DE112019007446T5 - Verfahren zur herstellung eines kunststoffelements, das mit feineroberflächenrauigkeit bereitgestellt ist - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines kunststoffelements, das mit feineroberflächenrauigkeit bereitgestellt ist Download PDF

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    • B29K2995/0037—Other properties
    • B29K2995/0093—Other properties hydrophobic

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit einer feinen Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, durch das durch einen Reaktives-Ionenätzen-Prozess eine feine Rauigkeit mit einem gewünschten Teilungswert und einem gewünschten Wert einer Tiefe direkt an einer Oberfläche eines Kunststoffelements hergestellt werden kann, ist bereitgestellt. Das Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit einer feinen Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: einen ersten Schritt, in dem eine feine Rauigkeit mit einem vorbestimmten durchschnittlichen Teilungswert in einem Bereich von 0,05 Mikrometern bis 1 Mikrometer an einer Oberfläche des Kunststoffelements durch reaktives Ionenätzen in einer Atmosphäre eines ersten Gases erzeugt wird, und einen zweiten Schritt, in dem durch reaktives Ionenätzen in einer Atmosphäre eines zweiten Gases, dessen Reaktivität mit dem Kunststoffelement niedriger ist als eine Reaktivität mit dem Kunststoffelement des ersten Gases, ein durchschnittlicher Wert einer Tiefe der feinen Rauigkeit auf einen vorbestimmten Wert im Bereich von 0,15 Mikrometern bis 1,5 Mikrometer eingestellt wird, während der vorbestimmte durchschnittliche Teilungswert im Wesentlichen beibehalten wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit feiner Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist. Jedes aus Kunststoff gebildete optische Element ist vom Kunststoffelement umfasst. Linsen, Beugungsgitter, Prismen, Mikrolinsenarrays, lichtstreuende Körper und abschirmende Fenster sind von optischen Elementen umfasst.
  • Hintergrundtechnik
  • Eine Entspiegelungsstruktur, die eine feine Rauigkeit mit einer Teilung (Periode) gleich oder kleiner als eine Wellenlänge von Licht aufweist, wird für optische Elemente verwendet. Als ein Verfahren zur Herstellung einer Form für solch eine feine Rauigkeit, ist ein Verfahren, bei dem eine Strukturierung eines Abdeckmittels unter Verwendung einer Vorrichtung für Interferenzexposition oder einer Vorrichtung für Elektronenstrahllithographie durchgeführt wird und dann Ätzen oder Galvanik durchgeführt wird, bekannt. Durch ein solches Verfahren kann eine feine Rauigkeit jedoch an einer flachen Oberfläche oder einer gebogenen Oberfläche mit einer großen Fläche kaum hergestellt werden.
  • Unter den Umständen wurde ein Verfahren, bei dem eine Form, die mit feiner Rauigkeit bereitgestellt ist, durch einen reaktiven Ätzprozess ohne die Notwendigkeit der Strukturierung hergestellt wird, entwickelt (zum Beispiel Patentdokument 1). Gemäß dem Verfahren kann eine Form, die mit feiner Rauigkeit an einer flachen Oberfläche oder einer gebogenen Oberfläche mit einer großen Fläche bereitgestellt ist, ohne Strukturierung hergestellt werden. Jedoch kann, wenn ein Kunststoffelement unter Verwendung der Form, die durch das zuvor beschriebene Verfahren hergestellt wird, hergestellt wird, die Form der feinen Rauigkeit der Form nicht einfach mit hoher Genauigkeit auf das Kunststoffelement übertragen werden.
  • Demgegenüber wurde ein Verfahren, bei dem durch einen reaktiven Ätzprozess eine feine Rauigkeit direkt an einer Oberfläche eines Kunststoffelements, wie einer Linse, hergestellt wird, entwickelt (zum Beispiel Patentdokument 2). Ein Verfahren, bei dem durch einen reaktiven Ätzprozess eine feine Rauigkeit mit einer Teilung und einer Tiefe, die angemessen für Entspiegelung von sichtbarem Licht sind, zum Beispiel an einer Oberfläche eines Kunststoffelements direkt hergestellt wird, wurde jedoch nicht geschaffen. Insbesondere kann durch konventionelle Verfahren jede von der Teilung und der Tiefe der feinen Rauigkeit, die an einer Oberfläche eines Kunststoffelements erzeugt wird, kaum auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit feiner Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, durch das durch einen Reaktives-Ionenätzen-Prozess eine feine Rauigkeit mit einem gewünschten Teilungswert und einem gewünschten Tiefenwert direkt an einer Oberfläche eines Kunststoffelements hergestellt werden kann, wurde somit noch nicht entwickelt.
  • Unter den Umständen besteht Bedarf nach einem Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit feiner Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, durch das durch einen Reaktives-Ionenätzen-Prozess eine feine Rauigkeit mit einem gewünschten Teilungswert und einem gewünschten Tiefenwert direkt an einer Oberfläche eines Kunststoffelements hergestellt werden kann.
  • Stand-der-Technik-Dokument
  • Patentdokument
  • Erfindungserläuterung
  • Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit feiner Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, durch das durch einen Reaktives-Ionenätzen-Prozess eine feine Rauigkeit mit einem gewünschten Teilungswert und einem gewünschten Tiefenwert direkt an einer Oberfläche eines Kunststoffelements hergestellt werden kann.
  • Mittel zum Lösen der Aufgabe
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit feiner Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: einen ersten Schritt, in dem eine feine Rauigkeit mit einem vorbestimmten durchschnittlichen Teilungswert im Bereich von 0,05 Mikrometern bis 1 Mikrometer an einer Oberfläche des Kunststoffelements durch reaktives Ionenätzen in einer Atmosphäre eines ersten Gases erzeugt wird, und einen zweiten Schritt, in dem ein durchschnittlicher Tiefenwert der feinen Rauigkeit durch reaktives Ionenätzen in einer Atmosphäre eines zweiten Gases auf einen vorbestimmten Wert im Bereich von 0,15 Mikrometern bis 1,5 Mikrometer eingestellt wird, während der vorbestimmte durchschnittliche Teilungswert im Wesentlichen beibehalten wird, wobei eine Reaktivität des zweiten Gases mit dem Kunststoffelement niedriger ist als eine Reaktivität des ersten Gases mit dem Kunststoffelement.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, nachdem die feine Rauigkeit mit einem gewünschten durchschnittlichen Teilungswert im ersten Schritt erzeugt wurde, die durchschnittliche Tiefe im zweiten Schritt in einer Atmosphäre des zweiten Gases auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, während der gewünschte durchschnittliche Teilungswert im Wesentlichen beibehalten wird, wobei eine Reaktivität des zweiten Gases mit dem Kunststoffelement niedriger ist als eine Reaktivität des ersten Gases mit dem Kunststoffelement. Entsprechend kann eine feine Rauigkeit mit einem gewünschten Teilungswert und einem gewünschten Tiefenwert direkt an einer Oberfläche des Kunststoffelements hergestellt werden.
