EP3191614A1 - Verfahren zum reduzieren der schmutzhaftung an einem substrat - Google Patents

Verfahren zum reduzieren der schmutzhaftung an einem substrat

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EP3191614A1
EP3191614A1 EP15763294.4A EP15763294A EP3191614A1 EP 3191614 A1 EP3191614 A1 EP 3191614A1 EP 15763294 A EP15763294 A EP 15763294A EP 3191614 A1 EP3191614 A1 EP 3191614A1
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EP
European Patent Office
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substrate
deposited
thin
layer
closed layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15763294.4A
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French (fr)
Inventor
Steffen Günther
Cindy STEINER
Jörg KUBUSCH
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5873—Removal of material
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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the adhesion of dirt to a substrate and in particular to substrates having a plastic surface.
  • EP 1 238 71 7 A2 Another method of applying a filler material followed by embossing a structure is known from EP 1 238 71 7 A2.
  • shapes are formed on the basis of a mathematical function as a structure, which requires complex process control requires.
  • WO 2006/021 507 A1 a structured surface is built up by means of an electrochemical deposition method.
  • the invention is therefore based on the technical problem of providing a method by means of which the disadvantages of the prior art are overcome.
  • a structure on the surface of a substrate is therefore based on the technical problem of providing a method by means of which the disadvantages of the prior art are overcome.
  • Substrate is first deposited in a first process step, a thin, not completely closed layer of a material by means of a vacuum coating process on at least one surface region of the substrate.
  • the term thin, incompletely closed layer is to be understood in the sense of the invention that the layer thickness is less than 1 00 nanometers and that the surface area after the coating process has both a plurality of subregions on which layer material is deposited, as well as a plurality of Subareas on which no layer material is deposited.
  • An incompletely closed layer can be produced, for example, by placing a mask over the substrate, whereby only a few partial areas on the substrate are covered with a layer material during a coating process. According to the invention, however, an incompletely closed layer is preferably deposited without a mask by using a mask
  • Coating process such a low coating rate is chosen when no more the entire surface of the substrate is coated with layer material, but only individual portions of the substrate surface are covered with laminated islands. Setting a required low coating rate depends on the particular coating process used and can be determined by laboratory experiments. By depositing the thin, incompletely closed layer, the surface on the substrate already acquires a first roughness that is conducive to the lotus effect, thereby reducing soil adhesion to the substrate.
  • vacuum deposition processes with a low deposition rate are suitable for depositing such a thin, not completely closed layer on a substrate.
  • the vacuum coating process can also be operated reactively.
  • the substrate is coated with a moving substrate by means of a dynamic deposition process
  • vacuum coating processes with a deposition rate of up to 30 nm m / min are suitable.
  • the thin, not completely closed layer is deposited by means of magnetron sputtering. With magnetron sputtering, the deposition rate downwards can be chosen almost arbitrarily small.
  • the deposition rate can also be set so low that on the surface area a surface coverage of deposited material is achieved, which is not even sufficient for the formation of a single fully closed atomic layer or molecular layer of the deposited material. In any case, this procedure ensures that a thin, incompletely closed layer is formed on the surface area of the substrate. Since in the novel deposition of the thin, non-closed layer only the surface roughness achieved thereby is in the foreground, the material of the deposited layer plays only a minor role. If the thin, non-closed layer is deposited by means of magnetron sputtering, it is therefore also possible to use all materials that can be deposited on the substrate by means of magnetron sputtering.
  • not completely closed layers were deposited by means of magnetron sputtering, which contained at least one of the elements from the group silicon, zinc, titanium, tin or aluminum and which were all suitable for the inventive method.
  • the aforementioned chemical elements are deposited as oxide in a reactive process in the presence of an oxygen-containing gas.
  • the formation of an incompletely closed layer can be more easily adjusted than in a metallic deposition process, because the present Oxygen leads to the formation of oxides on the target surface, which reduces the deposition rate.
  • atomic layer deposition processes and layer materials known from atomic layer deposition
  • deposition processes are also known by the term atomic layer deposition or shortened ALD. If the feed rate of the substrate is set sufficiently high during dynamic coating of a substrate by means of ALD, a thin, not completely closed layer can also be formed by means of ALD. Again, it can be easily determined in laboratory tests, which feed rate is required for the formation of a not completely closed layer.
