用於在透明襯底中製造納米結構的方法與流程

2023-12-03 01:18:51 1

本發明涉及一種用於在透明襯底中製造納米結構的方法。本發明還涉及一種在透明襯底中的納米結構。

背景技術：

防反射塗層被用於在例如透鏡、物鏡、稜鏡、板等的光學表面上抑制或者減少光學反射，並且提高透射。通過反射射線的破壞性幹涉可以實現在調質面上減小反射率。為此將調質層塗覆到所述光學表面上。

用於在光學表面上減少反射的替代方案是在物體表面上的納米結構。在這種情況下，幾何尺寸和在這種結構之間的距離必須小於入射的光學射線的波長。這些引起基本連續變化的折射率的幾何形狀適合作為納米結構，例如銳角錐臺。折射率的平緩過渡不大程度與波長和角度有關地降低反射率。在優化的結構幾何形狀中能夠與極化無關地減小反射。通過在表面上構造的納米結構的增透效應被稱為所謂的「蛾眼效應」。

DE 10 2007 014 538 A1公開了一種通過蝕刻可以直接在石英玻璃上產生蛾眼結構的方法。

技術實現要素：

本發明的任務是，提供一種用於增透光學表面的改進方法。

根據第一方面，通過用於在透明襯底中製造納米結構的方法解決該任務，該方法具有如下步驟：

a)以限定的厚度將第一結構載體層塗覆到襯底的至少一個表面上；

b)在第一結構載體層中構造納米結構；和

c)氧化第一結構載體層。

根據本發明首先在第一結構載體層中構造納米結構，該第一結構載體層接著在氧化工藝中完全氧化，並且在此轉換成透明材料。結果，由此提供與透明襯底集成構造的納米結構。有利地，在結構載體層中能夠比在透明襯底中更容易構造納米結構。尤其以這種方式支持一般改進的操作和變容易的曝光工藝。

本方法的有利擴展方案是從屬權利要求的主題。

本方法的有利擴展方案設置，納米結構的元件構造成金字塔形。由此實現了這樣的納米結構：通過該納米結構實現從空氣到玻璃基本連續變化的折射率，由此實現蛾眼結構。

本方法的有利擴展方案設置，在納米結構的金字塔形元件中構造限定的側面角。這能夠以簡單的方式通過第一結構載體層的下蝕刻或者上蝕刻工藝實現。由此可以有效率地影響金字塔形元件的成形，並且可以有利地顯著提高成形間隙。

本方法的另一有利實施方式設置，在第一結構載體層中在透明襯底的兩個表面上構造納米結構。在此充分利用這種情況：在透明襯底的兩側上存在第一結構載體層，由此，結果可以在透明襯底的兩個表面中構造納米結構。

本方法的另一有利實施方式設置，將保護層至少部分地塗覆到第一結構載體層的納米結構上。以這種方式可以保護透明襯底的限定區域免受繼續加工的影響。此外，通過保護層可以在透明襯底中產生透光的和不透光的區域。

本方法的另一擴展方案設置，保護層不塗覆在納米結構的區域中。以這種方式會支持，納米結構相對於第一結構載體層的表面被下沉地構造，由此使具有敏感納米結構的透明襯底的繼續加工變容易。

本方法的有利擴展方案設置，使用氮化物作為保護層。由此提供一種技術上的實現可能性，以便限定透明的和不透明的區域。在不透明的塗層區域中不設置氧化，或者說氧化明顯更緩慢地進行。

本方法的有利擴展方案設置，將透明襯底的中間層塗覆到第一結構載體層上，其中，將第二結構載體層塗覆到該中間層上，其中，至少部分地移除第二結構載體層以及中間層，其中，在第一結構載體層中構造納米結構。之後，暴露地氧化存在的第一結構載體層。以這種方式，第二結構載體層和中間層承擔所述結構的保護並且能夠在透明襯底的另一側上實現結構化，或者說在透明襯底內部實現不透光的區域。