  • In dem Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit feiner Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erste Gas Schwefelhexafluorid (SF6), eine Mischung aus Schwefelhexafluorid und mindestens einem von Sauerstoff (O2) und Argon (Ar) oder Sauerstoff.
  • In dem Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit feiner Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das im zweiten Schritt verwendete Gas Trifluormethan (CHF3), eine Mischung aus Trifluormethan und mindestens einem von Sauerstoff (O2) und Argon (Ar), Tetrafluormethan (CF4) oder eine Mischung aus Tetrafluormethan und mindestens einem von Sauerstoff und Argon.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit feiner Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ferner einen dritten Schritt auf, in dem durch Plasmabehandlung in einer Atmosphäre eines dritten Gases fluorierte Radikale dazu gebracht werden, an der Oberfläche der feinen Oberflächenrauigkeit anzuhaften, während Ionen daran gehindert werden, Ätzen zu verursachen.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine wasserabweisende Veredelung eines Kunststoffelements, das mit feiner Rauigkeit bereitgestellt ist, durch Plasmabehandlung durchgeführt werden. Der dritte Schritt kann durch Verwendung einer Vorrichtung, die durch Verändern der Verbindung einer Hochfrequenzleistungsversorgung mit einer Elektrode in einer Reaktives-Ionenätzen-Vorrichtung, die verwendet wird, um den ersten und zweiten Schritt durchzuführen, erhalten wird, durchgeführt werden.
  • In einem Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit feiner Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das dritte Gas Trifluormethan, Tetrafluormethan oder Schwefelhexafluorid.
  • In einem Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit feiner Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Kunststoffelement ein optisches Element.
  • In einem Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit feiner Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die feine Rauigkeit eine feine Entspiegelungsrauigkeit.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ein Kunststoffelement hergestellt werden, das mit einer feinen Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, die einen durchschnittlichen Teilungswert und einen durchschnittlichen Tiefenwert aufweist, die für die Wellenlänge des Lichts, für das eine Entspiegelung notwendig ist, angemessen sind.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine Konfiguration einer Reaktives-Ionenätzen- (RIE-) Vorrichtung, die für ein Ätzverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
    • 2 ist ein REM- (Rasterelektronenmikroskop-) Bild der feinen Rauigkeit die unter dem Bedingungssatz 1 erlangt wurde.
    • 3 ist ein REM- (Rasterelektronenmikroskop -) Bild der feinen Rauigkeit die unter dem Bedingungssatz 2 erlangt wurde.
    • 4 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben eines Ätzverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 5A ist eine Zeichnung, die das Ätzverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 5B ist eine Zeichnung, die das Ätzverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 5C ist eine Zeichnung, die das Ätzverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 6 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben, wie die Ätzbedingungen des ersten Schritts zu bestimmen sind.
    • 7 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben, wie die Ätzbedingungen des zweiten Schritts zu bestimmen sind.
    • 8 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben, wie Zielwerte einer durchschnittlichen Teilung und einer durchschnittlichen Tiefe der feinen Rauigkeit eingestellt werden.
    • 9 ist ein REM-Bild der feinen Rauigkeit für eine Entspiegelung von sichtbarem Licht, die durch das Verfahren, das in Tabelle 2 gezeigt ist, erzeugt wurde.
    • 10 zeigt Beziehungen zwischen Wellenlänge und Reflexionsgrad.
    • 11 zeigt Beziehungen zwischen Wellenlänge und Transmissionsgrad.
    • 12 ist ein REM-Bild einer Oberfläche des Kunststoffelements, das nach einem Ätzen in einer Gasatmosphäre aus nur Trifluormethan (CHF3) erhalten wurde.
    • 13 ist ein REM-Bild einer Oberfläche des Kunststoffelements, das nach einem Ätzen in einer Gasatmosphäre aus nur Schwefelhexafluorid (SF6) erhalten wurde.
    • 14 ist ein REM-Bild einer Oberfläche des Kunststoffelements, das nach einem Ätzen in einer Gasatmosphäre aus nur Sauerstoff (O2) erhalten wurde.
    • 15 zeigt Beziehungen zwischen Wellenlänge und Transmissionsgrad.
    • 16 ist ein REM-Bild der feinen Rauigkeit für eine Entspiegelung von sichtbarem Licht, die durch das Verfahren, das in Tabelle 4 gezeigt ist, erzeugt wurde.
    • 17 zeigt Beziehungen zwischen Wellenlänge und Reflexionsgrad.
    • 18 zeigt Beziehungen zwischen Wellenlänge und Transmissionsgrad.
    • 19 zeigt eine Konfiguration einer Vorrichtung für eine wasserabweisende Veredelung, die für ein Verfahren zur wasserabweisenden Veredelung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
    • 20 ist ein Bild eines Wassertropfens, der an einer Oberfläche eines Kunststoffelements, das mit feiner Rauigkeit bereitgestellt ist, die keiner wasserabweisenden Veredelung unterzogen wurde, gebildet ist.
    • 21 ist ein Bild eines Wassertropfens, der an einer Oberfläche eines Kunststoffelements, das mit feiner Rauigkeit bereitgestellt ist, die einer wasserabweisenden Veredelung unter dem Bedingungssatz 1 in Tabelle 6 unterzogen wurde, gebildet ist.
    • 22 ist ein Bild eines Wassertropfens, der an einer Oberfläche eines Kunststoffelements, das mit feiner Rauigkeit bereitgestellt ist, die einer wasserabweisenden Veredelung unter dem Bedingungssatz 2 in Tabelle 6 unterzogen wurde, gebildet ist.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine Konfiguration einer Reaktives-Ionenätzen- (RIE-) Vorrichtung 100A, die für ein Ätzverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Reaktives-Ionenätzen-Vorrichtung 100A weist eine Reaktionskammer 101 auf. Gas wird von einem Gasversorgungsanschluss 111 in die evakuierte Reaktionskammer 101 zugeführt. Eine zuzuführende Menge an Gas kann eingestellt werden. Ferner ist die Reaktionskammer 101 mit einem Gasauslassanschluss 113 bereitgestellt, der mit einem Ventil, das in der Zeichnung nicht gezeigt ist, bereitgestellt ist. Ein Druck in der Reaktionskammer 101 kann durch Steuerung des Ventils bei einem gewünschten Wert gehalten werden. Die Reaktionskammer 101 ist mit einer oberen Elektrode 103, die geerdet ist, und einer unteren Elektrode 105, die mit einer Hochfrequenzleistungsversorgung 107 verbunden ist, bereitgestellt. Plasma kann durch Anlegen einer Hochfrequenzspannung zwischen den beiden Elektroden mittels der Hochfrequenzleistungsversorgung 107 erzeugt werden. An der unteren Elektrode 105 wird ein Kunststoffelement 200 platziert. Das Kunststoffelement 200 ist zum Beispiel eine Kunststofflinse. Die untere Elektrode 105 kann unter Verwendung einer Kühlvorrichtung 109 auf eine gewünschte Temperatur abgekühlt werden. Die Kühlvorrichtung 109 ist zum Beispiel von einem Wasserkühler-Typ. Der Grund, weshalb die untere Elektrode 105 abgekühlt wird, ist, um die Ätzreaktion durch Halten des Substrats 101 auf einer gewünschten Temperatur zu steuern.