  • the thin, incompletely closed layer is deposited on the surface region of the substrate, at least this surface region is subjected to accelerated ions in a second process step and thus an ion etching process is carried out, whereby the surface region is finally given a roughness effecting the lotus effect.
  • the ions of a plasma generated by means of a sputtering magnetron can be used for this method step. This is particularly advantageous if the thin, not completely closed layer is already deposited by means of magnetron sputtering, because then the same system technology and at least similar pressures in the process chamber can be used for both method steps.
  • all other processes known for ion etching are also suitable for the second process step.
  • the carrying out of the ion etching by means of a magnetron plasma is particularly suitable for reducing the dirt adhesion to plastic substrates or to substrates which have at least one covering layer made of plastic. It is believed that the energy of the accelerated ions from a magnetron plasma correlates in particular with the binding energy of molecules of a plastic, that is, the energy of the accelerated and directed to the substrate ions is so large to knock out particles with a size from the surface leads to a roughness that is conducive to the lotus effect.
  • the inventive method is characterized by a number of advantages.
  • the method according to the invention is very economical, because only a very thin and not completely closed layer is deposited, whereby only a small amount of layer material is required.
  • the method according to the invention also works without a complicated masking step in order to work out a surface structure required for the lotus effect from a cover layer.
  • Such a masking step is already inherent in the method of the invention.
  • ions stick to these islands of material.
  • the larger a material island the larger the number of adhering ions and the greater the repelling effect that such a material island exerts on the direction of the substrate surface due to the adhering ions in the further course of the etching process.
  • individual subregions on the surface of the substrate are influenced to a different extent by the ion etching, which in turn has a positive effect on the achievable surface roughness.
  • the method according to the invention thus also excels in ion etching by a type of self-organizing masking, for which no additional effort has to be made. The present invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.
  • a belt-shaped substrate formed as a fluoropolymer ETFE was treated in a dynamic process according to the invention for producing a dirt-repellent surface.
  • the ETFE substrate was wrapped at a belt speed of 1.3 m / min.
  • the ETFE substrate was passed past two process stations positioned one behind the other. These process stations each comprised a double magnetron system, which is typically used for layer deposition by means of cathode sputtering. Both process stations were operated with a polar pulsed voltage, the pulse frequency was 50 kHz.
  • the fed-in power of the process stations was 4 kW for the first station and 8 kW for the second station.
  • the double magnetron was equipped with targets, which consisted of a zinc-tin alloy.
  • the second station had magnesium targets.
  • both process stations were operated in reactive mode.
  • the first station was responsible for the first process step, to produce a very thin and not completely closed layer on the plastic substrate. In this case, it was exploited that the supplied reactive oxygen gas causes oxidation of the magnetron targets and thereby the deposition rate on the ETFE substrate compared to a
  • the magnesium target material of the second station has no appreciable coating rate in fully reactive mode.
  • it is the oxygen ions generated in the magnetron plasma that attack and degrade the polymer material. In particular, this naturally occurs at the surface subregions of the plastic substrate where the material applied to the first station is absent.
  • the role of the ETFE substrate has not been fully addressed by the method of the invention.
  • One end of the tape-shaped ETFE substrate remained untreated.
  • a first sample was cut out of the area treated according to the invention and a second sample was cut out of the untreated area. Both excised samples were then exposed to free-weather weathering for several months. At regular intervals, the contamination of the samples was examined. For this purpose, the determination of the optical transmission in the samples was resorted to. If the surfaces foul, the transmission of the samples should be lower. A comparison of the respective transmission changes to the associated initial value therefore makes it possible to make a qualitative statement regarding the contamination of a sample.
  • FIG. 1 shows graphically the difference between the optical transmission of the sample treated according to the invention and the optical transmission of the untreated sample. It can be seen from FIG. 1 that the difference between the two samples with respect to the optical transmission increases continuously over time. The lower transmission loss of the sample treated according to the invention compared to the untreated sample leads to the conclusion that the sample treated according to the invention is less polluted during the observation period than the untreated sample.
