorzugt von 0,30 mm bis 0,70 mm, zum Beispiel von 0,40 mm bis 0,60 mm. Niedrige Dicken sind in Bezug auf das Gewicht des Substratkörpers vorteilhaft. Es kann jedoch Nachteile hinsichtlich Oberflächen- und geometrischen Eigenschaften geben, welche Lichtpropagation beeinträchtigen können, basierend auf interner Totalreflexion, zum Beispiel durch Erhöhen von optischem Verlust und/oder Abhängigkeit von optischem Verlust von dem Propagationswinkel. Deshalb sind die vorstehend angegebenen Bereiche bevorzugt.
Bevorzugt liegt das Verhältnis von Durchmesser, insbesondere maximalem Durchmesser, und Dicke des Substratkörpers in einem Bereich von 200:1 bis 2.000:1, zum Beispiel von 350:1 bis 1.500:1 oder von 500:1 bis 1.000:1.
Der Substratkörper der Erfindung ist bevorzugt ein Glaswafer, insbesondere ein planarer Glaswafer wie ein planarer Wellenleiter.
Bevorzugt weist der Substratkörper der Erfindung einen niedrigen Warp, insbesondere einen Warp von weniger als 100 µm, stärker bevorzugt von weniger als 50 µm, stärker bevorzugt weniger als 20 µm auf. Der Warp kann größer als 1 µm, größer als 5 µm oder größer als 10 µm sein. Bevorzugt weist das Verbundwerkstück, insbesondere der Substratkörper, der Erfindung einen niedrigen Bow, insbesondere einen Bow von weniger als 50 µm, stärker bevorzugt weniger als 30 µm, stärker bevorzugt weniger als 20 µm auf. Der Bow kann größer als 1 µm, größer als 5 µm oder größer als 10 µm sein. Warp und/oder Bow des Verbundwerkstücks, insbesondere des Substratkörpers, können durch Durchmesser und Dicke des Substratkörpers sowie durch Beschichtungen, wie die erste Beschichtung, beeinflusst werden. Bevorzugt betragen Warp und/oder Bow des Verbundwerkstücks, insbesondere des Substratkörpers, der Erfindung weniger als 0,1 % des Durchmessers des Substratkörpers, stärker bevorzugt weniger als 0,075 % des Durchmessers des Substratkörpers, stärker bevorzugt weniger als 0,05 % des Durchmessers des Substratkörpers, stärker bevorzugt weniger als 0,025 % des Durchmessers des Substratkörpers, stärker bevorzugt weniger als 0,01 % des Durchmessers des Substratkörpers. Warp und/oder Bow können größer als 0,001 % des Durchmessers des Substratkörpers, größer als 0,002 % des Durchmessers des Substratkörpers oder größer als 0,005 % des Durchmessers des Substratkörpers sein. Bevorzugt werden Warp und Bow gemäß SEMI3D1203152015 bestimmt.
Bevorzugt ist die TTV (Gesamtdickenvariation) des Substratkörpers kleiner als 2 µm, stärker bevorzugt kleiner als 1,8 µm, stärker bevorzugt kleiner als 1,6 µm, stärker bevorzugt kleiner als 1,5 µm, stärker bevorzugt kleiner als 1,4 µm, stärker bevorzugt kleiner als 1,3 µm, stärker bevorzugt kleiner als 1,2 µm, stärker bevorzugt kleiner als 1,1 µm, stärker bevorzugt kleiner als 1,0 µm, stärker bevorzugt kleiner als 0,75 µm, stärker bevorzugt kleiner als 0,5 µm. TTV kann basierend auf SEMI MF 1530GBIR bestimmt werden. TTV kann auch basierend auf interferometrischen Messungen des Dickenprofils des Substratkörpers, zum Beispiel unter Verwendung eines Interferometers, insbesondere eines Interferometers von Zygo Corporation, bestimmt werden. In manchen Ausführungsformen kann TTV mindestens 0,1 µm oder mindestens 0,2 µm betragen. Eine sehr niedrige TTV ist besonders vorteilhaft zur Verwendung des Substratkörpers im AR-Bereich. Eine niedrige TTV kann zum Beispiel durch abrasive Prozesse wie Schleifen, Läppen und/oder Polieren erhalten werden. Folglich ist der Substratkörper der Erfindung bevorzugt ein Substratkörper, welcher einem abrasiven Prozess unterworfen wurde.
Oberflächenrauheit
Bevorzugt weist der Substratkörper, insbesondere die erste und/oder zweite Oberfläche, eine Oberflächenrauheit R_q in einem Bereich von 0,1 nm bis 5 nm, zum Beispiel von 0,15 nm bis 3,5 nm, von 0,2 nm bis 2 nm, von 0,25 nm bis 1,5 nm, von 0,3 nm bis 1,0 nm, oder von 0,35 nm bis 0,75 nm auf. Bevorzugt ist die Oberflächenrauheit R_q niedriger als 5 nm, stärker bevorzugt niedriger als 3,5 nm, stärker bevorzugt niedriger als 2 nm, stärker bevorzugt niedriger als 1,5 nm, stärker bevorzugt niedriger als 1,0 nm, stärker bevorzugt niedriger als 0,75 nm, stärker bevorzugt niedriger als 0,5 nm. Eine niedrige Oberflächenrauheit R_q kann vorteilhaft sein zum Erhalten einer höheren Festigkeit, insbesondere Oberflächenfestigkeit. Oberflächenrauheit R_q wird bevorzugt mit Weißlicht-Interferometrie (WLI) oder Atomkraftmikroskopie (AFM) bestimmt. AFM ist am stärksten bevorzugt. In der vorliegenden Offenbarung werden die Ausdrücke „R_q“ und „RMS“ austauschbar verwendet. Oberflächenrauheit R_q wird bevorzugt gemäß DIN EN ISO 4287 bestimmt.