  • Die Reaktives-Ionenätzen-Vorrichtung, die in 1 gezeigt ist, ist eine für kapazitiv gekoppeltes Ätzen. Eine Ätzvorrichtung eines anderen Typs, zum Beispiel für induktiv gekoppeltes Ätzen, kann auch verwendet werden.
  • Wenn eine Hochfrequenzspannung an die untere Elektrode 105, an der das Kunststoffelement 200 angeordnet ist, angelegt wird, werden Ionen und Radikale im Plasma zum Kunststoffelement 200 hin beschleunigt und kollidieren mit dem Kunststoffelement 200. Durch die Kollision treten Streuung durch die Ionen und chemische Reaktionen eines Ätzgases gleichzeitig auf und Ätzen wird durchgeführt. Der Kunststoff des Kunststoffelements 200 ist aus einer großen Zahl von Molekülketten gebildet und an der Oberfläche des Kunststoffelements 200 sind Abschnitte, in denen eine Dichte der Molekülketten relativ hoch ist, und Abschnitte, in denen die Dichte der Molekülketten relativ niedrig ist, zufällig verteilt. Da die Abschnitte, in denen die Dichte der Molekülketten relativ hoch ist, stark widerstandsfähig gegenüber dem Ätzen sind und Abschnitte, in denen die Dichte der Molekülketten relativ niedrig ist, weniger widerstandsfähig gegenüber dem Ätzen sind, erzeugt das Ätzen eine feine Oberflächenrauigkeit an der Oberfläche des Kunststoffelements 200.
  • Tabelle 1 zeigt Ätzbedingungen und die durchschnittliche Teilung sowie die durchschnittliche Tiefe der feinen Rauigkeit, die durch Ätzen unter den Ätzbedingungen erzeugt wird. Das Kunststoffelement 200 ist aus Polycarbonat gefertigt. In Tabelle 1 und den anderen Tabellen bedeutet HF-Leistung eine Leistung, die durch die Hochfrequenzleistungsversorgung 107 zugeführt wird, bedeutet Bearbeitungstemperatur eine Temperatur, die durch die Kühlvorrichtung 109 gesteuert wird, und bedeutet Bearbeitungszeit eine Zeit, während der Leistung zum Bearbeiten zugeführt wird. Tabelle 1
    Gasdruck Art und Strömungsgeschwindigkeit von Gas HF-Leistung Bearbeitungstemperatur Bearbeitungszeit Durchschnittliche Teilung Durchschnittliche Tiefe
    Bedingungen 1 0,5 Pa O2: 5 ml/min SF6: 20 ml/min 100 W 30 °C 300 s 0,1 µm 0,15 µm
    Bedingungen 2 0,5 Pa O2: 5 ml/min SF6: 20 ml/min 100 W 30 °C 800 s 0,25 µm 0,4 µm
  • Die Bearbeitungszeit allein ist zwischen dem Bedingungssatz 1 und dem Bedingungssatz 2 nicht identisch. Im Allgemeinen erhöhen sich die durchschnittliche Teilung und die durchschnittliche Tiefe mit der Bearbeitungszeit (Ätzzeit) und die durchschnittliche Teilung und die durchschnittliche Tiefe können daher in ähnlicher Weise durch Verändern der Bearbeitungszeit verändert werden. Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist jede von der durchschnittlichen Teilung und der durchschnittlichen Tiefe, die unter dem Bedingungssatz 2, in dem die Bearbeitungszeit länger ist, erhalten wurden, größer als jede von der durchschnittlichen Teilung und der durchschnittlichen Tiefe, die unter dem Bedingungssatz 1, in dem die Bearbeitungszeit kürzer ist, erhalten wurden.
  • Demgegenüber ist eine Entspiegelungsfähigkeit der feinen Rauigkeit durch den durchschnittlichen Teilungswert und den durchschnittlichen Tiefenwert bestimmt und für sowohl die durchschnittliche Teilung als auch die durchschnittliche Tiefe ist es daher notwendig, sie auf einen jeweiligen gewünschten Wert einzustellen. Jedoch kann jede von der durchschnittlichen Teilung und der durchschnittlichen Tiefe kaum unabhängig auf einen jeweiligen gewünschten Wert durch die Bearbeitungszeit allein eingestellt werden. Zum Beispiel ist die Tiefe der Oberflächenrauigkeit, die durch das Ätzen unter dem Bedingungssatz 1 erhalten wird, zu klein, um eine gewünschte Entspiegelungsfähigkeit für sichtbares Licht, wie später beschrieben, zu erhalten. Die Tiefe der feinen Rauigkeit, die durch das Ätzen unter dem Bedingungssatz 2 erhalten wird, ist für die gewünschte Entspiegelungsfähigkeit für sichtbares Licht angemessen, die durchschnittliche Teilung ist jedoch zu groß und Reflexion von sichtbarem Licht mit verschiedenen Wellenlängen verursacht daher Trübungen.
  • Die durchschnittliche Teilung und die durchschnittliche Tiefe können auch durch Leistung, die durch die Hochfrequenzleistungsversorgung 107 zugeführt wird, verändert werden. Auch in diesem Fall erhöhen sich die durchschnittliche Teilung und die durchschnittliche Tiefe auf ähnliche Weise wie die Leistung und die durchschnittliche Teilung und die durchschnittliche Tiefe können daher kaum unabhängig auf einen jeweiligen gewünschten Wert eingestellt werden.
  • 2 ist ein REM- (Rasterelektronenmikroskop-) Bild der feinen Rauigkeit, das unter dem Bedingungssatz 1 erlangt wurde.
  • 3 ist ein REM- (Rasterelektronenmikroskop-) Bild der feinen Rauigkeit, das unter dem Bedingungssatz 2 erlangt wurde.