  • the method according to the invention can thus be used particularly advantageously for components having an optical function or for decorative components and there causes the reduction of the regular cleaning effort and, accordingly, the increase in cost-effectiveness.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren der Schmutzhaftung an einem Substrat, wobei zumindest auf einem Oberflächenbereich des Substrates eine dünne, nicht vollständig geschlossene Schicht eines Materials mittels eines Vakuumbeschichtungsprozesses abgeschieden wird und der Oberflächenbereich anschließend mit beschleunigten Ionen beaufschlagt wird.

Description

Verfahren zum Reduzieren der Schmutzhaftung an einem Substrat
Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren der Schmutzhaftung an einem Substrat und insbesondere an Substraten mit einer Kunststoffoberfläche.
Oberflächen weisen insbesondere in exponierter Umgebung einen Hang zum Verschmutzen auf. Derartige Verschmutzungen können mannigfaltiger Natur sein, degradieren aber in jedweder Form die Eigenschaften von Oberflächen. Sobald die Oberflächen darüber hinaus Körpern angehören, die optische Funktionen aufweisen, bewirken Verschmutzungen auf diesen Oberflächen zum Beispiel eine verminderte optische Transmission des Lichtes durch diese Körper hindurch. Beispielhaft hierfür seien die frontseitigen Abdeckungen von Solarmodulen genannt. Um über mehrere Jahre hinweg die Leistungsfähigkeit derartiger Module aufrecht zu erhalten, sind umfangreiche und teure Maßnahmen zum Reinigen der Oberflächen notwendig. Nur dadurch wird gewährleistet, dass die stattfindende Verschmutzung der Solarmodule keinen starken Einfluss auf den Energieertrag hat. Nachteilig sind dabei neben den allgemeinen Aufwendungen für eine derartige Reinigung, dass nicht nach Notwendigkeit, sondern nach vorgegebenen Zeiträumen eine Reinigung erfolgt. Ver- schmutzungen können dadurch bis zur nächsten stattfindenden Reinigung die Leistungsfähigkeit derartiger Solarmodule verringern.
Wirtschaftlicher ist es, eine Oberfläche derart zu gestallten, dass diese weniger zum Verschmutzen neigt. Es ist bekannt, Oberflächen mit Eigenschaften auszubilden, die eine Wirkung auf Basis des Lotoseffekts erzielen. Geschaffen wird eine solche Oberfläche häufig durch aufwendige Strukturierungsmaßnahmen, wie sie zum Beispiel in DE 1 01 34 362 A1 beschrieben sind. Hier werden mit einem aufwendigen Herstellungsprozess mittels Ab- formung geometrisch streng definierte Strukturen in einem zusätzlich aufgebrachten Material erzeugt. Dementsprechend gestaltet sich das Übertragen derartiger Strukturen auf große Flächen aufwendig. Das Übertragen von Strukturen auf ein additiv aufgebrachtes Material wird auch in DE 101 38 036 A1 beschrieben.
Ein weiteres Verfahren des Auftragens eines Zusatzmaterials mit anschließendem Prägen einer Struktur ist aus EP 1 238 71 7 A2 bekannt. H ierbei werden Formen auf Basis einer mathematischen Funktion als Struktur ausgebildet, was eine aufwändige Prozessführung erfordert. Ferner wird auch in WO 2006/021 507 A1 eine strukturierte Oberfläche mittels eines elektrochemischen Abscheideverfahrens aufgebaut.