Bevorzugt weist der Substratkörper, insbesondere die erste und/oder zweite Oberfläche, eine Oberflächenrauheit R_a in einem Bereich von 0,1 nm bis 5 nm, zum Beispiel von 0,15 nm bis 3,5 nm, von 0,2 nm bis 2 nm, von 0,25 nm bis 1,5 nm, von 0,3 nm bis 1,0 nm, oder von 0,35 nm bis 0,75 nm auf. Bevorzugt ist die Oberflächenrauheit R_a niedriger als 5 nm, stärker bevorzugt niedriger als 3,5 nm, stärker bevorzugt niedriger als 2 nm, stärker bevorzugt niedriger als 1,5 nm, stärker bevorzugt niedriger als 1,0 nm, stärker bevorzugt niedriger als 0,75 nm, stärker bevorzugt niedriger als 0,5 nm. Eine niedrige Oberflächenrauheit R_a kann vorteilhaft sein zum Erhalten einer höheren Festigkeit, insbesondere Oberflächenfestigkeit. Oberflächenrauheit R_a wird bevorzugt gemäß ISO DIN EN ISO 4287 bestimmt.
Glaszusammensetzungen
Der Substratkörper der vorliegenden Erfindung kann Glas umfassen oder kann aus Glas hergestellt sein. Der Substratkörper ist nicht auf besondere Glaszusammensetzungen eingeschränkt. Beispielhafte Zusammensetzungsbereiche werden im Folgenden als bloße Beispiele dargelegt.
Die Menge an SiO₂ in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 80 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 70 Gew.-%, höchstens 60 Gew.-% oder höchstens 15 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an SiO₂ mindestens 10 Gew.-%, mindestens 20 Gew.-%, mindestens 30 Gew.-% oder mindestens 40 Gew.-%. In weiteren Ausführungsformen beträgt die Menge an SiO₂ weniger als 20 Gew.-% oder sogar weniger als 10 Gew.-%.
Die Menge an P₂O₅ in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 40 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 30 Gew.-%, höchstens 5 Gew.-% oder höchstens 2 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an P₂O₅ mindestens 10 Gew.-%, mindestens 15 Gew.-% oder mindestens 20 Gew.-% betragen. In weiteren Ausführungsformen beträgt die Menge an P₂O₅ höchstens 1 Gew.-%, oder höchstens 0,5 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von P₂O₅ sein.
Die Menge an Al₂O₃ in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 25 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 15 Gew.-%, höchstens 10 Gew.-%, oder höchstens 5 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an Al₂O₃ mindestens 0,1 Gew.-%, mindestens 0,5 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an Al₂O₃ höchstens 1 Gew.-% oder höchstens 0,5 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von Al₂O₃ sein.
Die Menge an B₂O₃ in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 55 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 45 Gew.-%, höchstens 35 Gew.-%, oder höchstens 25 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an B₂O₃ mindestens 1 Gew.-%, mindestens 2 Gew.-%, oder mindestens 5 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an B₂O₃ höchstens 20 Gew.-%, höchstens 15 Gew.-% oder höchstens 10 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von B₂O₃ sein.
Die Menge an Li₂O in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 10 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 5 Gew.-%, höchstens 2 Gew.-%, oder höchstens 1 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an Li₂O mindestens 0,5 Gew.-%, mindestens 1 Gew.-%, oder mindestens 2 Gew.-% betragen. In weiteren Ausführungsformen beträgt die Menge an Li₂O höchstens 0,5 Gew.-%, höchstens 0,2 Gew.-% oder höchstens 0,1 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von Li₂O sein.
Die Menge an Na₂O in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 30 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 25 Gew.-%, höchstens 20 Gew.-%, höchstens 10 Gew.-%, oder höchstens 5 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an Na₂O mindestens 1 Gew.-%, mindestens 2 Gew.-%, oder mindestens 5 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an Na₂O höchstens 2 Gew.-%, höchstens 1 Gew.-% oder höchstens 0,5 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von Na₂O sein.
Die Menge an K₂O in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 25 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 20 Gew.-%, höchstens 10 Gew.-%, oder höchstens 5 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an K₂O mindestens 1 Gew.-%, mindestens 2 Gew.-%, oder mindestens 5 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an K₂O höchstens 2 Gew.-%, höchstens 1 Gew.-% oder höchstens 0,5 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von K₂O sein.