  • Durch Beobachten des Prozesses, in dem eine Feinstruktur gebildet wird, haben die Erfinder herausgefunden, dass in einem frühen Stadium eine Feinstruktur mit einer relativ kleinen Teilung und einer relativ kleinen Tiefe gebildet wird und in einem späteren Stadium die Teilung und die Tiefe mit der Zeit zunehmen. Die Erfinder haben den Prozess in einen ersten Schritt, der das frühe Stadium ist, und einen zweiten Schritt, der das späte Stadium ist, unterteilt und haben versucht, eine Entwicklung des Ätzens im zweiten Schritt einzuschränken. Als ein Ergebnis der Tests haben die Erfinder neue Informationen erlangt, dass, wenn im zweiten Schritt ein Atmosphärengas, dessen Reaktivität niedriger ist als eine Reaktivität des Atmosphärengases, das im ersten Schritt verwendet wird, verwendet wird, die Tiefe allein erhöht werden kann, während die Teilung im zweiten Schritt unverändert bleibt. Mit anderen Worten wurde herausgefunden, dass, wenn Ätzen in zwei getrennten Schritten, die der erste Schritt und der zweite Schritt sind, durchgeführt wird und im zweiten Schritt ein Atmosphärengas verwendet wird, dessen Reaktivität niedriger ist als eine Reaktivität des Atmosphärengases, das im ersten Schritt verwendet wird, jede von der Teilung und der Tiefe der feinen Rauigkeit unabhängig auf einen jeweiligen gewünschten Wert eingestellt werden kann.
  • 4 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben eines Ätzverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5A - 5C sind Zeichnungen, die das Ätzverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • In Schritt S1010 von 4 wird durch reaktives Ionenätzen (RIE) in einer Atmosphäre eines ersten Gases eine feine Rauigkeit mit der durchschnittlichen Teilung eines gewünschten Werts an einer Fläche des Kunststoffelements 200 gebildet. 5A zeigt das Kunststoffelement 200, das Schritt S1010 nicht durchlaufen hat, und 5B zeigt das Kunststoffelement 200, das Schritt S1010 durchlaufen hat.
  • In Schritt S1020 von 4 wird durch reaktives Ionenätzen (RIE) in einer zweiten Gasatmosphäre, deren Reaktivität niedriger ist als eine Reaktivität des ersten Gases, ein gewünschter durchschnittlicher Tiefenwert der feinen Rauigkeit erhalten, während der gewünschte durchschnittliche Teilungswert der feinen Rauigkeit unverändert bleibt. 5C zeigt das Kunststoffelement 200, das Schritt S1020 durchlaufen hat.
  • Wenn eine Wellenlänge eines Lichtstrahls, ein Brechungsindex eines Kunststoffelements und ein Einfallswinkel des Lichtstrahls in jeweils zugeordneter Weise durch λ, n und θ bezeichnet werden, sollte ein Zielwert P der durchschnittlichen Teilung der feinen Rauigkeit für eine Entspiegelung bestimmt werden, sodass die folgende Beziehung erfüllt ist. P < λ n + s i n θ
    Figure DE112019007446T5_0001
  • Wenn eine Wellenlänge eines Lichtstrahls, ein Brechungsindex des Kunststoffelements und ein Einfallswinkel des Lichtstrahls in jeweils zugeordneter Weise λ=0,4 µm, n=1,5 und θ=30° sind, sollte der Zielwert P kleiner als 0,2 µm sein. Im Allgemeinen sollte ein Zielwert einer durchschnittlichen Tiefe der feinen Rauigkeit für eine Entspiegelung mindestens 0,35-Mal so groß sein wie die Wellenlänge eines Lichtstrahls. Der durchschnittliche Tiefenwert ist ungefähr 0,25 µm oder mehr für die maximale Wellenlänge von 0,7 µm von sichtbarem Licht.
  • 6 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben, wie die Ätzbedingungen des ersten Schritts zu bestimmen sind.
  • In Schritt S2010 von 6 wird reaktives Ionenätzen (RIE) unter vorbestimmten Bedingungen in einer Atmosphäre eines ersten Gases durchgeführt.
  • In Schritt S2020 von 6 wird eine feine Rauigkeit, die erzeugt wurde, beobachtet, um zu ermitteln, ob die durchschnittliche Teilung einen gewünschten Wert hat, der ein Zielwert ist oder nicht. Wenn die durchschnittliche Teilung einen gewünschten Wert hat, wird der Prozess beendet. Wenn die durchschnittliche Teilung nicht eine gewünschte Teilung ist, geht der Prozess zu S2030 über.
  • In Schritt S2030 von 6 wird mindestens einer der eingestellten Werte von Leistung und Zeit eingestellt, um den gewünschten durchschnittlichen Teilungswert der feinen Rauigkeit zu erhalten. Um die durchschnittliche Teilung zu erhöhen, sollte mindestens einer der eingestellten Werte von Leistung und Zeit erhöht werden. Um die durchschnittliche Teilung zu verringern, sollte mindestens einer der eingestellten Werte von Leistung und Zeit verringert werden. Nachdem Schritt S2030 abgeschlossen wurde, kehrt der Prozess zu Schritt S2010 zurück.
  • 7 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben, wie die Ätzbedingungen des zweiten Schritts zu bestimmen sind. Nachdem der erste Schritt unter den Ätzbedingungen, die durch das Verfahren, das in 6 gezeigt ist, bestimmt wurden, durchgeführt wurde, werden die Ätzbedingungen des zweiten Schritts durch das Verfahren, das im Flussdiagramm von 7 gezeigt ist, bestimmt.
  • In Schritt S3010 von 7 wird reaktives Ionenätzen (RIE) unter vorbestimmten Bedingungen in einer Atmosphäre eines zweiten Gases durchgeführt.
  • In Schritt S3020 von 7 wird die feine Rauigkeit, die erzeugt wurde, beobachtet, um zu bestimmen, ob die durchschnittliche Teilung eine gewünschte Teilung ist, die ein Zielwert ist. Wenn die durchschnittliche Teilung eine gewünschte Teilung ist, wird der Prozess beendet. Wenn die durchschnittliche Teilung nicht eine gewünschte Teilung ist, geht der Prozess zu S3030 über.
  • In Schritt S3030 von 7 wird mindestens einer der eingestellten Werte von Leistung und Zeit so eingestellt, dass ein gewünschter durchschnittlicher Teilungswert der feinen Rauigkeit erhalten wird. Um die durchschnittliche Teilung zu erhöhen, sollte mindestens einer der eingestellten Werte von Leistung und Zeit erhöht werden. Um die durchschnittliche Teilung zu verringern, sollte mindestens einer der eingestellten Werte von Leistung und Zeit verringert werden. Nachdem Schritt S3030 abgeschlossen wurde, kehrt der Prozess zu Schritt S3010 zurück.
  • 8 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben, wie Zielwerte der durchschnittlichen Teilung und der durchschnittlichen Tiefe der feinen Rauigkeit eingestellt werden.
  • In Schritt S4010 von 8 wird die feine Rauigkeit mit der durchschnittlichen Teilung eines gewünschten Werts und der durchschnittlichen Tiefe eines gewünschten Werts durch die Verfahren, die in den Flussdiagrammen von 6 und 7 gezeigt sind, erzeugt.
  • In Schritt S4020 von 8 werden ein Reflexionsgrad und ein Transmissionsgrad des Kunststoffelements geschätzt.