Allen genannten Verfahren ist gemein, dass ein Zusatzmaterial auf die ursprüngliche Oberfläche aufgebracht werden muss. Das Anbinden des Zusatzmaterials an die Oberfläche stellt in der Praxis immer eine Schwachstelle dar, da derartig aufgebrachte Schichten zum Ablösen neigen. Weiterhin ist allen bekannten Verfahren gemein, dass das Strukturieren mittels sehr komplexer Methoden durchgeführt wird, um den angesprochen Lotoseffekt zu erzielen.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mittels dessen die Nachteile aus dem Stand der Technik überwunden werden. Insbesondere soll mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Struktur auf der Oberfläche eines
Substrates geschaffen werden, welche die Schmutzhaftung am Substrat reduziert. Dabei soll das Verfahren gegenüber dem Stand der Technik mit einem verminderten technischen Aufwand durchführbar sein.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Reduzieren der Schmutzhaftung an einem
Substrat wird zunächst in einem ersten Verfahrensschritt eine dünne, nicht vollständig geschlossene Schicht eines Materials mittels eines Vakuumbeschichtungsprozesses auf zumindest einem Oberflächenbereich des Substrates abgeschieden. Unter dem Begriff einer dünnen, nicht vollständig geschlossenen Schicht ist im Erfindungssinn zu verstehen, dass die Schichtdicke weniger als 1 00 Nanometer beträgt und dass der Oberflächenbereich nach dem Beschichtungsprozess sowohl eine Vielzahl von Teilbereichen aufweist, auf denen Schichtmaterial abgeschieden ist, als auch eine Vielzahl von Teilbereichen, auf denen kein Schichtmaterial abgeschieden ist. Eine unvollständig geschlossene Schicht kann beispielsweise hergestellt werden, indem eine Maske über dem Substrat angeordnet wird, wodurch bei einem Beschichtungsprozess nur vereinzelte Teilbereiche auf dem Substrat mit einem Schichtmaterial bedeckt werden. Erfindungsgemäß wird eine unvollständig geschlossene Schicht jedoch vorzugsweise ohne eine Maske abgeschieden, indem bei einem
Beschichtungsprozess eine so niedrige Beschichtungsrate gewählt wird, bei der nicht mehr die gesamte Oberfläche des Substrates mit Schichtmaterial beschichtet wird, sondern nur noch einzelne Teilbereiche der Substratoberfläche mit Schichtmaterialinseln bedeckt werden. Das Einstellen einer hierfür erforderlichen geringen Beschichtungsrate ist vom jeweilig verwendeten Beschichtungsprozess abhängig und kann durch Laborversuche ermittelt werden. Durch das Abscheiden der dünnen, nicht vollständig geschlossenen Schicht erlangt die Oberfläche auf dem Substrat bereits eine erste Rauigkeit, die dem Lotoseffekt förderlich ist, wodurch die Schmutzhaftung am Substrat verringert wird.
Für das Abscheiden einer solchen dünnen, nicht vollständig geschlossenen Schicht auf einem Substrat sind insbesondere Vakuumbeschichtungsprozesse mit geringer Abscheiderate geeignet. Dabei kann der Vakuumbeschichtungsprozess auch reaktiv betrieben werden. Wird das Substrat mittels eines dynamischen Abscheidevorgangs also bei einem bewegten Substrat beschichtet, sind Vakuumbeschichtungsprozesse mit einer Abscheiderate von bis zu 30 nm m/min geeignet. Bevorzugt wird die dünne, nicht vollständig geschlossene Schicht mittels Magnetron-Sputtern abgeschieden. Beim Magnetron-Sputtern kann die Abscheiderate nach unten hin nahezu beliebig klein gewählt werden. So kann die Abscheiderate auch nur so gering eingestellt werden, dass auf dem Oberflächenbereich eine Flächenbelegung mit abgeschiedenem Material erzielt wird, die noch nicht einmal für das Ausbilden einer einzigen vollständig geschlossenen Atomlage oder Moleküllage des abgeschiedenen Materials ausreicht. Bei dieser Vorgehensweise wird auf jeden Fall sichergestellt, dass eine dünne, nicht vollständig geschlossene Schicht auf dem Oberflächenbereich des Substrates ausgebildet wird. Da beim erfindungsgemäßen Abscheiden der dünnen, nicht geschlossenen Schicht lediglich die dadurch erzielte Oberflächenrauigkeit im Vordergrund steht, spielt das Material der abgeschiedenen Schicht nur eine untergeordnete Rolle. Wird die dünne, nicht geschlossene Schicht mittels Magnetron-Sputtern abschieden, können daher auch alle Materialien verwendet werden, die mittels Magnetron-Sputtern auf dem Substrat abgeschieden werden können. So wurden beispielsweise bei Labortests dünne, nicht vollständig geschlossene Schichten mittels Magnetron-Sputtern abgeschieden, die zumindest eines der Elemente aus der Gruppe Silizium, Zink, Titan, Zinn oder Aluminium enthielten und die allesamt für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet waren. Bevorzugt werden die vorher genannten chemischen Elemente in einem reaktiven Prozess bei Anwesenheit eines sauerstoffhaltigen Gases als Oxid abgeschieden. Bei einem solchen reaktiven Abscheideprozess lässt sich das Ausbilden einer nicht vollständig geschlossenen Schicht leichter einstellen als bei einem metallischen Abscheideprozess, weil der anwesende Sauerstoff zum Ausbilden von Oxiden auf der Targetoberfläche führt, was die Abscheiderate verringert.
