WO2001023916A1 - Verfahren zur herstellung selbstorganisierter strukturen auf einer substratoberfläche - Google Patents

Verfahren zur herstellung selbstorganisierter strukturen auf einer substratoberfläche Download PDF

Info

Publication number
WO2001023916A1
WO2001023916A1 PCT/EP2000/009380 EP0009380W WO0123916A1 WO 2001023916 A1 WO2001023916 A1 WO 2001023916A1 EP 0009380 W EP0009380 W EP 0009380W WO 0123916 A1 WO0123916 A1 WO 0123916A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
state
carried out
treatment
structures
Prior art date
Application number
PCT/EP2000/009380
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Katzenberg
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority to EP00967786A priority Critical patent/EP1216426A1/de
Publication of WO2001023916A1 publication Critical patent/WO2001023916A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1847—Manufacturing methods
    • G02B5/1857—Manufacturing methods using exposure or etching means, e.g. holography, photolithography, exposure to electron or ion beams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/14—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by plasma treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/16—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by wave energy or particle radiation, e.g. infrared heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/18—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by liberation of internal stresses, e.g. plastic memory
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1828—Diffraction gratings having means for producing variable diffraction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2021/00—Use of unspecified rubbers as moulding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2083/00—Use of polymers having silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only, in the main chain, as moulding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0037—Other properties
    • B29K2995/0046—Elastic