  • In Schritt S4030 von 8 wird bestimmt, ob der Reflexionsgrad und der Transmissionsgrad des Kunststoffelements zufriedenstellend sind oder nicht. Falls sie zufriedenstellend sind, wird der Prozess beendet. Falls sie nicht zufriedenstellend sind, geht der Prozess zu Schritt S4040 über.
  • In Schritt S4040 von 8 wird mindestens einer des Zielwerts der durchschnittlichen Teilung und des Zielwerts der durchschnittlichen Tiefe verändert. Nachdem Schritt S4040 abgeschlossen wurde, kehrt der Prozess zu S4010 zurück.
  • Tabelle 2 zeigt Ätzbedingungen eines Ätzverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und die durchschnittliche Teilung und die durchschnittliche Tiefe der feinen Rauigkeit, die durch das Ätzverfahren erzeugt wurden. Das Kunststoffelement 200 ist aus Polycarbonat gefertigt. Tabelle 2
    Gasdruck Art und Strömungsgeschwindigkeit des Gases HF-Leistung Bearbeitungstemperatur Bearbeitungszeit Durchschnittliche Teilung Durchschnittliche Tiefe
    Erster Schritt 0,5 Pa O2:5 ml/min SF6:20 ml/min 100 W 30 °C 250 s 0,06 µm 0,1 µm
    Zweiter Schritt 1,0 Pa O2:2 ml/min CHF3:60 ml/min 100 W 30 °C 650 s 0,3 µm
  • Ein erstes Gas, das ein Atmosphärengas im ersten Schritt ist, ist eine Mischung aus Sauerstoffgas und Schwefelhexafluoridgas (SF6). Ein zweites Gas, das ein Atmosphärengas in dem zweiten Schritt ist, ist eine Mischung aus Sauerstoffgas und Trifluormethangas (CHF3). Eine Reaktivität mit dem Kunststoffelement des zweiten Gases ist niedriger als eine Reaktivität mit dem Kunststoffelement des ersten Gases. Nachdem der erste Schritt abgeschlossen wurde, beträgt die durchschnittliche Teilung 0,06 µm und die durchschnittliche Tiefe beträgt 0,1 µm. Im zweiten Schritt erhöht sich die durchschnittliche Tiefe von 0,1 µm auf 0,3 µm und die durchschnittliche Teilung wird bei 0,06 µm gehalten. Somit kann eine feine Rauigkeit mit der durchschnittlichen Teilung und der durchschnittlichen Tiefe, die für eine Entspiegelung von sichtbarem Licht angemessen sind, erhalten werden.
  • 9 ist ein REM-Bild der feinen Rauigkeit für eine Entspiegelung von sichtbarem Licht, die durch das Verfahren, das in Tabelle 2 gezeigt ist, erzeugt wurde. Wie in Tabelle 2 gezeigt, beträgt die durchschnittliche Teilung 0,06 µm und die durchschnittliche Tiefe beträgt 0,3 µm.
  • 10 zeigt Beziehungen zwischen Wellenlänge und Reflexionsgrad. Die horizontale Achse von 10 gibt eine Wellenlänge an und die vertikale Achse von 10 gibt einen Reflexionsgrad an. Die durchgezogene Linie stellt einen Reflexionsgrad eines Kunststoffelements dar, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung, das in Tabelle 2 gezeigt ist, erhalten wurde. Die unterbrochene Linie, die als „konventionelles Verfahren“ bezeichnet ist, stellt einen Reflexionsgrad eines Kunststoffelements dar, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die durch das Verfahren, das in Tabelle 1 als Bedingungen 2 gezeigt ist, erhalten wurde. Die gepunktete Linie, die als „nicht bearbeitet“ beschrieben ist, stellt einen Reflexionsgrad eines Kunststoffelements ohne feine Rauigkeit dar.
  • 11 zeigt Beziehungen zwischen Wellenlänge und Transmissionsgrad. Die horizontale Achse von 11 gibt eine Wellenlänge an und die vertikale Achse von 11 gibt einen Transmissionsgrad an. Die durchgezogene Linie stellt einen Transmissionsgrad eines Kunststoffelements dar, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung, das in Tabelle 2 gezeigt ist, erhalten wurde. Die unterbrochene Linie, die als „konventionelles Verfahren“ bezeichnet ist, stellt einen Transmissionsgrad eines Kunststoffelements dar, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die durch das Verfahren, das in Tabelle 1 als Bedingungen 2 gezeigt ist, erhalten wurde. Die gepunktete Linie, die als „nicht bearbeitet“ beschrieben ist, stellt einen Transmissionsgrad eines Kunststoffelements ohne feine Rauigkeit dar.
  • Die Messungen des Reflexionsgrads, die in 10 gezeigt sind, und die des Transmissionsgrads, die in 11 gezeigt sind, sind die von einem Kunststoffelement in der Form einer flachen Platte mit einer Dicke von 5 mm.
  • Gemäß 10 sind die Werte des Reflexionsgrads des Kunststoffelements, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, 1 Prozent oder kleiner im Bereich von sichtbarem Licht von 400 Nanometern bis 700 Nanometer und kleiner als die Werte des Reflexionsgrads des Kunststoffelements, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die durch das Verfahren, das in Tabelle 1 als Bedingungen 2 gezeigt ist, erhalten wurde.
  • Gemäß 11 sind die Werte des Transmissionsgrads des Kunststoffelements, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, 90 Prozent oder größer im Bereich von sichtbarem Licht von 400 Nanometern bis 700 Nanometer und größer als die Werte des Transmissionsgrads des Kunststoffelements, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die durch das Verfahren, das in Tabelle 1 als Bedingungen 2 gezeigt ist, erhalten wurde. Ferner sind die Werte des Transmissionsgrads des Kunststoffelements, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, um ungefähr 5 Prozent größer als die des Kunststoffelements ohne feine Rauigkeit im Bereich von sichtbarem Licht von 400 Nanometern bis 700 Nanometer.
  • Ätzen in einer Atmosphäre, die aus einer einzigen Art von Gas besteht, wird im Folgenden beschrieben.
  • Tabelle 3 zeigt Ätzbedingungen von Ätzen in einer Atmosphäre einer einzigen Art von Gas und durchschnittliche Werte von Teilung und Tiefe von einer feinen Rauigkeit, die durch das Ätzen erzeugt wurde. Das Kunststoffelement ist aus Polycarbonat gefertigt. Tabelle 3
    Gasdruck Art und Strömungsrate von Gas HF-Leistung Bearbeitungstemperatur Bearbeitungszeit Durchschnittliche Teilung Durchschnittliche Tiefe
    CHF3 0,5 Pa CHF3:20 ml/min 100 W 30 °C 900 s 0,05 µm 0,02 µm
    SF6 0,5 Pa SF6:20 ml/min 100 W 30 °C 900 s 0,20 µm 0,3 µm
    02 0,5 Pa O2:20 ml/min 100 W 30 °C 900 s (Keine Rauigkeit) (Keine Rauigkeit)
  • 12 ist ein REM-Bild einer Fläche des Kunststoffelements, das nach der Bearbeitung in einer Gasatmosphäre aus nur Trifluormethan (CHF3) erhalten wurde.