Alternativ sind für das Abscheiden der dünnen, nicht vollständig geschlossenen Schicht aber auch andere Vakuumprozesse und andere Schichtmaterialien verwendbar, wie beispielsweise Prozesse und Schichtmaterialien, die von der Atomlagenabscheidung her bekannt sind. Derartige Abscheideprozesse sind auch unter dem Begriff Atomic-Layer-Deposition oder verkürzt ALD bekannt. Wird beim dynamischen Beschichten eines Substrates mittels ALD die Vorschubgeschwindigkeit des Substrates hinreichend hoch eingestellt, kann auch mittels ALD eine dünne, nicht vollständig geschlossene Schicht ausgebildet werden. Auch hierbei lässt sich in Laborversuchen einfach ermitteln, welche Vorschubgeschwindigkeit für das Ausbilden einer nicht vollständig geschlossenen Schicht erforderlich ist.
Ist die dünne, nicht vollständig geschlossene Schicht auf dem Oberflächenbereich des Substrates abgeschieden, wird zumindest dieser Oberflächenbereich in einem zweiten Verfahrensschritt mit beschleunigten Ionen beaufschlagt und somit ein lonenätzprozess durchgeführt, wodurch dem Oberflächenbereich endgültig eine Rauigkeit verliehen wird, bei der der Lotoseffekt zum Tragen kommt. Für diesen Verfahrensschritt können beispielsweise die Ionen eines Plasmas verwendet werden, dass mittels eins Sputter-Magnetrons erzeugt wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn bereits die dünne, nicht vollständig geschlossene Schicht mittels Magnetron-Sputtern abgeschieden wird, weil dann für beide Verfahrensschritte dieselbe Anlagentechnik und zumindest ähnliche Drücke in der Prozesskammer verwendet werden können. Für den zweiten Verfahrensschritt sind jedoch auch alle anderen Prozesse geeignet, die für das lonenätzen bekannt sind.
Das Durchführen des lonenätzens mittels eines Magnetronplasmas ist insbesondere für das Verringern der Schmutzhaftung an Kunststoffsubstraten bzw. an Substraten, die zumindest eine Deckschicht aus Kunststoff aufweisen, geeignet. Es wird vermutet, dass die Energie der beschleunigten Ionen aus einem Magnetronplasma insbesondere mit der Bindungsenergie von Molekülen eines Kunststoffes korreliert, dass also die Energie der beschleunigten und auf das Substrat gerichteten Ionen so groß ist, um Partikel mit einer Größe aus der Oberfläche herauszuschlagen, die zu einer Rauigkeit führt, die dem Lotoseffekt förderlich ist. Eine Verringerung der Schmutzhaftung durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem das lonenätzen mittels eines Magnetronplasmas durchgeführt wurde, konnte aber auch bei metallischen Oberflächen nachgewiesen werden. Gegenüber dem Stand der Technik zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch eine Reihe von Vorteilen aus. Zunächst einmal ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr wirtschaftlich, weil nur eine sehr dünne und nicht vollständig geschlossene Schicht abgeschieden wird, wobei nur wenig Schichtmaterial benötigt wird. Des Weiteren kommt das erfindungsgemäße Verfahren auch ohne einen aufwändigen Maskierungsschritt aus, um eine für den Lotoseffekt erforderliche Oberflächenstruktur aus einer Deckschicht herauszuarbeiten. Ein solcher Maskierungsschritt ist dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits inhärent. Indem das Material auf dem Oberflächenbereich des Substrates mit geringer Menge nur dünn aufgesprenkelt wird, um eine dünne, nicht vollständig geschlossenen Schicht abzuscheiden, bilden sich auf dem Oberflächenbereich des Substrates eine Vielzahl von Materialinseln unterschiedlicher Größe und mit stochastischem Verteilungsmuster aus, was bereits zu einer ersten Maskierung der Substratoberfläche führt. Beim lonenätzen bleiben an diesen Materialinseln Ionen haften. Je größer eine Materialinsel ist, je größer ist auch die Anzahl der