Definitions

  • the invention relates to a method for producing self-organized surface structures on a substrate surface of a substrate consisting of an elastic material.
  • the invention is based on the object of developing a method for producing surface structures on a substrate surface of a substrate consisting of an elastic material in such a way that the production of surface structures can be considerably simplified.
  • the surface structure itself should be as resistant as possible.
  • a method according to the preamble of claim 1 is further developed in that the substrate surface is one, the inner structure of the Substrate in a layer near the surface is subjected to physical and / or chemical surface treatment that changes in such a way that the elasticity behavior and / or the state of tension within the layer of the substrate near the surface differs from the elasticity or the state of tension of the rest of the substrate.
  • the surface treatment is carried out either in a stretched state of the substrate, the surface structures forming independently or self-organizing by relaxing the substrate.
  • the idea on which the invention is based is based on a targeted influence on the material of the substrate itself, but is limited only to a layer of the substrate close to the surface, so that in particular the elasticity behavior of the substrate material changes in a targeted manner through the corresponding surface treatment.
  • the surface treatment of the near-surface layer of the substrate, which is connected in one piece to the substrate, is particularly advantageous of the method according to the invention. In this way it can be avoided that a layer detachment occurs, as is the case with known, generic production methods in which the substrate is subjected to an additional surface layer.
  • the substrate consists of an elastic material, preferably of elastomeric polymers such as polydimethylsiloxane (PDMS) or of vinyl polysiloxane.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • vinyl polysiloxane any other elastic materials can also be used in order to use them as a substrate for the surface treatment to be described in more detail below.
  • the substrate is preferably brought into a stretched state, which can be brought about, for example, by mechanical or thermal stretching. In the case of mechanical expansion, curved support surfaces are suitable, over which the surface substrate can be stretched.
  • a uniaxial stress state can be produced, which is essential for a self-adjusting or self-organizing surface structure.
  • the substrate undergoes a surface treatment on its substrate surface which changes the modulus of elasticity (modulus of elasticity) and / or the state of tension of the substrate material only in an upper layer region.
  • Suitable surface treatments are electron or ion beam treatments (plasma treatments), through which the substrate surface is exposed to the corresponding electrically charged particles.
  • Such a surface treatment induces fragmentation and crosslinking processes in the substrate surface, which lead to a change in the degree of crosslinking in the substrate surface and to the reduction of any tensions (by breaking the network, chain segments can relax).
  • the mechanical parameters such as the E-module, also change.
  • the dimensioning of the self-organizing surface structure can be influenced by specifically modifying the degree of crosslinking within the layer near the surface. It is also possible to vary the periodicity and the amplitude of the surface structures that are formed by a suitable choice of material, the thickness of the substrate itself and the thickness of the surface-treated layer. The period and amplitude of the surface ripple can also be changed subsequently, ie after the surface treatment has been carried out, by mechanical or thermal expansion of the one-piece layer system which forms.
  • the elastic surface substrate is not stretched in one direction, as in the case mentioned above, but in several directions, for example by stretching the substrate over a surface on a spherical or aspherical base surface, a multi-axis stress state is achieved.
  • a multi-dimensional state of tension produced in this way results in a fractal surface structure after appropriate surface treatment and relaxation, which is suitable, for example, for producing antireflection layers.
  • Typical dimensions of the self-organizing surface structures range from a few 100 ⁇ m to the submicrometer range. This primarily means the periodicity of the structure repetitions that occur in the case of ordered surface structures.
  • Such parallel Periodic structures are particularly suitable for optical gratings that can be used in a variety of ways.
  • optical strain gauges can be realized using such gratings, a characteristic variable for the current state of strain being the changing grating constant, which can be detected with the aid of optical measuring methods.
  • the associated low costs are of particular advantage of the production method according to the invention.
  • the process does not require any lithographic exposure steps, which are a factor determining the production costs in known processes.
  • the surface treatments in question which are fundamentally capable of changing the internal structure of the substrate in its uppermost surface layer, are radiation processes in which electrons or ions, preferably argon ions, strike the substrate surface.
  • electrons or ions preferably argon ions
  • the dimensions of the surface structure can largely be determined as desired by the choice of the radiation dose and dose rate.
  • Fig. 1a the cross section through a flat elastic substrate 1 is shown.
  • the substrate 1 of thickness d 0 is converted into a defined stress state by mechanical stretching, in which tensile stresses ⁇ act on the right and left side of the substrate 1, which transform the substrate 1 into a predetermined stress state.
  • the generation of the stress state can be carried out by appropriate traction means which act on both sides of the substrate 1 to be stretched.
  • a common, as simple as possible way of converting the substrate into a predefined stress state is to place the substrate on a curved surface with a predetermined radius.
  • a 4 cm long, 0.5 cm wide and 1 mm thick strip of polydimethylsiloxane (PDMS) was bent over a curved surface with a radius of 5 cm, fastened and then under high vacuum for about 5 minutes with an argon ion plasma treated.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • FIG. 1 b This step is shown in FIG. 1 b, in which the substrate 1 is structurally changed by the bombardment of the argon ions in its layer 2 near the surface.
  • the structural change causes a change in the elasticity module E and the reduction of the mechanical stresses in the thin surface layer.
  • the layer 2 near the surface has an elastic modulus E1 which differs from the elastic modulus E 0 of the starting substrate 1.
  • the structural change within the material structure of the substrate 1 that forms during the irradiation with argon ions is limited to a layer close to the surface with a layer thickness d- ⁇ . Typical layer thicknesses di are a few nm to ⁇ m. 1c shows the state which arises after the stretched surface substrate has been relaxed.
  • Typical ion beam powers are 0.15 W / cm 2 at a DC potential of 160 V.
  • Average beam durations in which the substrate surface is exposed to bombardment with argon ions are from one to a few minutes.
  • the surface treatment of the substrate can also be carried out by irradiation with electrons, for example with an energy of 10keV.
  • irradiation with electrons for example with an energy of 10keV.
  • optical “low-cost” gratings can be produced which can be used in the context of a passively optically readable strain gauge.
  • Another area of application for self-organized corrugated surfaces is their use as anti-reflection layers.
  • Another alternative possibility for the production of self-organized elastomer surfaces is the coating of the elastomer substrates with a thin, stress-free adsorbate layer. Given a sufficiently good adhesion between the elastomeric substrate and the adsorbate, almost all materials of the material groups metals, ceramics and polymers are suitable as adsorbate.
  • An approximately 9 cm long, 2.5 cm wide and 1 mm thick strip of PDMS was bent over a curved surface with a radius of 20 cm, fastened and then vapor-coated with 5 nm titanium as an adhesion promoter and 50 nm silver. The resulting waviness of the surface of the composite was established with a period of approx. 10 ⁇ m after the PDMS strip was relaxed. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung von Oberflächenstrukturen auf einer Substratoberfläche eines, aus einem elastischen Werkstoff bestehenden Substrates. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Substratoberfläche einer, die innere Struktur des Substrates in einer oberflächennahen Schicht verändernden physikalischen und/oder chemischen Oberflächenbehandlung derart unterzogen wird, dass sich das Elastizitätverhalten und/oder der Spannungszustand innerhalb der oberflächennahen Schicht des Substrates von der Elastizität bzw. des Spannungszustandes des übrigen Substrates unterscheidet, und dass die Behandlung entweder in einem gedehnten Zustand des Substrates durchgeführt wird, wobei sich die Oberflächenstrukturen durch Entspannen des Substrates bilden, oder in einem entspannten Zustand des Substrates durchgeführt wird, wobei sich die Oberflächenstrukturen durch Dehnen des Substrates bilden.