  • 13 ist ein REM-Bild einer Fläche des Kunststoffelements, das nach der Bearbeitung in einer Gasatmosphäre aus nur Schwefelhexafluorid (SF6) erhalten wurde.
  • 14 ist ein REM-Bild einer Fläche des Kunststoffelements, das nach der Bearbeitung in einer Gasatmosphäre aus nur Sauerstoff (O2) erhalten wurde.
  • Die durchschnittliche Teilung der feinen Rauigkeit, die nach dem Bearbeiten in einer Gasatmosphäre aus nur Schwefelhexafluorid erzeugt wurde, ist größer als die durchschnittliche Teilung der feinen Rauigkeit, die nach dem Bearbeiten in einer Gasatmosphäre aus nur Trifluormethan erzeugt wurde. Die durchschnittliche Tiefe der feinen Rauigkeit, die nach dem Bearbeiten in einer Gasatmosphäre aus nur Schwefelhexafluorid erzeugt wurde, ist größer als die durchschnittliche Tiefe der feinen Rauigkeit, die nach dem Bearbeiten in einer Gasatmosphäre aus nur Trifluormethan erzeugt wurde. Entsprechend kann verstanden werden, dass eine Reaktivität von Schwefelhexafluorid mit einem Kunststoffelement aus Polycarbonat höher ist als eine Reaktivität von Trifluormethan mit einem Kunststoffelement aus Polycarbonat.
  • Gemäß 14 wurde keine feine Rauigkeit an der Fläche des Kunststoffelements nach dem Bearbeiten in einer Gasatmosphäre aus nur Sauerstoff erzeugt.
  • 15 zeigt Beziehungen zwischen Wellenlänge und Transmissionsgrad. Die horizontale Achse von 15 gibt eine Wellenlänge an und die vertikale Achse von 15 gibt einen Transmissionsgrad an. Die dicke durchgezogene Linie stellt einen Transmissionsgrad des Kunststoffelements dar, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die durch ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, und das Verfahren ist in Tabelle 2 gezeigt. Die unterbrochene Linie stellt einen Transmissionsgrad des Kunststoffelements dar, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die nach der Bearbeitung in einer Gasatmosphäre aus nur Schwefelhexafluorid (SF6), wie in Tabelle 3 gezeigt ist, erhalten wurde. Die gepunktete Linie stellt einen Transmissionsgrad des Kunststoffelements dar, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die nach der Bearbeitung in einer Gasatmosphäre aus nur Trifluormethan (CHF3), wie in Tabelle 3 gezeigt ist, erhalten wurde. Die Zwei-Punkt-Strichlinie stellt einen Transmissionsgrad des Kunststoffelements dar, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die nach der Bearbeitung in einer Gasatmosphäre aus nur Sauerstoff (O2), wie in Tabelle 3 gezeigt ist, erhalten wurde. Die dünne durchgezogene Linie, die als „nicht bearbeitet“ beschrieben ist, stellt einen Transmissionsgrad eines Kunststoffelements dar, das nicht bearbeitet wurde und nicht mit feiner Rauigkeit bereitgestellt ist.
  • Gemäß 15 sind der Transmissionsgrad des Kunststoffelements, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die nach dem Bearbeiten in einer Gasatmosphäre aus nur Trifluormethan (CHF3) erhalten wurde, und der Transmissionsgrad des Kunststoffelements, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die nach dem Bearbeiten in einer Gasatmosphäre aus nur Sauerstoff (O2) erhalten wurde, im Wesentlichen gleich dem Transmissionsgrad eines Kunststoffelements, das nicht bearbeitet wurde und nicht mit feiner Rauigkeit bereitgestellt ist, und ungefähr um 4 % bis 5 % kleiner als der Transmissionsgrad des Kunststoffelements, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, im Bereich von sichtbarem Licht von 400 Nanometern bis 700 Nanometer. Das Kunststoffelement, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die nach dem Bearbeiten in einer Gasatmosphäre aus nur Schwefelhexafluorid (SF6) erhalten wurde, ist im Maximum um ungefähr 1 % kleiner als der Transmissionsgrad des Kunststoffelements, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, in einem Bereich, in dem eine Wellenlänge 600 Nanometer oder weniger beträgt.
  • Die vorherige Beschreibung betrifft Kunststoffelemente, die aus Polycarbonat gefertigt sind. Die vorliegende Erfindung ist auch auf Elemente, die aus anderen Kunststoffmaterialien gefertigt sind, anwendbar. Beispiele, in denen das Kunststoffmaterial Acrylharz ist, werden im Folgenden beschrieben.
  • Tabelle 4 zeigt Ätzbedingungen eines Ätzverfahrens gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und durchschnittliche Werte einer Teilung und einer Tiefe der feinen Rauigkeit, die durch das Ätzverfahren erzeugt wurde. Das Kunststoffelement 200 ist aus Polymethylmethacrylat (PMMA), das eine Art von Acrylharz ist, gefertigt. Tabelle 4
    Gasdruck Art und Strömungsrate von Gas HF-Leistung Bearbeitungstemperatur Bearbeitungszeit Durchschnittliche Teilung Durchschnittliche Tiefe
    Erster Schritt 0,5 Pa Ar: 15 ml/min SF6:20 ml/min 75 W 10 °C 250 s 0,06 µm 0,1 µm
    Zweiter Schritt 1,0 Pa Ar:2 ml/min CHF3:20 ml/min 100 W 10 °C 600 s 0,3 µm
  • 16 ist ein REM-Bild der feinen Rauigkeit für eine Entspiegelung von sichtbarem Licht, die durch das Verfahren, das in Tabelle 4 gezeigt ist, erzeugt wurde.
  • 17 zeigt Beziehungen zwischen Wellenlänge und Reflexionsgrad. Die horizontale Achse von 17 gibt eine Wellenlänge an und die vertikale Achse von 17 gibt einen Reflexionsgrad an. Die durchgezogene Linie stellt einen Reflexionsgrad eines Kunststoffelements dar, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung, das in Tabelle 4 gezeigt ist, erhalten wurde. Die gepunktete Linie, die als „nicht bearbeitet“ beschrieben ist, stellt einen Reflexionsgrad eines Kunststoffelements ohne feine Rauigkeit dar.
  • 18 zeigt Beziehungen zwischen Wellenlänge und Transmissionsgrad. Die horizontale Achse von 18 gibt eine Wellenlänge an und die vertikale Achse von 18 gibt einen Transmissionsgrad an. Die durchgezogene Linie stellt einen Transmissionsgrad eines Kunststoffelements dar, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung, das in Tabelle 4 gezeigt ist, erhalten wurde. Die gepunktete Linie, die als „nicht bearbeitet“ beschrieben ist, stellt einen Transmissionsgrad des Kunststoffelements ohne feine Rauigkeit dar.