Die Menge an MgO in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 10 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 5 Gew.-%, höchstens 2 Gew.-%, oder höchstens 1 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an MgO mindestens 0,5 Gew.-%, mindestens 1 Gew.-%, oder mindestens 2 Gew.-% betragen. In weiteren Ausführungsformen beträgt die Menge an MgO höchstens 0,5 Gew.-%, höchstens 0,2 Gew.-% oder höchstens 0,1 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von MgO sein.
Die Menge an CaO in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 40 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 30 Gew.-%, höchstens 25 Gew.-%, oder höchstens 15 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an CaO mindestens 1 Gew.-%, mindestens 5 Gew.-%, oder mindestens 10 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an CaO höchstens 10 Gew.-%, höchstens 5 Gew.-%, oder höchstens 1 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von CaO sein.
Die Menge an SrO in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 25 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 15 Gew.-%, höchstens 10 Gew.-%, oder höchstens 5 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an SrO mindestens 0,5 Gew.-%, mindestens 1 Gew.-%, oder mindestens 2 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an SrO höchstens 2 Gew.-%, höchstens 1 Gew.-%, oder höchstens 0,5 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von SrO sein.
Die Menge an BaO in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 55 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 30 Gew.-%, höchstens 20 Gew.-%, oder höchstens 10 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an BaO mindestens 1 Gew.-%, mindestens 5 Gew.-%, oder mindestens 10 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an BaO höchstens 5 Gew.-%, höchstens 2 Gew.-%, oder höchstens 1 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von BaO sein.
Die Menge an ZnO in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 30 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 20 Gew.-%, höchstens 15 Gew.-%, oder höchstens 10 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an ZnO mindestens 1 Gew.-%, mindestens 2 Gew.-%, oder mindestens 5 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an ZnO höchstens 5 Gew.-%, höchstens 2 Gew.-%, oder höchstens 1 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von ZnO sein.
Die Menge an La₂O₃ in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 55 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 50 Gew.-%, höchstens 40 Gew.-%, oder höchstens 20 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an La₂O₃ mindestens 5 Gew.-%, mindestens 10 Gew.-%, oder mindestens 20 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an La₂O₃ höchstens 10 Gew.-%, höchstens 5 Gew.-%, oder höchstens 1 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von La₂O₃ sein.
Die Menge an Gd₂O₃ in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 20 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 15 Gew.-%, höchstens 10 Gew.-%, oder höchstens 5 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an Gd₂O₃ mindestens 1 Gew.-%, mindestens 2 Gew.-%, oder mindestens 5 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an Gd₂O₃ höchstens 5 Gew.-%, höchstens 2 Gew.-%, oder höchstens 1 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von Gd₂O₃ sein.
Die Menge an Y₂O₃ in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 20 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 15 Gew.-%, höchstens 10 Gew.-%, oder höchstens 5 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an Y₂O₃ mindestens 0,1 Gew.-%, mindestens 0,2 Gew.-%, oder mindestens 0,5 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an Y₂O₃ höchstens 2 Gew.-%, höchstens 1 Gew.-%, oder höchstens 0,5 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von Y₂O₃ sein.
Die Menge an ZrO₂ in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 20 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 15 Gew.-%, höchstens 10 Gew.-%, oder höchstens 5 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an ZrO₂ mindestens 1 Gew.-%, mindestens 2 Gew.-%, oder mindestens 5 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an ZrO₂ höchstens 7,5 Gew.-%, höchstens 5 Gew.-%, oder höchstens 2,5 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von ZrO₂ sein.
Die Menge an TiO₂ in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 35 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 30 Gew.-%, höchstens 20 Gew.-%, oder höchstens 15 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an TiO₂ mindestens 2 Gew.-%, mindestens 5 Gew.-%, oder mindestens 10 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an TiO₂ höchstens 10 Gew.-%, höchstens 7,5 Gew.-%, oder höchstens 5 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von TiO₂ sein.
Die Menge an Ta₂O₅ in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 30 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 25 Gew.-%, höchstens 17,5 Gew.-%, oder höchstens 10 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an Ta₂O₅ mindestens 1 Gew.-%, mindestens 2 Gew.-%, oder mindestens 5 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an Ta₂O₅ höchstens 5 Gew.-%, höchstens 2 Gew.-%, oder höchstens 1 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von Ta₂O₅ sein.
Die Menge an Nb₂O₅ in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 55 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 35 Gew.-%, höchstens 20 Gew.-%, oder höchstens 15 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an Nb₂O₅ mindestens 2 Gew.-%, mindestens 5 Gew.-%, oder mindestens 10 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an Nb₂O₅ höchstens 10 Gew.-%, höchstens 5 Gew.-%, oder höchstens 2 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von Nb₂O₅ sein.
Die Menge an WO₃ in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 10 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 7,5 Gew.-%, höchstens 5 Gew.-%, oder höchstens 2 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an WO₃ mindestens 0,1 Gew.-%, mindestens 0,2 Gew.-%, oder mindestens 0,5 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an WO₃ höchstens 1 Gew.-%, höchstens 0,5 Gew.-%, oder höchstens 0,2 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung kann auch frei von WO₃ sein.
