CN106415328A - 用于在透明衬底中制造纳米结构的方法 - Google Patents
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Abstract
用于在透明衬底(10)中制造纳米结构(11)的方法，该方法具有如下步骤：a)以限定的厚度将第一结构载体层(20)涂覆到衬底(100)的至少一个表面上；b)将纳米结构(21)构造到第一结构载体层(20)中；和c)氧化第一结构载体层(20)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在透明衬底中制造纳米结构的方法。本发明还涉及一种在透明衬底中的纳米结构。
背景技术
防反射涂层被用于在例如透镜、物镜、棱镜、板等的光学表面上抑制或者减少光学反射，并且提高透射。通过反射射线的破坏性干涉可以实现在调质面上减小反射率。为此将调质层涂覆到所述光学表面上。
用于在光学表面上减少反射的替代方案是在物体表面上的纳米结构。在这种情况下，几何尺寸和在这种结构之间的距离必须小于入射的光学射线的波长。这些引起基本连续变化的折射率的几何形状适合作为纳米结构，例如锐角锥台。折射率的平缓过渡不大程度与波长和角度有关地降低反射率。在优化的结构几何形状中能够与极化无关地减小反射。通过在表面上构造的纳米结构的增透效应被称为所谓的“蛾眼效应”。
DE 10 2007 014 538 A1公开了一种通过蚀刻可以直接在石英玻璃上产生蛾眼结构的方法。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于增透光学表面的改进方法。
根据第一方面，通过用于在透明衬底中制造纳米结构的方法解决该任务，该方法具有如下步骤：
a)以限定的厚度将第一结构载体层涂覆到衬底的至少一个表面上；
b)在第一结构载体层中构造纳米结构；和
c)氧化第一结构载体层。
根据本发明首先在第一结构载体层中构造纳米结构，该第一结构载体层接着在氧化工艺中完全氧化，并且在此转换成透明材料。结果，由此提供与透明衬底集成构造的纳米结构。有利地，在结构载体层中能够比在透明衬底中更容易构造纳米结构。尤其以这种方式支持一般改进的操作和变容易的曝光工艺。
本方法的有利扩展方案是从属权利要求的主题。
本方法的有利扩展方案设置，纳米结构的元件构造成金字塔形。由此实现了这样的纳米结构：通过该纳米结构实现从空气到玻璃基本连续变化的折射率，由此实现蛾眼结构。
本方法的有利扩展方案设置，在纳米结构的金字塔形元件中构造限定的侧面角。这能够以简单的方式通过第一结构载体层的下蚀刻或者上蚀刻工艺实现。由此可以有效率地影响金字塔形元件的成形，并且可以有利地显著提高成形间隙。
本方法的另一有利实施方式设置，在第一结构载体层中在透明衬底的两个表面上构造纳米结构。在此充分利用这种情况：在透明衬底的两侧上存在第一结构载体层，由此，结果可以在透明衬底的两个表面中构造纳米结构。
本方法的另一有利实施方式设置，将保护层至少部分地涂覆到第一结构载体层的纳米结构上。以这种方式可以保护透明衬底的限定区域免受继续加工的影响。此外，通过保护层可以在透明衬底中产生透光的和不透光的区域。
本方法的另一扩展方案设置，保护层不涂覆在纳米结构的区域中。以这种方式会支持，纳米结构相对于第一结构载体层的表面被下沉地构造，由此使具有敏感纳米结构的透明衬底的继续加工变容易。
本方法的有利扩展方案设置，使用氮化物作为保护层。由此提供一种技术上的实现可能性，以便限定透明的和不透明的区域。在不透明的涂层区域中不设置氧化，或者说氧化明显更缓慢地进行。
本方法的有利扩展方案设置，将透明衬底的中间层涂覆到第一结构载体层上，其中，将第二结构载体层涂覆到该中间层上，其中，至少部分地移除第二结构载体层以及中间层，其中，在第一结构载体层中构造纳米结构。之后，暴露地氧化存在的第一结构载体层。以这种方式，第二结构载体层和中间层承担所述结构的保护并且能够在透明衬底的另一侧上实现结构化，或者说在透明衬底内部实现不透光的区域。
本方法的有利扩展方案设置，多晶硅被用于结构载体层。由此使用半导体技术的低成本且可靠的、能够以光刻技术良好地限定地结构化纳米结构的材料。
本方法的另一实施方式设置，使用SiO2作为透明的衬底材料。以这种方式提供低成本的透光的衬底-基底材料，在该衬底-基底材料中构造纳米结构，并且以这种方式引起防反射效应。
附图说明