Description

Verfahren zur Herstellung selbstorganisierter Strukturen auf einer Substratoberfläche
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von selbstorganisierten Oberflächenstrukturen auf einer Substratoberfläche eines, aus einem elastischen Werkstoff bestehenden Substrates.
Stand der Technik
Oberflächenstrukturen, gleichwohl ob es sich dabei um periodisch oder stochastisch verteilte Strukturanordnungen handelt, können mit elektromagnetischen Strahlen in verschiedenartige Wechselwirkung treten. Liegen die Strukturdimensionen oberhalb der Größenordnung der auf die Strukturoberfläche auftreffenden elektromagnetischen Wellenlänge, so treten im Falle periodisch angeordneter Oberflächenstrukturen Beugungseffekte auf, durch die elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Wellenlänge durch die strukturierte Oberfläche in einen bestimmten Raumwinkel gerichtet reflektiert wird. Die Herstellung derartiger optischer Oberflächengitter erfolgt in an sich bekannter Weise mit Hilfe lithographischer Verfahren kombiniert mit ätztechnischen Prozeßschritten, die jedoch aufgrund der Vielzahl hintereinander durchzuführender Arbeitsschritte komplizierte und dadurch aufwendige und teure Herstellungsverfahren darstellen. Zwar kann die Anzahl der für die Strukturgeometrie verantwortlichen, maskenunterstützten Belichtungsschritte deutlich reduziert werden, falls die entsprechend mit einem Photolack versehene, zu strukturierende Substratoberfläche mit holographisch erzeugten Interferenzmustern belichtet wird, doch setzt diese Technik teure Anlagenkomponenten voraus, so daß auch mit diesen bekannten Herstellungsverfahren gewonnene strukturierte Oberflächen mit hohen Kosten verbunden sind.
Die Herstellung von strukturierten Oberflächen mit stochastisch verteilten Strukturgeometrien und Dimensionen kleiner der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung dienen in erster Linie als Anti-Reflexionsschichten und finden in der jüngsten Literatur unter dem Begriff „Mottenaugen- Strukturoberflächen" Eingang. Diese stochastisch verteilten Oberflächenstrukturen können ebenfalls mit den bekannten Herstellungsverfahren, die im wesentlichen auf lithographischen Verfahren kombiniert mit selektiven Materialabtrageverfahren basieren mit Strukturdimensionen bis hinab zu 200 nm hergestellt werden. Diese Verfahren stellen jedoch ebenso aufwendige und kostenintensive Verfahren dar.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Oberflächenstrukturen auf einer Substratoberfläche eines, aus einem elastischen Werkstoff bestehenden Substrates derart weiterzubilden, daß die Herstellung von Oberflächenstrukturen erheblich vereinfacht werden kann. Insbesondere soll es möglich sein, mit einem Minimalaufwand von Arbeitsschritten eine Substratoberfläche mit einer gewünschten Oberflächenstruktur zu versehen. Die Oberflächenstruktur selbst soll möglichst widerstandsfähig sein. Die bei bekannten Herstellungsverfahren, bei denen strukturierte Oberflächen schichtförmig auf ein darunter befindliches Substrat aufgebracht werden, auftretenden Ablöseprobleme zwischen Oberflächenschicht und darunter befindlichem Substrat sollen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vollständig ausgeschlossen werden.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch weitergebildet, daß die Substratoberfläche einer, die innere Struktur des Substrates in einer oberflächennahen Schicht verändernden physikalischen und/oder chemischen Oberflächenbehandlung derart unterzogen wird, daß sich das Elastizitätsverhalten und/oder der Spannungszustand innerhalb der oberflächennahen Schicht des Substrates von der Elastizität bzw. des Spannungszustandes des übrigen Substrates unterscheidet. Die Oberflächenbehandlung wird entweder in einem gedehnten Zustand des Substrates durchgeführt, wobei sich die Oberflächenstrukturen durch Entspannen des Substrates selbständig bzw. selbstorganisierend bilden. Andererseits ist es möglich, die Oberflächenbehandlung in einem entspannten Zustand des Substrates durchzuführen, wobei sich in diesem Falle die Oberflächenstrukturen durch Dehnen des Substrates ausbilden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Idee beruht auf einer gezielten Einflußnahme auf das Material des Substrates selbst, beschränkt sich jedoch nur auf eine oberflächennahe Schicht des Substrates, so daß sich insbesondere das Elastizitätsverhalten des Substratmaterials durch die entsprechende Oberflächenbehandlung gezielt verändert. Von besonderem Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Oberflächenbehandlung der oberflächennahen Schicht des Substrates, die einstückig mit dem Substrat verbunden ist. Auf diese Weise kann vermieden werden, daß es zu einer Schichtablösung kommt, wie es bei bekannten, gattungsgleichen Herstellungsverfahren der Fall ist, bei denen das Substrat mit einer zusätzlichen Oberflächenschicht beaufschlagt wird.