Die Menge an Bi₂O₃ in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 65 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 50 Gew.-%, höchstens 20 Gew.-%, oder höchstens 10 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an Bi₂O₃ mindestens 1 Gew.-%, mindestens 2 Gew.-%, oder mindestens 5 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an Bi₂O₃ höchstens 5 Gew.-%, höchstens 1 Gew.-%, oder höchstens 0,1 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung ist bevorzugt frei von Bi₂O₃.
Die Menge an F in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 45 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 25 Gew.-%, höchstens 10 Gew.-%, oder höchstens 5 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an F mindestens 0,1 Gew.-%, mindestens 0,5 Gew.-%, oder mindestens 1 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an F höchstens 2 Gew.-%, höchstens 1 Gew.-%, oder höchstens 0,1 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung ist bevorzugt frei von F.
Die Menge an GeO₂ in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 20 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 15 Gew.-%, höchstens 10 Gew.-%, oder höchstens 5 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an GeO₂ mindestens 0,1 Gew.-%, mindestens 0,5 Gew.-%, oder mindestens 1 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an GeO₂ höchstens 2 Gew.-%, höchstens 1 Gew.-%, oder höchstens 0,1 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung ist bevorzugt frei von GeO₂.
Die Menge an PbO in dem Substratkörper der Erfindung kann bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 80 Gew.-%, zum Beispiel höchstens 70 Gew.-%, höchstens 50 Gew.-%, oder höchstens 20 Gew.-% liegen. In manchen Ausführungsformen kann die Menge an PbO mindestens 1 Gew.-%, mindestens 2 Gew.-%, oder mindestens 5 Gew.-% betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Menge an PbO höchstens 5 Gew.-%, höchstens 1 Gew.-%, oder höchstens 0,1 Gew.-%. Der Substratkörper der Erfindung ist bevorzugt frei von PbO insbesondere im Hinblick auf die Toxizität und Umweltunfreundlichkeit davon.

Bevorzugt umfasst der Substratkörper der Erfindung die (oder besteht im Wesentlichen aus den) folgenden Komponenten in den angegebenen Bereichen (in Gew.-%):

Komponente	Menge (Gew.-%)
SiO₂	0-80
P₂O₅	0-40
Al₂O₃	0-25
B₂O₃	0-55
Li₂O	0-10
Na₂O	0-25
K₂O	0-25
MgO	0-10
CaO	0-30
SrO	0-25
BaO	0-55
ZnO	0-30
La₂O₃	0-55
Gd₂O₃	0-20
Y₂O₃	0-20
ZrO₂	0-20
TiO₂	0-35
Ta₂O₅	0-30
Nb₂O₅	0-55
WO₃	0-10
GeO₂	0-20
Bi₂O₃	0-65
PbO	0-80
F	0-45

Stärker bevorzugt umfasst der Substratkörper der Erfindung die (oder besteht im Wesentlichen aus den) folgenden Komponenten in den angegebenen Bereichen (in Gew.-%):

Komponente	Menge (Gew.-%)
SiO₂	0-80
P₂O₅	0-30
Al₂O₃	0-15
B₂O₃	0-55
Li₂O	0-10
Na₂O	0-25
K₂O	0-25
MgO	0-5
CaO	0-30
SrO	0-10
BaO	0-55
ZnO	0-30
La₂O₃	0-55
Gd₂O₃	0-20
Y₂O₃	0-20
ZrO₂	0-20
TiO₂	0-35
Ta₂O₅	0-30
Nb₂O₅	0-55
WO₃	0-10
GeO₂	im Wesentlichen frei von
Bi₂O₃	im Wesentlichen frei von
PbO	0-70
F	0-25

Komponente	Menge (Gew.-%)
SiO₂	0-80
P₂O₅	0-5
Al₂O₃	0-10
B₂O₃	0-45
Li₂O	0-10
Na₂O	0-20
K₂O	0-20
MgO	0-5
CaO	0-30
SrO	0-10
BaO	0-55
ZnO	0-30
La₂O₃	0-55
Gd₂O₃	0-20
Y₂O₃	0-20
ZrO₂	0-20
TiO₂	0-35
Ta₂O₅	0-30
Nb₂O₅	0-35
WO₃	0-10
GeO₂	im Wesentlichen frei von
Bi₂O₃	im Wesentlichen frei von
PbO	im Wesentlichen frei von
F	0-5

Stärker bevorzugt umfasst der Substratkörper der Erfindung die (oder besteht im Wesentlichen aus den) folgenden Komponenten in den angegebenen Bereichen (in Gew.-%:

Komponente	Menge (Gew.-%)
SiO₂	0-60
P₂O₅	0-2
Al₂O₃	0-5
B₂O₃	0-45
Li₂O	0-10
Na₂O	0-10
K₂O	0-10
MgO	0-5
CaO	0-30
SrO	0-10
BaO	0-30
ZnO	0-30
La₂O₃	0-55
Gd₂O₃	0-20
Y₂O₃	0-20
ZrO₂	0-15
TiO₂	0-20
Ta₂O₅	0-25
Nb₂O₅	0-20
WO₃	0-5
GeO₂	im Wesentlichen frei von
Bi₂O₃	im Wesentlichen frei von
PbO	im Wesentlichen frei von
F	im Wesentlichen frei von

Komponente	Menge (Gew.-%)
SiO₂	0-15
P₂O₅	im Wesentlichen frei von
Al₂O₃	im Wesentlichen frei von
B₂O₃	0-45
Li₂O	im Wesentlichen frei von
Na₂O	im Wesentlichen frei von
K₂O	im Wesentlichen frei von
MgO	im Wesentlichen frei von
CaO	0-15
SrO	0-5
BaO	0-10
ZnO	0-30
La₂O₃	0-55
Gd₂O₃	0-20
Y₂O₃	0-20
ZrO₂	0-10
TiO₂	0-15
Ta₂O₅	0-10
Nb₂O₅	0-15
WO₃	0-5
GeO₂	im Wesentlichen frei von
Bi₂O₃	im Wesentlichen frei von
PbO	im Wesentlichen frei von
F	im Wesentlichen frei von

Seltenerdmetalloxide wie Yb₂O₃, CeO2, Nd2O3, Lu2O3 oder Gd₂O₃ können alternativ oder zusätzlich auch in einer Menge von 0 bis 5 Mol-% enthalten sein, um dem Glas des Substratkörpers magnetische oder photonische oder optische Funktionen zu verleihen. Bevorzugt ist das Glas des Substratkörpers frei von diesen Komponenten.