anhaftenden Ionen und je größer ist auch der abstoßende Effekt, den eine solche Materialinsel aufgrund der anhaftenden Ionen im weiteren Laufe des Ätzprozesses auf die Richtung Substratoberfläche hin beschleunigten Ionen ausübt. D. h., einzelne Teilbereiche auf der Oberfläche des Substrates werden durch das lonenätzen unterschiedlich stark be- einflusst, was sich wiederum positiv auf die erzielbare Oberflächenrauigkeit auswirkt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich somit beim lonenätzen auch durch eine Art sich selbst organisierender Maskierung aus, für den kein zusätzlicher Aufwand betrieben werden muss. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dabei verwendeten Substrat- und Schichtmaterialien sowie die eingestellten Anlagen- und Prozessparameter sind nur beispielhaft angegeben und beschränken nicht den Schutzumfang der Erfindung. In einer Folienbehandlungsanlage wurde ein als Fluorpolymer ETFE ausgebildetes bandförmiges Substrat in einem dynamischen erfindungs- gemäßen Verfahren zum Herstellen einer schmutzabweisenden Oberfläche behandelt. Das ETFE-Substrat wurde dabei mit einer Bandgeschwindigkeit von 1 ,3 m/min umgewickelt. Während des einmaligen Umwickeins wurde das ETFE-Substrat an zwei hintereinander positionierten Prozessstationen vorbeigeführt. Diese Prozessstationen umfassten jeweils ein Doppelmagnetronsystem, welches typischerweise zur Schichtabscheidung mittels Kathoden- Zerstäubung genutzt wird. Betrieben wurden beide Prozessstationen jeweils mit einer bi- polar gepulsten Spannung, wobei die Pulsfrequenz 50 kHz betrug. Die eingespeiste Leistung der Prozessstationen betrug 4 kW für die erste und 8 kW für die zweite Station. Bei der ersten Station war das Doppelmagnetron mit Targets bestückt, welche aus einer Zink-Zinn- Legierung bestanden. Die zweite Station wies Magnesiumtargets auf. Durch den Einlass von Sauerstoff in die Prozesskammer wurden beide Prozessstationen im reaktiven Modus betrieben. Der ersten Station oblag der erste Verfahrensschritt, eine sehr dünne und nicht vollständig geschlossene Schicht auf dem Kunststoffsubstrat zu erzeugen. H ierbei wurde ausgenutzt, dass das zugeführte Reaktivgas Sauerstoff ein Oxidieren der Magnetron-Targets bewirkt und dadurch die Abscheiderate auf dem ETFE-Substrat gegenüber einer
Beschichtung ohne Sauerstoff verringert. In zuvor durchgeführten Laborversuchen wurde die Zuflussmenge an Sauerstoff ermittelt, bei der das verwendete Targetmaterial aus einer Zink-Zinn-Legierung im reaktiven Modus eine zwar nur geringe, aber dennoch vorhandene Beschichtungsrate gewährleistet, bei der eine Vielzahl von inselhaft ausgebildeten Materialanhäufungen auf dem Substrat abgeschieden und somit eine nicht vollständig geschlossene Schicht auf dem Substrat ausgebildet wird. Dadurch, dass beim Durchlaufen der ersten Station eine nicht vollständig geschlossene Schicht hergestellt wurde, konnte bereits eine Rauheitserhöhung an der Oberfläche des ETFE-Substrates erreicht werden, die für das Ausbilden des Lotoseffektes wichtig ist. Des Weiteren wurde durch das dünne Aufsprenkeln des Schichtmaterials an der ersten Doppelmagnetron-Station und das dadurch erfolgte Abscheiden einer dünnen, nicht vollständig geschlossenen Schicht bereits eine erste Maskierung der Oberfläche des ETFE-Substrates erreicht.
Das Magnesium-Targetmaterial der zweiten Station weist hingegen im vollreaktiven Modus keine nennenswerte Beschichtungsrate auf. Jedoch sind es hier die im Magnetronplasma generierten Sauerstoffionen, die das Polymermaterial angreifen und degradieren. Insbesondere findet dies natürlich an den Oberflächenteilbereichen des Kunststoffsubstrates statt, an denen das mit der ersten Station aufgebrachte Material nicht vorhanden ist.