Für die sich selbst organisierende Einstellung der Oberflächenstruktur ist es erforderlich, daß das Substrat aus einem elastischen Werkstoff, vorzugsweise aus elastomeren Polymeren, wie Polydimethylsiloxan (PDMS) oder aus Vinyl-Polysiloxan besteht. Selbstverständlich sind grundsätzlich auch beliebig weitere elastische Materialien verwendbar, um sie als Substrat für die im weiteren noch näher zu beschreibende Oberflächenbehandlung zu verwenden. Das Substrat wird vorzugsweise vor der Oberflächenbehandlung in einen gedehnten Zustand überführt, der beispielsweise durch mechanische oder thermische Dehnung herbeigeführt werden kann. Im Falle der mechanischen Dehnung eignen sich gekrümmt verlaufende Unterstützungsflächen, über die das Flächensubstrat gespannt werden kann. Durch eine derart einfach vorzunehmende Dehnung des elastischen Substrates über eine gekrümmte Fläche, deren Flächenkrümmung einen bestimmten Radius aufweist, kann ein einachsiger Spannungszustand hergestellt werden, der für eine sich selbst einstellende bzw. selbstorganisierende Oberflächenstruktur von wesentlicher Bedeutung ist. Im gedehnten Zustand erfährt das Substrat an seiner Substratoberfläche eine Oberflächenbehandlung, die den Elastizitätsmodul (E-Modul) und/oder den Spannungszustand des Substratmaterials ausschließlich in einem oberen Schichtbereich verändert.
Als mögliche Oberflächenbehandlungen eignen sich Elektronen- oder lonenstrahlbehandlungen (Plasmabehandlungen), durch die die Substratoberfläche mit den entsprechenden elektrisch geladenen Teilchen beaufschlagt wird.
Durch eine derartige Oberflächenbehandlung werden Fragmentations- und Vernetzungsprozesse in der Substratoberfläche induziert, die zu einer Veränderung des Vemetzungsgrades in der Substratoberfläche sowie zum Abbau etwaiger Spannungen führen (durch Aufbrechen des Netzwerkes können Kettensegmente relaxieren). Parallel zur Änderung des Vernetzungsgrades verändern sich auch die mechanischen Kennwerte, wie beispielsweise der E-Modul. Ein Separieren bzw. eine räumliche Abtrennung der oberflächennahen Schicht, die der Oberflächenbehandlung ausgesetzt ist, von dem übrigen Substrat, erfolgt jedoch nicht, so daß nach wie vor ein inniger Materialverbund zwischen der behandelten oberflächennahen Schicht, die eine zum unbehandelten Substratmaterial unterschiedliche Elastizität aufweist, und dem übrigen Substrat besteht.
Durch den in der oberflächennahen Schicht erhöhten Vernetzungsgrad und die dadurch bedingte Änderung im Elastizitätsmodul tritt beim Entspannen des Substrats senkrecht durch die oberflächennahe Schicht und das daran angrenzende, weitgehend unbehandelte Grundsubstrat, ein Spannungsgradient auf, der beim Entspannen in einem komplizierten, flächenhaften Spannungszustand resultiert, der ein Wellen an der Substratoberfläche bewirkt. Die sich dabei in selbstorganisierender Weise ausbildenden Wellenfronten verlaufen senkrecht in Richtung der durch die Dehnung induzierten ursprünglichen Zugspannung innerhalb des Substrates, so daß ein einachsiger Spannungszustand während der Oberflächenbehandlung eine geordnete Oberflächenstruktur, bestehend aus parallel zueinander verlaufenden Wellen, fester Periode, zur Folge hat. Je nach Art und Stärke der Oberflächenbehandlung kann über die gezielte Modifikation des Vernetzungsgrades innerhalb der oberflächennahen Schicht auf die Dimensionierung der sich selbst organisierend ausbildenden Oberflächenstruktur Einfluß genommen werden. Auch ist es möglich, die Periodizität und die Amplitude der sich ausbildenden Oberflächenstrukturen durch geeignete Materialwahl, durch die Dicke des Substrats selbst sowie die Dicke der oberflächenbehandelten Schicht gezielt zu variieren. Auch können Periode und Amplitude der Oberflächenwelligkeit nachträglich, d.h. nach der Durchführung der Ober lächenbehandlung, durch mechanische oder thermische Dehnung des sich ausbildenden, einstückigen Schichtsystems in bestimmten Grenzen verändert werden.
Wird das elastische Flächensubstrat nicht wie im vorstehend genannten Fall in einer Richtung, sondern in mehrere Richtungen gedehnt, beispielsweise durch ein flächenhaftes Dehnen des Substrates auf einer sphärischen oder asphärischen Grundfläche, so wird ein mehrachsiger Spannungszustand erreicht. Ein derartig herbeigeführter mehr-dimensionaler Spannungszustand resultiert nach entsprechender Oberflächenbehandlung und Entspannung in einer fraktalen Oberflächenstruktur, die sich beispielsweise zur Erzeugung von Antireflexionsschichten eignet.
Typische Dimensionen der sich selbst organisierenden Oberflächenstrukturen bewegen sich zwischen wenigen 100 μm bis in den Submikrometer-Bereich hinein. Damit ist vornehmlich die Periodizität der sich bei geordneten Oberflächenstrukturen einstellenden Strukturwiederholungen gemeint. Derartige parallel verlaufende periodische Strukturen eignen sich bevorzugt für optische Gitter, die in vielseitiger Weise einsetzbar sind. Beispielsweise können optische Dehnungsmeßstreifen durch derartige Gitter realisiert werden, wobei eine charakteristische Größe für den aktuellen Dehnungszustand die sich ändernde Gitterkonstante ist, die mit Hilfe optischer Meßverfahren erfaßt werden kann.
Von besonderem Vorteil des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren sind die damit verbundenen geringen Kosten. Das Verfahren kommt ohne jegliche lithographische Belichtungsschritte aus, die bei bekannten Verfahren einen die Herstellungskosten bestimmenden Faktor darstellen.