Einige Übergangsmetalloxide können in dem Glas des Substratkörpers der Erfindung alternativ oder zusätzlich enthalten sein, wie Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, CuO, und Cr2O3, oder ein Gemisch von zwei oder mehr davon, welche als farbgebende Mittel fungieren, um Glas mit speziellen optischen oder photonischen Funktionen herzustellen, zum Beispiel Farbfilter oder Lichtwandler.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen erläutert werden.
Dabei zeigen:

1 ein Verbundwerkstück gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung in einer Querschnittsansicht;
2 eine Illustration zur Ermittlung des Bows des Verbundwerkstücks aus 1;
3 ein Diagramm mit den ermittelten Bows von Verbundwerkstücken einer Mehrzahl von Verbundwerkstücken gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung; und
4 ein Diagramm mit ermittelten Festigkeitswerten von erfindungsgemäßen und nicht-erfindungsgemäßen Verbundwerkstücken.

Beispiele
1 zeigt ein Verbundwerkstück 1 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung in einer Querschnittsansicht.
Das Verbundwerkstück 1 liegt auf einer ebenen Unterlage 3 auf und umfasst einen Substratkörper 5 sowie eine erste Beschichtung 7. Eine erste Oberfläche 9 des Substratkörpers 1 ist mit der ersten Beschichtung 7 vollflächig beschichtet.
Die erste Oberfläche 9 ist konvex gekrümmt, wie aus der Querschnittsansicht der 1 ersichtlich ist. Eine zweite Oberfläche 11 des Substratkörpers 1 liegt der ersten Oberfläche 9 gegenüber und ist konkav gekrümmt.
Infolge der Krümmung der ersten und zweiten Oberflächen 9 und 11 hat das Verbundwerkstück 1 einen Bow und daher nicht überall Kontakt mit der Unterlage 3. Der Bow beträgt zwischen 0,1 µm und 50 µm.
Der Bow ist in der Darstellung der 2 illustriert.
Dabei ist das Verbundwerkstück 1 im Vergleich zur Darstellung in der 1 um 180° gedreht dargestellt, so dass die konvexe Seite nun nach oben zeigt.
Die Medianfläche 13 des Verbundwerkstücks 1 weist gegenüber der gedanklichen Medianfläche 15 des hypothetisch nicht gekrümmten Verbundwerkstücks 1 einen Bow 17 auf, der gemäß SEMI 3D12-0315 2015 gemessen wird.
Die Unterlage 3 ist dabei eine Dreipunkt-Referenz-Ebene.
Der Übersichtlichkeit halber ist in 2 der Substratkörper 5 und die erste Beschichtung 7 des Verbundwerkstücks 1 nicht explizit dargestellt.
3 zeigt ein Diagramm mit den ermittelten Werten für die Bows von 30 Verbundwerkstücke. Jedes Verbundwerkstück kann dabei beispielsweise ein Verbundwerkstück wie das Verbundwerkstück 1 aus 1 sein.
Die ermittelten Bows bewegen sich dabei zwischen 2 µm und 6,2 µm. Der Mittelwert aller Bows der untersuchten 30 Verbundwerkstücke liegt bei 3,9 µm, und wird durch eine in dem Diagramm eingezeichnete horizontale Linie markiert.
4 zeigt die ermittelten Festigkeitswerte für verschiedene Verbundwerkstücke.
Für jedes Verbundwerkstück wurde mittels des Ring-auf Ring-Testverfahrens die Festigkeit einer Oberfläche des Verbundwerkstücks ermittelt.
Die gepunktete Linie ergibt sich für eine erste Mehrzahl von Verbundwerkstücken als Regressionsgerade aus den einzelnen als Kreise dargestellten Messwerten der Festigkeiten. Jedes Verbundwerkstück davon ist ein erfindungsgemäßes Verbundwerkstück. Die Kraft wirkte dabei auf die zweite, konkav gekrümmte, Oberfläche ein, also jene, welche der mit der ersten Beschichtung beschichteten ersten Oberfläche gegenüberliegt.