本方法的有利擴展方案設置，多晶矽被用於結構載體層。由此使用半導體技術的低成本且可靠的、能夠以光刻技術良好地限定地結構化納米結構的材料。

本方法的另一實施方式設置，使用SiO2作為透明的襯底材料。以這種方式提供低成本的透光的襯底-基底材料，在該襯底-基底材料中構造納米結構，並且以這種方式引起防反射效應。

附圖說明

下面，根據多個附圖藉助其它特徵和優點詳細描述本發明。在此，所有特徵獨立於其在說明書中和附圖中的描述地或者說獨立於其在權利要求中的引用形成本發明的主題。附圖不是以必要的方式比例正確地實施，而是尤其用於闡明根據本發明的原理。

在附圖中示出：

圖1用於在光學表面上產生破壞性幹涉的常見的層布置；

圖2用於製造納米結構的方法的第一實施方式的原理作用方式；

圖3用於製造納米結構的方法的擴展方案的原理作用方式；

圖4用於製造納米結構的方法的擴展方案的原理作用方式；

圖5根據本發明的方法的實施方式的原理流程。

具體實施方式

圖1示出在透明襯底10(例如玻璃)上通過破壞性幹涉產生的常見防反射層的原理的作用方式。具有波長λ的入射射線E在具有厚度d的調質層VS的表面上部分地反射到反射射線R1中。ni，ng和ns稱為空氣折射率、調質層VS折射率和襯底折射率。射線E的不反射部分穿過調質層VS並且部分地在調質層VS與襯底10之間的界面上反射到射線R2中。兩個反射的分射線R1和R2在具有相同幅值時可以在相位差π的情況下被完全破壞性幹涉。對於寬的波長範圍和角度範圍來說，通過使用多個具有不同折射率的層也可以減少反射。

圖2原理性示出根據本發明的用於在透明襯底10中或上的納米結構的製造工藝的作用方式。優選可以使用石英玻璃晶片(英文：fused sillca)作為透明襯底10。在LPCVD工藝(英文：low pressure chemical vapour deposition)中，第一結構載體層20以多晶矽形式通過外延沉積同時沉積在石英玻璃晶片的兩個晶片側上。在工藝技術上可非常好地監控沉積的第一結構載體層的厚度，由此可以構造限定地設計尺寸的第一結構載體層20。在多晶矽沉積以後，石英玻璃晶片不再透光，因此可以在半導體微晶片工廠的常見設備上繼續進行工藝處理。

在塗漆以後通過曝光設備(未示出)進行曝光，該曝光設備的光源能夠在多晶矽中成像亞微米結構或者納米結構21。在光漆顯影以後優選通過多晶矽的反應離子蝕刻(英文：trenchen)進行結構化。蝕刻工藝有利地允許，通過選擇有目的的參數在寬的範圍中自由成形納米結構21的蝕刻側面，其中，能夠構造納米結構21的金字塔形元件或者子結構的正或負的蝕刻側面角。

結果，由此得到例如具有可非常準確地設計尺寸和可再現的側面角的納米結構21的金字塔形元件，這些側面角已經通過上蝕刻或下蝕刻實現。通過多晶矽的限定厚度能夠定義納米結構21的高度。納米結構21元件的尺寸位於小於光的波長的數量級範圍，為了該光而設置這些結構。通過布局限定了納米結構21的側面結構形狀，並且通過控制工藝限定了納米結構的垂直結構形狀。在需要時也可以如上所述地結構化石英玻璃晶片10的第二襯底側(未示出)。

在結構化並移除光刻漆以後，在恆溫工藝中，多晶矽在氧化環境下氧化成透光的SiO2。結果，以這種方式在透明玻璃材料中存在納米結構11，該納米結構可以非常好地設計尺寸，並且如下所述，該納米結構還可以經受可選擇的其它加工步驟。