  • Gemäß 18 betragen die Werte des Transmissionsgrads des Kunststoffelements, das mit der feinen Rauigkeit bereitgestellt ist, die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, 92 Prozent oder mehr im Bereich von sichtbarem Licht von 400 Nanometern bis 700 Nanometer und sind um ungefähr 3 bis 4 Prozent größer als die des Kunststoffelements ohne feine Rauigkeit.
  • Tabelle 5 zeigt Ätzbedingungen eines Ätzverfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und die durchschnittliche Teilung und die durchschnittliche Tiefe der feinen Rauigkeit, die durch das Ätzverfahren erzeugt wurde. Das Kunststoffelement 200 ist aus Polymethylmethacrylat (PMMA) gefertigt. Tabelle 5
    Gasdruck Art und Strömungsrate von Gas HF-Leistung Bearbeitungstemperatur Bearbeitungszeit Durchschnittliche Teilung Durchschnittliche Tiefe
    Erster Schritt 0,5 Pa O2:20 ml/min 53 W 10 °C 250 s 0,06 µm 0,1 µm
    Zweiter Schritt 1,0 Pa Ar: 15 ml/min CHF3:20 ml/min 100 W 10 °C 600 s 0,3 µm
  • Die Tatsache, dass in der vorliegenden Ausführungsform eine feine Rauigkeit mit der durchschnittlichen Teilung eines gewünschten Werts und der durchschnittlichen Tiefe eines gewünschten Werts durch die Verwendung von Sauerstoffgas im ersten Schritt und einer Gasmischung von Trifluormethan und Argon im zweiten Schritt erhalten wurde, ist ein Indiz dafür, dass eine Reaktivität mit Polymethylmethacrylat von Sauerstoffgas höher ist als eine Reaktivität mit Polymethylmethacrylat einer Gasmischung aus Trifluormethan und Argon.
  • Wenn Ätzen in einer Sauerstoffgasatmosphäre fortgeführt wurde, nachdem der erste Schritt abgeschlossen wurde, veränderte sich die durchschnittliche Tiefe nicht wesentlich und die durchschnittliche Teilung erhöhte sich und der gewünschte durchschnittliche Teilungswert und der gewünschte durchschnittliche Tiefenwert wurden nicht erhalten.
  • Als Grund, weshalb eine feine Rauigkeit nach dem Ätzen von Polycarbonat in einer Atmosphäre aus nur Sauerstoffgas nicht erzeugt wurde, wird nicht angenommen, dass Ätzen nicht durchgeführt wurde, sondern dass gleichmäßiges Ätzen aufgrund der Leistung und der langen Ätzzeit durchgeführt wurde. Im Allgemeinen wird angenommen, dass Sauerstoff, Schwefelhexafluorid und Trifluormethan in der Reihenfolge abnehmender Reaktivität mit Kunststoffmaterialien aufgelistet werden können. Als ein Gas, dessen Reaktivität mit Kunststoffmaterialien relativ niedrig ist, kann Tetrafluormethan (CF4) anstelle von Trifluormethan verwendet werden.
  • Alternativen für das Atmosphärengas im ersten Schritt in einem Ätzverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten: Hexafluorid, eine Mischung aus Hexafluorid und mindestens einem von Sauerstoff und Argon und Sauerstoff. Alternativen für das Atmosphärengas im zweiten Schritt in einem Ätzverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten: Trifluormethan, eine Mischung aus Trifluormethan und mindestens einem von Sauerstoff und Argon, Tetrafluormethan und eine Mischung aus Tetrafluormethan und mindestens einem von Sauerstoff und Argon.
  • In der vorliegenden Erfindung kann die durchschnittliche Tiefe, nachdem die durchschnittliche Teilung der feinen Rauigkeit im ersten Schritt ermittelt wurde, im zweiten Schritt durch einen Prozess, der in einem Atmosphärengas, dessen Reaktivität mit einem Kunststoffelement kleiner ist als eine Reaktivität mit dem Kunststoffelement des Atmosphärengases im ersten Schritt, durchgeführt wird, erhöht werden, während die durchschnittliche Teilung beibehalten wird. Somit kann durch die vorliegende Erfindung ein Kunststoffelement, das mit feiner Rauigkeit mit einem gewünschten Teilungswert und einem gewünschten Tiefenwert bereitgestellt ist, hergestellt werden.
  • Ein neues Verfahren für eine wasserabweisende Veredelung eines Kunststoffelements, das mit feiner Rauigkeit bereitgestellt ist, wird nachfolgend beschrieben. Herkömmlicherweise wird für eine wasserabweisende Veredelung eines Kunststoffelements, das mit feiner Rauigkeit bereitgestellt ist, das Element in eine wasserabweisende Beschichtungsflüssigkeit getaucht, um die Oberfläche des Elements mit einer wasserabweisenden Schicht zu beschichten. Es ist jedoch schwierig, eine feine Oberflächenrauigkeit einer kompliziert geformten Linse mit einer gleichmäßigen wasserabweisenden Schicht zu beschichten. Ferner erfordert der Prozess viel Zeit und Aufwand und wasserabweisende Beschichtungsflüssigkeiten sind sehr teuer. Entsprechend sind die Kosten für den Prozess hoch.
  • In einem neuen Verfahren für eine wasserabweisende Veredelung wird eine wasserabweisende Veredelung einer feinen Oberflächenrauigkeit eines Kunststoffelements unter Verwendung einer Vorrichtung durchgeführt, die eine Struktur hat, die ähnlich der der Reaktives-Ionenätzen-Vorrichtung 100A ist, die in 1 gezeigt ist.
  • 19 zeigt eine Konfiguration einer Vorrichtung zur wasserabweisenden Veredelung 100B, die für ein Verfahren zur wasserabweisenden Veredelung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Vorrichtung zur wasserabweisenden Veredelung 100B weist eine Reaktionskammer 101 auf. Gas wird von einem Gaszuführanschluss 111 in die evakuierte Reaktionskammer 101 zugeführt. Eine zuzuführende Menge Gas kann eingestellt werden. Ferner ist die Reaktionskammer 101 mit einem Gasauslassanschluss 113 bereitgestellt, der mit einem Ventil, das nicht in den Zeichnungen gezeigt ist, bereitgestellt ist. Ein Druck in der Reaktionskammer 101 kann durch Steuerung des Ventils bei einem gewünschten Wert gehalten werden. Die Reaktionskammer 101 ist mit einer unteren Elektrode 105, die geerdet ist, und einer oberen Elektrode 103, die mit einer Hochfrequenzleistungsversorgung 107 verbunden ist, bereitgestellt. Plasma kann durch Anlegen einer Hochfrequenzspannung zwischen den beiden Elektroden unter Verwendung der Hochfrequenzleistungsversorgung 107 erzeugt werden. An der unteren Elektrode 105 wird ein Kunststoffelement 200, das mit einer feinen Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, angeordnet. Das Kunststoffelement 200 ist zum Beispiel eine Kunststofflinse. Die untere Elektrode 105 kann auf eine gewünschte Temperatur unter Verwendung einer Kühlvorrichtung 109 abgekühlt werden. Die Kühlvorrichtung 109 ist zum Beispiel von einem Wasserkühler-Typ. Der Grund, weshalb die untere Elektrode 105 abgekühlt wird, ist, um eine Ätzreaktion durch Halten des Substrats 101 bei einer gewünschten Temperatur zu steuern.