Alternativ zur vorstehend beschriebenen Vorgehensweise, das Flächensubstrat während der Oberflächenbehandlung einen bestimmten gedehnten Zustand zu versetzen, ist es auch möglich, das Flächensubstrat im entspannten Zustand der Oberflächenbehandlung zu unterziehen und nachfolgend in einen gedehnten Zustand zu überführen. Durch die Dehnung stellen sich ebenso geordnet verlaufende Oberflächenwellenfronten ein, die sich in diesem Fall selbstorganisierend parallel in Richtung der aktuell vorherrschenden Zugspannung im Substrat ausrichten.
Die in Rede stehenden Oberflächenbehandlungen, die grundsätzlich die innere Gefügestruktur des Substrates in seiner obersten Flächenschicht zu verändern vermögen, sind Bestrahlungsverfahren, bei denen Elektronen oder Ionen, vorzugsweise Argon-Ionen, auf die Substratoberfläche auftreffen. Durch die Wahl der Bestrahlungsdosis sowie Dosisleistung lassen sich, neben den bereits erwähnten Materialwahlparametern, die Dimensionen der Oberflächenstruktur weitgehend beliebig genau bestimmen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen: Fig. 1a bis c schematisierte Darstellung der Verfahrensschritte zur Herstellung selbstorganisierter Oberflächenstrukturen.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie gewerbliche Anwendbarkeit
In Fig. 1a ist der Querschnitt durch ein flächenhaft ausgebildetes, elastisches Substrat 1 dargestellt. Das Substrat 1 der Dicke d0 wird durch mechanische Dehnung in einen definierten Spannungszustand überführt, in dem zur rechten und linken Seite des Substrats 1 Zugspannungen σ angreifen, die das Substrat 1 in einen vorbestimmten Spannungszustand überführen. Die Erzeugung des Spannungszustandes kann durch entsprechende Zugmittel, die beidseitig an dem zu dehnenden Substrat 1 angreifen, durchgeführt werden. Eine gängige, möglichst einfache Weise, das Substrat in einen vordefinierten Spannungszustand zu überführen, ist das Auflegen des Substrats auf eine gekrümmte Fläche mit vorbestimmtem Radius.
Auf diese Weise wurde ein 4 cm langer, 0,5 cm breiter und 1 mm dicker Streifen aus Polydimethylsiloxan (PDMS) über eine gekrümmte Fläche mit einem Radius von 5 cm gebogen, befestigt und anschließend unter Hochvakuum für etwa 5 Minuten mit einem Argon-Ionenplasma behandelt.
Dieser Schritt ist in Fig. 1 b dargestellt, bei dem das Substrat 1 durch das Bombardement der Argonionen in seiner oberflächennahen Schicht 2 strukturell verändert wird. Die Strukturveränderung bewirkt eine Änderung des Elastizitätsmoduls E sowie den Abbau der mechanischen Spannungen in der dünnen Oberflächenschicht. Die oberflächennahe Schicht 2 weist aufgrund dessen einen Elastizitätsmodul E1 auf, der sich von dem Elastizitätsmodul E0 des Ausgangssubstrats 1 unterscheidet. Die sich während der Bestrahlung mit Argon- Ionen ausbildende Strukturveränderung innerhalb des Materialgefüges des Substrats 1 begrenzt sich auf eine oberflächennahe Schicht mit einer Schichtdicke d-ι. Typische Schichtdicken di betragen wenige nm bis μm. In Fig. 1c ist der Zustand dargestellt, der sich nach dem Entspannen des gedehnten Flächensubstrats einstellt. Im vorliegenden Falle stellt sich eine geordnete Welligkeit an der Substratoberfläche mit einer typischen Periode von 10 μm ein. Je nach Wahl der Bestrahlungsdosis können Strukturgrößen bzw. periodische Abfolgen bis hinab zu einigen wenigen 100 nm erzeugt werden. Typische lonenstrahlleistungen betragen 0,15 W/cm2 bei einem Gleichspannungspotential von 160 V. Durchschnittliche Strahldauern, in denen die Substratoberfläche dem Beschüß mit Argon-Ionen ausgesetzt ist, betragen eine bis einige Minuten.
Die Oberflächenbehandlung des Substrats kann auch durch die Bestrahlung mit Elektronen beispielsweise einer Energie von 10keV durchgeführt werden. Im Gegensatz zu der im Hochvakuum durchzuführenden Argon-Ionen-Bestrahlungen ist es auch möglich die Bestrahlung unter atmosphärischen Bedingungen vorzunehmen. Hierbei können ähnliche Ergebnisse erzielt werden wie im Falle des lonenbeschusses.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können optische „Low-Cost"-Gitter hergestellt werden, die im Rahmen eines passiv optisch auslesbaren Dehnungsmeßstreifens Verwendung finden können. Ein weiteres Anwendungsgebiet selbstorganisierter gewellter Oberflächen stellt der Einsatz als Antireflexionsschichten dar.
Eine weitere, alternative Möglichkeit der Herstellung selbstorganisierter Elastomeroberflächen stellt die Beschichtung der Elastomersubstrate mit einer dünnen, spannungsfreien Adsorbatschicht dar. Als Adsorbat eignen sich, eine ausreichend gute Adhäsion zwischen elastomerem Substrat und dem Adsorbat vorausgesetzt, nahezu alle Materialien der Werkstoffgruppen Metalle, Keramiken und Polymeren. So wurde ein ca. 9 cm langer, 2,5 cm breiter und 1 mm dicker Streifen aus PDMS über eine gekrümmte Fläche mit einem Radius von 20 cm gebogen, befestigt und anschließend mit 5 nm Titan als Haftvermittler und 50 nm Silber bedampft. Die resultierende Welligkeit der Oberfläche des Verbundes stellte sich mit einer Periode von ca. 10 μm, nach dem Entspannen des PDMS-Streifens ein. Bezugszeichenliste
Substrat Oberflächennahe Schicht