Die durchgezogene Linie ergibt sich für eine zweite Mehrzahl von Verbundwerkstücken als Regressionsgerade aus den einzelnen als Quadrate dargestellten Messwerten der Festigkeiten. Jedes Verbundwerkstück davon ist ein erfindungsgemäßes Verbundwerkstück. Die Kraft wirkte dabei auf die erste, konvex gekrümmte, Oberfläche ein, also jene, welche der mit der ersten Beschichtung beschichtet ist (und damit der nicht beschichteten zweiten Oberfläche gegenüberliegt).
Die gestrichelte Linie ergibt sich für eine dritte Mehrzahl von Verbundwerkstücken als Regressionsgerade aus den einzelnen als Dreiecke dargestellten Messwerten der Festigkeiten. Jedes Verbundwerkstück davon ist ein nicht-erfindungsgemäßes Verbundwerkstück, das zwar einen gekrümmten Substratkörper, aber keine erste Beschichtung aufweist. Die Kraft wirkte dabei auf die zweite, konkav gekrümmte, Oberfläche ein, also jene, welche der unbeschichteten ersten Oberfläche gegenüberliegt.
Die im Diagramm auf der Abszisse aufgetragene Bruchkraft in Newton ist ein sehr gutes Vergleichs-Maß für die Festigkeit eines Verbundwerkstücks, wie dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstück. Dem Diagramm ist außerdem auf der Ordinate die Ausfallwahrscheinlichkeit in Prozent zu entnehmen.
Das Diagramm liest sich also folglich derart, dass für eine Krafteinwirkung die Wahrscheinlichkeit abgelesen werden kann, dass das Verbundwerkstück bricht. In dem Fall ist die einwirkende Kraft dann die Bruchkraft.
Es lässt sich dem Diagramm entnehmen, dass bei Krafteinwirkung auf die zweite Oberfläche eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstücks (vgl. die Kreise) die Festigkeit deutlich höher ist, als wenn die Kraft auf die erste Oberfläche des erfindungsgemäßen Verbundwerkstücks (vgl. die Quadrate) oder auf die zweite Oberfläche des nicht-erfindungsgemäßen Verbundwerkstücks (vgl. die Dreiecke) einwirkt. Das heißt, das Verbundwerkstück zerbricht bei geringeren Kräften, wenn die Kraft auf die erste Oberfläche des erfindungsgemäßen Verbundwerkstücks oder auf die zweite Oberfläche des nicht-erfindungsgemäßen Verbundwerkstücks einwirkt.
Damit lässt sich dem Diagramm beispielsweise entnehmen, dass sich für eine Krafteinwirkung von circa 180 Newton eine Ausfallwahrscheinlichkeit von knapp 2 % für das erfindungsgemäße Verbundwerkstück ergibt, wenn die Kraft auf die zweite Oberfläche einwirkt.
Hingegen ergibt sich für die gleiche Krafteinwirkung auf die erste Oberfläche eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstück oder auf die zweite Oberfläche eines nicht-erfindungsgemäßes Verbundwerkstücks eine Ausfallwahrscheinlichkeit von knapp 50 %.
Das heißt, von 100 Verbundwerkstücken brechen lediglich 2, wenn das Verbundwerkstück ein erfindungsgemäßes ist und die Kraft von 180 Newton auf die der beschichteten Seite gegenüberliegende Seite einwirkt. Bei Krafteinwirkung auf die beschichtete Seite oder bei fehlender Beschichtung und Krafteinwirkung auf die konkav gekrümmte Oberfläche zerbrechen gut die Hälfte der Verbundwerkstücke.
Die in der vorangehenden Beschreibung, in den Ansprüchen und in den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination wesentlich für die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen sein.
Bezugszeichenliste

1: Verbundwerkstück
3: Unterlage
5: Substratkörper
7: Beschichtung
9: Oberfläche
11: Oberfläche
13: Medianfläche
15: Medianfläche
17: Bow

Claims

Verbundwerkstück umfassend einen Substratkörper, wie insbesondere einen Wafer, und zumindest eine erste Beschichtung, wobei der Substratkörper zumindest eine erste Oberfläche und zumindest eine zweite Oberfläche aufweist, wobei die erste Oberfläche des Substratkörpers zumindest bereichsweise konvex geformt ist und die zweite Oberfläche des Substratkörpers zumindest bereichsweise konkav geformt ist, und das Verbundwerkstück, insbesondere der Substratkörper, aufgrund der gekrümmten Form der ersten und zweiten Oberflächen einen betragsmäßigen Bow von zwischen 0,1 µm und 50 µm aufweist, wobei wenigstens die erste Oberfläche des Substratkörpers zumindest bereichsweise mit der ersten Beschichtung beschichtet ist.