  • Die Reaktives-Ionenätzen-Vorrichtung 100A, die in 1 gezeigt ist, und die Vorrichtung zur wasserabweisenden Veredelung 100B, die in 19 gezeigt ist, unterscheiden sich voneinander lediglich in der Verbindung der Hochfrequenzleistungsversorgung 107 mit einer von der oberen und unteren Elektrode. In der Vorrichtung zur wasserabweisenden Veredelung 100B ist die untere Elektrode 105, an der das Kunststoffelement 200, das mit feiner Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, angeordnet wird, geerdet, sodass Ionen kein Ätzen verursachen. In der Vorrichtung zur wasserabweisenden Veredelung 100B wird ein Prozess zur wasserabweisenden Veredelung durchgeführt, indem fluorierte Radikale, die durch Plasma erzeugt werden, zum Anhaften an der Oberfläche der feinen Oberflächenrauigkeit gebracht werden. Ein Atmosphärengas wird ausgewählt und eine Leistung der Hochfrequenzleistungsversorgung sowie eine Bearbeitungszeit werden eingestellt, um die Radikale davon abzuhalten, die feine Rauigkeit zu zerstören. Ein Ätzprozess und ein Prozess zur wasserabweisenden Veredelung können durch Verwendung einer einzigen Vorrichtung durchgeführt werden, die derart konfiguriert ist, dass die Hochfrequenzleistungsversorgung selektiv mit einer von der oberen und unteren Elektrode verbunden werden kann.
  • Tabelle 6 zeigt Bedingungen für einen Prozess zur wasserabweisenden Veredelung. Das Kunststoffelement 200 ist aus Polymethylmethacrylat (PMMA) gefertigt. Tabelle 6
    Gasdruck Art und Strömungsrate von Gas HF-Leistung Bearbeitungstemperatur Bearbeitungszeit
    Bedingungen 1 5 Pa CHF3:50 mL/min 100 W 10 °C 300 s
    Bedingungen 2 1 Pa CHF3:50 mL/min 50 W 10 °C 300 s
  • Als ein Atmosphärengas für den Prozess zur wasserabweisenden Veredelung können Tetrafluormethan oder Schwefelhexafluorid anstelle von Trifluormethan verwendet werden.
  • 20 ist ein Bild eines Wassertropfens, der an einer Oberfläche eines Kunststoffelements gebildet ist, das mit feiner Rauigkeit, die keinen Prozess zur wasserabweisenden Veredelung erfahren hat, bereitgestellt ist. Der Kontaktwinkel, der ein Winkel ist, der durch eine tangentiale Linie an der Oberfläche des Wassertropfens und der Oberfläche des Kunststoffelements in einem Querschnitt senkrecht zu der Oberfläche des Kunststoffelements gebildet ist, beträgt 38,3 Grad.
  • 21 ist ein Bild eines Wassertropfens, der an einer Oberfläche eines Kunststoffelements gebildet ist, das mit feiner Rauigkeit, die einen Prozess zur wasserabweisenden Veredelung unter dem Bedingungssatz 1 aus Tabelle 6 erfahren hat, bereitgestellt ist. Der Kontaktwinkel beträgt 139 Grad. Der Kontaktwinkel hat sich durch das Verfahren zur wasserabweisenden Veredelung erheblich erhöht.
  • 22 ist ein Bild eines Wassertropfens, der an einer Oberfläche eines Kunststoffelements gebildet ist, das mit feiner Rauigkeit, die einen Prozess zur wasserabweisenden Veredelung unter dem Bedingungssatz 2 aus Tabelle 6 erfahren hat, bereitgestellt ist. Der Kontaktwinkel beträgt 137 Grad. Der Kontaktwinkel hat sich durch das Verfahren zur wasserabweisenden Veredelung erheblich erhöht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10241708 A [0006]

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit einer feinen Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, wobei das Verfahren aufweist: einen ersten Schritt, in dem eine feine Rauigkeit, die einen vorbestimmten durchschnittlichen Teilungswert im Bereich von 0,05 Mikrometern bis 1 Mikrometer aufweist, an einer Oberfläche des Kunststoffelements durch reaktives Ionenätzen in einer Atmosphäre eines ersten Gases erzeugt wird, und einen zweiten Schritt, in dem durch reaktives Ionenätzen in einer Atmosphäre eines zweiten Gases, dessen Reaktivität mit dem Kunststoffelement niedriger ist als eine Reaktivität mit dem Kunststoffelement des ersten Gases, ein durchschnittlicher Wert einer Tiefe der feinen Rauigkeit auf einen vorbestimmten Wert im Bereich von 0,15 Mikrometern bis 1,5 Mikrometer eingestellt wird, während der vorbestimmte durchschnittliche Teilungswert im Wesentlichen beibehalten wird.
  2. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit einer feinen Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, gemäß Anspruch 1, wobei das erste Gas Schwefelhexafluorid (SF6), eine Mischung aus Schwefelhexafluorid und mindestens einem von Sauerstoff (O2) und Argon (Ar) oder Sauerstoff ist.
  3. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit einer feinen Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Gas, das im zweiten Schritt verwendet wird, Trifluormethan (CHF3), eine Mischung aus Trifluormethan und mindestens einem von Sauerstoff (O2) und Argon (Ar), Tetrafluormethan (CF4) oder eine Mischung aus Tetrafluormethan und mindestens einem von Sauerstoff und Argon ist.
  4. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit einer feinen Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend einen dritten Schritt, in dem durch Plasmabehandlung in einer Atmosphäre eines dritten Gases fluorierte Radikale zum Anhaften an der Oberfläche der feinen Rauigkeit gebracht werden, während Ionen davon abgehalten werden, Ätzen zu verursachen.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit einer feinen Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, gemäß Anspruch 4, wobei das dritte Gas Trifluormethan, Tetrafluormethan oder Schwefelhexafluorid ist.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit einer feinen Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Kunststoffelement ein optisches Element ist.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffelements, das mit einer feinen Oberflächenrauigkeit bereitgestellt ist, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die feine Rauigkeit eine feine Entspiegelungsrauigkeit ist.
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