圖3原理性示出，可以將多晶矽形式的第一結構載體層20塗覆到具有納米結構11的透光的襯底10上。在圖3b中示出的另一加工步驟中，在納米結構11區域中局部蝕刻掉該多晶矽(例如藉助於保護掩膜)，由此，可以通過在納米結構11區域中移除多晶矽來實現局部蝕刻。結果，如圖3c所示，以這種方式構造了「沉降」到第一多晶矽層20的最高水平下面的納米結構11，這允許，旋轉整個晶片，之後在第二側上進行工藝處理，而不會損傷敏感的納米結構11。

這對於繼續加工具有納米結構的晶片來說特別重要，因為，由此可以保護精密納米結構免受機械接觸和損傷。

在圖4中示出的本方法替代方案中也可考慮，將具有SiO2材料的中間層10a沉積到第一多晶矽層20上，並且在該中間層上沉積第二多晶矽層30(見圖4c)。

之後如圖4d可看出，為了結構化第一多晶矽層20而局部蝕刻掉第二多晶矽層30和中間層10a直到第一多晶矽層20上。在圖4e中可看出，通過氧化工藝可以徹底氧化暴露的第一多晶矽層20和第二多晶矽層30，由此，結果形成僅在納米結構21區域中還透明的結構。

可看出，通過根據本發明的製造方法能夠實現多種變型方案。尤其可以使用具有或沒有氧化物的多個不同厚度的多晶矽層作為中間層。此外可以單面或雙面地進行結構化。例如由此可以實現在氧化以前在一個晶片側面上整面地蝕刻掉多晶矽。

通過沉積和必要時結構化氮化物，能夠有利地局部限界地使多晶矽層的氧化明顯變緩。以這種方式能夠在晶片上產生具有SiO2的透光區域和具有多晶矽的不透光區域。

對於繼續加工來說，以這種方法可以有利地實現：對於其它平面來說或者對於能夠在設備中自動地操縱來說，可不透光地實施晶片邊緣上的區域和調整標記。

圖5原理性示出根據本發明的用於在透明襯底10中製造納米結構11的方法的實施方式的流程。

在步驟101中以限定的厚度將第一結構載體層20塗覆到襯底10的至少一個表面上。

在步驟102中在第一結構載體層20中構造納米結構21。

最後在步驟103中氧化第一結構載體層20。

總之，通過本發明提供一種用於在透光的玻璃晶片上構造納米結構的製造方法，該製造方法利用已知的方法和裝置，由此能夠低成本地實現：在多晶矽中構造限定的結構，接著通過氧化將這些結構轉換成透明的玻璃材料。相比常見的方法，這可以得到工藝和成形技術上的優點，並且可以優選用於產生蛾眼結構。完成的納米結構可以例如用於在微反射鏡中的光學窗口。

有利地通過對於多晶矽來說已知的設立的低成本且適合批量生產的沉積、掩膜和蝕刻技術，例如以離子蝕刻的方式，來進行結構化。有利地，無需投入用於結構化玻璃的特殊設備。

通過反應性離子蝕刻的工藝參數可以良好地監控和變化優選構造成銳角錐臺的納米結構的幾何尺寸。納米結構的高度可以通過多晶矽的沉積的層厚非常準確地進行調整。在通過蝕刻進行結構化時在石英襯底上停止蝕刻，因為矽和石英玻璃的蝕刻率是極為不同的。結果是，形成基本一致的納米結構高度。

對於沉積多晶矽層來說可以使用在半導體工業中通常已經存在的設備，例如LPCVD沉積設備。

由於玻璃晶片的透光性，在半導體工業的常見設備上僅能夠在特殊情況下自動操縱玻璃晶片。在沉積多晶矽層以後，玻璃晶片與矽晶片在光學上沒有區別，由此能夠在所有已知設備上實現玻璃晶片和矽晶片兩側的工藝處理。

儘管前面根據具體的實施例已描述了本發明，但是本發明不受此局限。因此，專業人員可以適當地改變或相互組合上述特徵，而不偏離本發明的核心。