Außerdem findet während des lonenbombardements eine weitere, aufgrund der zuvor beschriebenen loneneffekte auf der nicht vollständig geschlossenen Schicht, selbst- organisierte Maskierung des Substrates statt. Das Sauerstoffplasma ätzt die Oberfläche des Kunststoffsubstrates somit lokal begrenzt unterschiedlich stark und erzeugt auf diese Weise eine dem Lotoseffekt förderliche Nanostruktur.
Die Rolle des ETFE-Substrates wurde jedoch nicht vollständig mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt. Ein Ende des bandförmigen ETFE-Substrates blieb unbehandelt. Nach dem erfindungsgemäßen Behandeln der Rolle wurde aus dem erfindungsgemäß behandelten Bereich eine erste Probe ausgeschnitten und aus dem unbehandelten Bereich eine zweite Probe ausgeschnitten. Beide ausgeschnittenen Proben wurden danach einer Bewitterung unter freiem H immel über mehrere Monate ausgesetzt. In regelmäßigen Abständen wurde die Verschmutzung der Proben untersucht. Zu diesem Zweck, wurde auf das Ermitteln der optischen Transmission bei den Proben zurückgegriffen. Verschmutzen die Oberflächen, sollte die Transmission der Proben geringer werden. Ein Vergleich der jeweiligen Transmissionsänderungen zum zugehörigen Ausgangswert ermöglicht deshalb eine qualitative Aussage bezüglich der Verschmutzung einer Probe.
Über einen Zeitraum von mehreren Monaten hinweg wurde zu verschiedenen Zeitpunkten die optische Transmission der Proben ermittelt. Überraschend zeigten sich Unterschiede im zeitlichen Verlauf der Transmissionsänderungen beim Vergleich der erfindungsgemäß behandelten und der unbehandelten Probe. Über die Bewitterungsdauer hinweg zeigte sich, dass sich die optische Transmission der behandelten Probe weniger stark verringerte als die optische Transmission der unbehandelten Probe und somit, dass die behandelte Probe weniger stark verschmutzte als die unbehandelte Probe. In Fig. 1 ist die Differenz der optischen Transmission der erfindungsgemäß behandelten Probe und der optischen Transmission der unbehandelten Probe graphisch dargestellt. Fig. 1 ist zu entnehmen, dass der Unterschied zwischen den beiden Proben bezüglich der optischen Transmission mit der Zeit kontinuierlich zunimmt. Der geringere Transmissionsverlust der erfindungsgemäß behandelten Probe gegenüber der unbehandelten Probe lässt den Schluss zu, dass die erfindungsgemäß behandelte Probe während des Betrachtungszeitraumes weniger verschmutzt ist als die unbehandelte Probe.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit besonders vorteilhaft bei Bauteilen mit einer optischen Funktion oder bei dekorativen Bauteilen angewendet werden und bewirkt dort das Verringern des regelmäßigen Reinigungsaufwandes und dementsprechend das Steigern der Wirtschaftlichkeit.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Reduzieren der Schmutzhaftung an einem Substrat, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest auf einem Oberflächenbereich des Substrates eine dünne, nicht vollständig geschlossene Schicht eines Materials mittels eines Vakuum- beschichtungsprozesses abgeschieden wird und der Oberflächenbereich anschließend mit Ionen beaufschlagt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die dünne, nicht voll- ständig geschlossene Schicht mittels Magnetron-Sputtern abgeschieden wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Magnetrontarget ein Material ausgewählt wird, das mindestens eines der Elemente Zink, Zinn, Silizium, Titan, Aluminium enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die dünne, nicht vollständig geschlossene Schicht mittels eines reaktiven Vakuumbeschichtungsprozesses abgeschieden wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein sauerstoffhaltiges Gas als Reaktivgas verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die dünne, nicht vollständig geschlossene Schicht mittels ALD abgeschieden wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat ein
Kunststoffsubstrat oder ein Substrat mit einer Kunststoffdeckschicht verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material mit einer Menge auf dem Oberflächenbereich des Substrates abgeschieden wird, die nicht ausreichend ist, um den Oberflächenbereich vollständig mit einer Atomlage des Materials zu bedecken.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen einem Plasma entstammen, welches mittels eines Sputter-Magnetrons erzeugt wird.
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