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Oberflächenstrukturen auf einer Substratoberfläche eines, aus einem elastischen Werkstoff bestehenden Substrates (1) dadurch gekennzeichnet, daß die Substratoberfläche einer, die innere Struktur des Substrates (1) in einer oberflächennahen Schicht (2) verändernden physikalischen und/oder chemischen Oberflächenbehandlung derart unterzogen wird, daß sich das Elastizitätsverhalten und/oder der Spannungszustand innerhalb der oberflächennahen Schicht (2) des Substrates (1) von der Elastizität bzw. dem Spannungszustand des übrigen Substrates (1) unterscheidet, und daß die Behandlung entweder in einem gedehnten Zustand des Substrates (1 ) durchgeführt wird, wobei sich die Oberflächenstrukturen durch Entspannen des Substrates (1) bilden, oder in einem entspannten Zustand des Substrates (1) durchgeführt wird, wobei sich die Oberflächenstrukturen durch Dehnen des bereits behandelten Substrates (1) bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als elastisches Substrat (1) elastomere Polymere verwendet werden, wie Polydimethylsiloxan (PDMS) oder Vinyl-Polysiloxan.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratoberfläche mittels Elektronen- oder lonenbestrahlung (Plasmabehandlung) behandelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratoberfläche im Hochvakuum mit einem Ar- Ionenstrahl mit einer Strahlleistung von 0,15 W/cm2 und einem DC-Potential von 160 V für eine Dauer von ca. 1 Minute bei Raumtemperatur bestrahlt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratoberfläche mit Elektronen einer Energie von 10 keV für die Dauer von ca. 5 Minuten bei Raumtemperatur bestrahlt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbehandlung in einem gedehnten Zustand des Substrates (1) derart durchgeführt wird, daß die Substratoberfläche um eine Achse gedehnt wird, so daß die Substratoberfläche einen einachsigen Spannungszustand einnimmt, wobei sich nach Entspannen des Substrates (1) eine Oberflächenwelligkeit senkrecht zur Spannungsrichtung einstellt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbehandlung in einem gedehnten Zustand des Substrates (1) derart durchgeführt wird, daß die Substratoberfläche einen vielachsigen Spannungszustand einnimmt, wobei sich nach Entspannen des Substrates eine fraktale Oberflächenwelligkeit ausbildet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbehandlung in einem entspannten Zustand des Substrates (1) durchgeführt wird, wobei sich bei einem, in eine Richtung orientierten Dehnen eine Oberflächenwelligkeit ausbildet, die parallel zur Dehnungsrichtung verläuft.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) einstückig aus einem einheitlichen Material besteht und die Oberflächenstruktur aus dem gleichen Material gebildet wird, aus dem auch das Substrat (1) besteht.
PCT/EP2000/009380 1999-09-27 2000-09-26 Verfahren zur herstellung selbstorganisierter strukturen auf einer substratoberfläche WO2001023916A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP00967786A EP1216426A1 (de) 1999-09-27 2000-09-26 Verfahren zur herstellung selbstorganisierter strukturen auf einer substratoberfläche