Verbundwerkstück nach Anspruch 1, wobei die erste Beschichtung (i) eine Antireflex-Beschichtung umfasst, insbesondere die AntireflexBeschichtung Titan aufweist, (ii) (a) Si₃N₄, ZrO₂, Ta₂O₅, HfO₂, Nb₂O₅, TiO₂, SnO₂, Indiumzinnoxid, ZnO₂, AIN, ein Mischoxid, das mindestens eines davon umfasst, ein Mischnitrid, das mindestens eines davon umfasst, oder ein Mischoxidnitrid das mindestens eines davon umfasst, (b) ZrO₂, Ta₂O₅, HfO₂, Nb₂O₅, TiO₂, oder ein Mischoxid, das mindestens eines davon umfasst, und/oder (c) SiO₂, MgF₂ und ein Mischoxid, das SiO₂ umfasst, und ein weiteres Oxid, bevorzugt SiO₂ aufweist, (iii) mittels eines Aufdampf- und/oder Sputter-Verfahrens auf den Substratkörper aufbringbar oder aufgebracht ist, (iv) amorph ist, und/oder (v) eine Dicke aufweist von kleiner oder gleich 400 nm, kleiner oder gleich 350 nm, kleiner oder gleich 300 nm, kleiner oder gleich 250 nm, kleiner oder gleich 200 nm, kleiner oder gleich 150 nm, kleiner oder gleich 100 nm oder kleiner oder gleich 50 nm und/oder von größer oder gleich 50 nm, größer oder gleich 100 nm, größer oder gleich 150 nm, größer oder gleich 200 nm, größer oder gleich 250 nm oder größer oder gleich 300 nm; wobei nur die erste Oberfläche des Substratkörpers mit der ersten Beschichtung beschichtet ist; und/oder wobei die zweite Oberfläche des Substratkörpers nicht mit der ersten Beschichtung beschichtet ist.
Verbundwerkstück nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Substratkörper Glas aufweist; und/oder wobei der Substratkörper eine Dicke aufweist von (i) kleiner oder gleich 2 mm, kleiner oder gleich 1,5 mm, kleiner oder gleich 1 mm oder kleiner oder gleich 0,5 mm, (ii) größer oder gleich 0,05 mm, größer oder gleich 0,07 mm, größer oder gleich 0,1 mm, größer oder gleich 0,3 mm, größer oder gleich 0,5 mm oder größer oder gleich 1 mm, und/oder (iii) zwischen 0,05 mm und 2 mm, zwischen 0,07 mm und 2 mm, zwischen 0,1 mm und 2 mm, zwischen 0,3 mm und 2 mm, zwischen 0,3 mm und 1,5 mm, zwischen 0,3 mm und 1,5 mm oder zwischen 0,3 mm und 1 mm.
Verbundwerkstück nach einem der vorangehenden Ansprüche, (i) wobei die Festigkeit, insbesondere die Oberflächenfestigkeit, der ersten beschichteten Oberfläche des Substratkörpers größer oder gleich ist als die Festigkeit der unbeschichteten zweiten Oberfläche des Substratkörpers, (ii) wobei die zweite Oberfläche einer größeren Krafteinwirkung standhält als die erste Oberfläche; und/oder (iii) wobei die Festigkeit der ersten und/oder zweiten Oberfläche des Substratkörpers größer als oder gleich 100 MPa, 150 MPa, 200 MPa oder 250 MPa ist und/oder kleiner oder gleich 1000 MPa, 500 MPa, 400 MPa, 300 MPa oder 200 MPa ist.
Verbundwerkstück nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der ersten Beschichtung zumindest bereichsweise eine Druckspannung besteht, wobei vorzugsweise die Druckspannung (i) kleiner oder gleich 100 MPa, kleiner oder gleich 70 MPa, kleiner oder gleich 50 MPa, kleiner oder gleich 30 MPa, kleiner oder gleich 20 MPa, oder kleiner oder gleich 10 MPa beträgt, (ii) größer oder gleich 1 MPa, größer oder gleich 10 MPa, größer oder gleich 20 MPa, größer oder gleich 30 MPa, größer oder gleich 50 MPa, größer oder gleich 70 MPa oder größer oder gleich 100 MPa beträgt, und/oder (iii) zwischen 10 MPa und 50 MPa, insbesondere zwischen 15 MPa und 40 MPa, vorzugsweise zwischen 15 MPa und 30 MPa, noch bevorzugter zwischen 15 MPa und 25 MPa oder zwischen 20 MPa und 30 MPa, beträgt.
Verbundwerkstück nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Bow (i) größer oder gleich 0,3 µm, größer oder gleich 0,5 µm, größer oder gleich 1 µm, größer oder gleich 5 µm, größer oder gleich 15 µm, größer oder gleich 20 µm, größer oder gleich 25 µm, größer oder gleich 30 µm, größer oder gleich 35 µm, größer oder gleich 40 µm oder größer oder gleich 45 µm, (ii) kleiner oder gleich 50 µm, kleiner oder gleich 45 µm, kleiner oder gleich 40 µm, kleiner oder gleich 35 µm, kleiner oder gleich 30 µm, kleiner oder gleich 25 µm, kleiner oder gleich 20 µm, kleiner oder gleich 15 µm, kleiner oder gleich 10 µm, kleiner oder gleich 5 µm beträgt, kleiner oder gleich 3 µm beträgt, kleiner oder gleich 2 µm beträgt, kleiner oder gleich 1 µm beträgt, kleiner oder gleich 0,7 µm beträgt oder kleiner oder gleich 0,3 µm, und/oder (iii) zwischen 0,1 µm und 40 µm, zwischen 0,1 µm und 30 µm, zwischen 0,1 µm und 20 µm, zwischen 0,1 µm und 10 µm, zwischen 0,3 µm und 7 µm, zwischen 0,3 µm und 7 µm, zwischen 0,3 µm und 6 µm, zwischen 0,3 µm und 5 µm oder zwischen 0,3 µm und 4 µm beträgt.