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1999146252 DE19946252A1 (de) 1999-09-27 1999-09-27 Verfahren zur Herstellung selbstorganisierter Strukturen auf einer Substratoberfläche
DE19946252.6 1999-09-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2001023916A1 true WO2001023916A1 (de) 2001-04-05

Family

ID=7923450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2000/009380 WO2001023916A1 (de) 1999-09-27 2000-09-26 Verfahren zur herstellung selbstorganisierter strukturen auf einer substratoberfläche

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1216426A1 (de)
DE (1) DE19946252A1 (de)
WO (1) WO2001023916A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008028657A1 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 University College Dublin, National University Of Ireland, Dublin Surface plasmon resonance measurements
US7351346B2 (en) 2004-11-30 2008-04-01 Agoura Technologies, Inc. Non-photolithographic method for forming a wire grid polarizer for optical and infrared wavelengths
US7561332B2 (en) 2004-11-30 2009-07-14 Agoura Technologies, Inc. Applications and fabrication techniques for large scale wire grid polarizers
WO2012087730A1 (en) * 2010-12-21 2012-06-28 Advanced Technologies And Regenerative Medicine, Llc Silicone polymer substrates having improved biological response from hkdcs

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2840826B1 (fr) 2002-06-17 2005-04-15 Rhodia Chimie Sa Procede de traitement de surface d'un article comportant du silicone reticule par polyaddition
FR2840910B1 (fr) 2002-06-17 2004-08-27 Rhodia Chimie Sa Composition silicone pour la realisation d'un ensemble comprenant plusieurs elements en silicone reticules par polyaddition adherant fermement les uns aux autres
FR2840911B1 (fr) 2002-06-18 2005-09-30 Rhodia Chimie Sa Composition silicone utile notamment pour la realisation de vernis anti-friction, procede d'application de ce vernis sur un support et support ainsi traite
FR2840912B1 (fr) 2002-06-18 2005-10-21 Rhodia Chimie Sa Emulsion silicone aqueuse pour le revetement de supports fibreux tisses ou non
DE10241708B4 (de) * 2002-09-09 2005-09-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Reduzierung der Grenzflächenreflexion von Kunststoffsubstraten sowie derart modifiziertes Substrat und dessen Verwendung
JP3957070B2 (ja) * 2003-01-21 2007-08-08 滿子 伊藤 皺寄せ板材の製造方法及び製造装置
DE10331714B4 (de) 2003-07-11 2006-05-24 Micronas Gmbh Verfahren zur Strukturierung der Oberfläche eines Substrats
WO2017116835A1 (en) * 2015-12-28 2017-07-06 3M Innovative Properties Company Three-dimensional article and method of making the same
CN108472862B (zh) * 2015-12-28 2020-10-20 3M创新有限公司 三维制品及其制备方法
DE102017218363A1 (de) * 2017-10-13 2019-04-18 Leibniz-Institut Für Polymerforschung Dresden E.V. Oberflächenstrukturierte polymerkörper und verfahren zu ihrer herstellung

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5278976A (en) * 1975-12-25 1977-07-02 Sekisui Chemical Co Ltd Method of manufacturing thermal contraction film
JPS5483971A (en) * 1977-12-16 1979-07-04 Sekisui Chem Co Ltd Crosslinked olefinic resin film having improved heat sealability
US4247496A (en) * 1978-04-19 1981-01-27 Toray Industries, Inc. Method for improving the surface of plastic materials
JPS5864078A (ja) * 1981-10-14 1983-04-16 Japan Synthetic Rubber Co Ltd 高分子圧電フイルムの製造法
JPH07112490A (ja) * 1993-08-25 1995-05-02 Mitsubishi Rayon Co Ltd 光学シートの製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3677877A (en) * 1970-10-30 1972-07-18 Dow Corning Article of silicone rubber having surfaces resistant to dirt pick-up
DE2353495C3 (de) * 1973-10-25 1984-02-02 Agfa-Gevaert Ag, 5090 Leverkusen Verfahren zur Erzeugung einer hydrophilen Oberfläche auf Polysiloxanelastomeren
DE2335997A1 (de) * 1973-07-16 1975-04-17 Cosid Kautasit Werke Veb Verfahren zur herstellung von technischen formartikeln aus strahlenchemisch vernetzbaren elastomeren, insbesondere von modifizierten dichtelementen
DE4235300A1 (de) * 1992-10-20 1994-04-21 Bayer Ag Verfahren zur Hydrophilisierung von Festkörper-Oberflächen
DE19718084A1 (de) * 1997-04-29 1998-11-05 Harald Teuber Mittel zur Ausrichtung und Vorspannung flächiger Werkstücke

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5278976A (en) * 1975-12-25 1977-07-02 Sekisui Chemical Co Ltd Method of manufacturing thermal contraction film
JPS5483971A (en) * 1977-12-16 1979-07-04 Sekisui Chem Co Ltd Crosslinked olefinic resin film having improved heat sealability
US4247496A (en) * 1978-04-19 1981-01-27 Toray Industries, Inc. Method for improving the surface of plastic materials
JPS5864078A (ja) * 1981-10-14 1983-04-16 Japan Synthetic Rubber Co Ltd 高分子圧電フイルムの製造法
JPH07112490A (ja) * 1993-08-25 1995-05-02 Mitsubishi Rayon Co Ltd 光学シートの製造方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Section Ch Week 197733, Derwent World Patents Index; Class A17, AN 1977-58361Y, XP002156590 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 003, no. 104 (C - 057) 4 September 1979 (1979-09-04) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 007, no. 154 (E - 185) 6 July 1983 (1983-07-06) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1995, no. 08 29 September 1995 (1995-09-29) *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7351346B2 (en) 2004-11-30 2008-04-01 Agoura Technologies, Inc. Non-photolithographic method for forming a wire grid polarizer for optical and infrared wavelengths
US7561332B2 (en) 2004-11-30 2009-07-14 Agoura Technologies, Inc. Applications and fabrication techniques for large scale wire grid polarizers
WO2008028657A1 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 University College Dublin, National University Of Ireland, Dublin Surface plasmon resonance measurements
WO2012087730A1 (en) * 2010-12-21 2012-06-28 Advanced Technologies And Regenerative Medicine, Llc Silicone polymer substrates having improved biological response from hkdcs

Also Published As

Publication number Publication date
DE19946252A1 (de) 2001-04-05
EP1216426A1 (de) 2002-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1216426A1 (de) Verfahren zur herstellung selbstorganisierter strukturen auf einer substratoberfläche
DE3047888C2 (de)
EP3011370A1 (de) Verfahren zur herstellung einer entspiegelungsschicht
DE2614951B2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Zelle
DE2536718B2 (de) Verfahren zur herstellung geaetzter strukturen in festkoerperoberflaechen durch ionenaetzung und bestrahlungsmaske zur verwendung in diesem verfahren
WO2010003487A1 (de) Reflektives optisches element und verfahren zu seiner herstellung
DE3119682C2 (de)
DE10318566A1 (de) Verfahren und Werkzeug zur Herstellung transparenter optischer Elemente aus polymeren Werkstoffen
WO2009074146A2 (de) Verfahren zur herstellung einer reflexionsmindernden schicht und optisches element mit einer reflexionsmindernden schicht
DE602004000110T2 (de) EUV optische Vorrichtung mit verstärkter mechanischer Stabilität und lithographische Maske mit dieser Vorrichtung
DE102012015802A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Elektrolysezellen-Kontaktstreifen
DE602004011407T2 (de) Verfahren zur verbesserung der elektrischen verbindungseigenschaften der oberfläche eines produkts aus einem polymer-matrix-verbundwerkstoff
DE19528329A1 (de) Röntgenstrahlendurchlässiges Schichtmaterial, Verfahren zu seiner Herstellung sowie deren Verwendung
DE102015011066B4 (de) Substrat, insbesondere für den Aufbau einer dehnbaren Elektronik und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102011083464A1 (de) Spiegel für euv-mikrolithographie und verfahren zu seiner herstellung
EP3779526A1 (de) Verfahren zur herstellung einer aluminiumschicht und optisches element
DE102013111659A1 (de) Metallabscheidung mit verringerten Spannungen
EP0140455B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Maske für die Mustererzeugung in Lackschichten mittels Röntgenstrahllithographie
EP3181721B1 (de) Verfahren zum herstellen eines schichtverbundes bestehend aus einer kunststofffolie und einer darauf abgeschiedenen schicht
DE3232498A1 (de) Maske fuer die mustererzeugung in lackschichten mittels roentgenstrahllithographie und verfahren zu ihrer herstellung
DE102019134336A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements und diffraktives optisches Element
DE102015210827B4 (de) Verfahren zur Ausbildung von Strukturierungen an Oberflächen eines Bauteils
DE102015201581A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements für die EUV-Lithographie
DE102010052179A1 (de) Membran für eine Brennstoffzelle und Verfahren zum Fertigen einer Membran
DE102010049976A1 (de) Solarzelle mit texturierter Elektrodenschicht und Verfahren zur Herstellung einer solchen

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WR Later publication of a revised version of an international search report
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2000967786

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2000967786

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 2000967786

Country of ref document: EP