Verbundwerkstück nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für das E-Modul des Materials des Substratkörpers E, die Poissonzahl des Materials des Substratkörpers v, den Krümmungsradius des Verbundwerkstücks, insbesondere des Substratkörpers, R, die Dicke des Substratkörpers D, die Dicke der ersten Beschichtung d und für die Druckspannung in der ersten Beschichtung S der Zusammenhang $S = \frac{E}{1 - v} \frac{D^{2}}{6 R d}$
besteht, wobei vorzugsweise das E-Modul einen Wert von zwischen 40 GPa und 160 GPa, vorzugsweise von zwischen 85 GPa und 130 GPa, aufweist und/oder die Poissonzahl einen Wert von zwischen 0,15 und 0,35, vorzugsweise von zwischen 0,2 und 0,3, aufweist.
Verbundwerkstück nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Oberfläche poliert ist; wobei die erste Oberfläche poliert ist; wobei die erste Oberfläche des Substratkörpers zumindest im Bereich der ersten Beschichtung konvex geformt ist; und/oder wobei die zweite Oberfläche des Substratkörpers zumindest im Bereich der ersten Beschichtung konkav geformt ist.
Verbundwerkstück nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest in der ersten Oberfläche und/oder zumindest in einem Tiefenbereich des Substratkörpers, vorzugsweise von bis zu dem zweifachen oder dreifachen der Schichtdicke der ersten Beschichtung, unter der ersten Oberfläche zumindest bereichsweise eine Zugspannung besteht, die Zugspannung insbesondere betragsmäßig etwa der Druckspannung in der ersten Beschichtung entspricht und/oder zwischen 1 MPa und 100 MPa beträgt.
Verbundwerkstück nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verbundwerkstück, insbesondere der Substratkörper, in wenigstens einer Schnittebene eine kreis- oder ovalförmige Schnittfläche aufweist, insbesondere die Schnittfläche einen maximalen Durchmesser aufweist von (i) kleiner oder gleich 500 mm, kleiner oder gleich 300 mm, kleiner oder gleich 200 mm, kleiner oder gleich 150 mm, und/oder (ii) größer oder gleich 50 mm, größer oder gleich 100 mm, größer oder gleich 150 mm, größer oder gleich 200 mm oder größer oder gleich 300 mm.
Verbundwerkstück nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verbundwerkstück ferner eine zweite Beschichtung aufweist und wobei wenigstens die zweite Oberfläche des Substratkörpers zumindest bereichsweise mit der zweiten Beschichtung beschichtet ist, insbesondere die zweite Beschichtung (i) UV-härtbar ist, einen an das Material des Substratkörpers angepassten optischen Brechungsindex aufweist und/oder ein Kunststoff, insbesondere ein Polymer, aufweist, und/oder (ii) zumindest eine, insbesondere zumindest teilweise mittels Nano-Imprint Lithographie, auf den Substratkörper aufbringbare oder aufgebrachte Struktur, wie vorzugsweise eine Gitter-Struktur, umfasst und/oder ausbildet; wobei nur die zweite Oberfläche des Substratkörpers mit der zweiten Beschichtung beschichtet ist; und/oder wobei die erste Oberfläche des Substratkörpers nicht mit der zweiten Beschichtung beschichtet ist.
Eine Mehrzahl von, insbesondere von zwischen 2 und 1.000.000, vorzugsweise 25, 50, 100, 500, 1.000 oder 10.000, Verbundwerkstücken nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Die Mehrzahl von Verbundwerkstücken nach Anspruch 12, wobei die Ausfallwahrscheinlichkeit der Verbundwerkstücke bei Einwirken einer Kraft von 100 Newton auf die zweite Oberfläche der einzelnen Substratkörper kleiner oder gleich 1 %, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,5 % oder 0,1 % ist.
Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstücks nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das Verfahren aufweisend: - Bereitstellen eines Substratkörpers, insbesondere aus Glas und/oder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11; - Aufbringen einer Beschichtung, insbesondere der ersten Beschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, auf eine Oberfläche des Substratkörpers, insbesondere die erste Oberfläche gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11; - Halten der Substrattemperatur auf kleiner oder gleich 200 °C zumindest zweitweise oder durchgehend während des Aufbringens der Beschichtung auf die Oberfläche des Substratkörpers.
Augmented-Reality-Brille, aufweisend zumindest ein Verbundwerkstück, oder zumindest ein Zuschnitt davon, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.
Verwendung eines Verbundwerkstücks, oder zumindest eines Zuschnitts davon, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 in einer Augmented-Reality-Brille.