下面，根据多个附图借助其它特征和优点详细描述本发明。在此，所有特征独立于其在说明书中和附图中的描述地或者说独立于其在权利要求中的引用形成本发明的主题。附图不是以必要的方式比例正确地实施，而是尤其用于阐明根据本发明的原理。
在附图中示出：
图1用于在光学表面上产生破坏性干涉的常见的层布置；
图2用于制造纳米结构的方法的第一实施方式的原理作用方式；
图3用于制造纳米结构的方法的扩展方案的原理作用方式；
图4用于制造纳米结构的方法的扩展方案的原理作用方式；
图5根据本发明的方法的实施方式的原理流程。
具体实施方式
图1示出在透明衬底10(例如玻璃)上通过破坏性干涉产生的常见防反射层的原理的作用方式。具有波长λ的入射射线E在具有厚度d的调质层VS的表面上部分地反射到反射射线R1中。ni，ng和ns称为空气折射率、调质层VS折射率和衬底折射率。射线E的不反射部分穿过调质层VS并且部分地在调质层VS与衬底10之间的界面上反射到射线R2中。两个反射的分射线R1和R2在具有相同幅值时可以在相位差π的情况下被完全破坏性干涉。对于宽的波长范围和角度范围来说，通过使用多个具有不同折射率的层也可以减少反射。
图2原理性示出根据本发明的用于在透明衬底10中或上的纳米结构的制造工艺的作用方式。优选可以使用石英玻璃晶片(英文：fused sillca)作为透明衬底10。在LPCVD工艺(英文：low pressure chemical vapour deposition)中，第一结构载体层20以多晶硅形式通过外延沉积同时沉积在石英玻璃晶片的两个晶片侧上。在工艺技术上可非常好地监控沉积的第一结构载体层的厚度，由此可以构造限定地设计尺寸的第一结构载体层20。在多晶硅沉积以后，石英玻璃晶片不再透光，因此可以在半导体微芯片工厂的常见设备上继续进行工艺处理。
在涂漆以后通过曝光设备(未示出)进行曝光，该曝光设备的光源能够在多晶硅中成像亚微米结构或者纳米结构21。在光漆显影以后优选通过多晶硅的反应离子蚀刻(英文：trenchen)进行结构化。蚀刻工艺有利地允许，通过选择有目的的参数在宽的范围中自由成形纳米结构21的蚀刻侧面，其中，能够构造纳米结构21的金字塔形元件或者子结构的正或负的蚀刻侧面角。
结果，由此得到例如具有可非常准确地设计尺寸和可再现的侧面角的纳米结构21的金字塔形元件，这些侧面角已经通过上蚀刻或下蚀刻实现。通过多晶硅的限定厚度能够定义纳米结构21的高度。纳米结构21元件的尺寸位于小于光的波长的数量级范围，为了该光而设置这些结构。通过布局限定了纳米结构21的侧面结构形状，并且通过控制工艺限定了纳米结构的垂直结构形状。在需要时也可以如上所述地结构化石英玻璃晶片10的第二衬底侧(未示出)。
在结构化并移除光刻漆以后，在恒温工艺中，多晶硅在氧化环境下氧化成透光的SiO2。结果，以这种方式在透明玻璃材料中存在纳米结构11，该纳米结构可以非常好地设计尺寸，并且如下所述，该纳米结构还可以经受可选择的其它加工步骤。
图3原理性示出，可以将多晶硅形式的第一结构载体层20涂覆到具有纳米结构11的透光的衬底10上。在图3b中示出的另一加工步骤中，在纳米结构11区域中局部蚀刻掉该多晶硅(例如借助于保护掩膜)，由此，可以通过在纳米结构11区域中移除多晶硅来实现局部蚀刻。结果，如图3c所示，以这种方式构造了“沉降”到第一多晶硅层20的最高水平下面的纳米结构11，这允许，旋转整个晶片，之后在第二侧上进行工艺处理，而不会损伤敏感的纳米结构11。
这对于继续加工具有纳米结构的晶片来说特别重要，因为，由此可以保护精密纳米结构免受机械接触和损伤。
在图4中示出的本方法替代方案中也可考虑，将具有SiO2材料的中间层10a沉积到第一多晶硅层20上，并且在该中间层上沉积第二多晶硅层30(见图4c)。
之后如图4d可看出，为了结构化第一多晶硅层20而局部蚀刻掉第二多晶硅层30和中间层10a直到第一多晶硅层20上。在图4e中可看出，通过氧化工艺可以彻底氧化暴露的第一多晶硅层20和第二多晶硅层30，由此，结果形成仅在纳米结构21区域中还透明的结构。
可看出，通过根据本发明的制造方法能够实现多种变型方案。尤其可以使用具有或没有氧化物的多个不同厚度的多晶硅层作为中间层。此外可以单面或双面地进行结构化。例如由此可以实现在氧化以前在一个晶片侧面上整面地蚀刻掉多晶硅。
通过沉积和必要时结构化氮化物，能够有利地局部限界地使多晶硅层的氧化明显变缓。以这种方式能够在晶片上产生具有SiO2的透光区域和具有多晶硅的不透光区域。
对于继续加工来说，以这种方法可以有利地实现：对于其它平面来说或者对于能够在设备中自动地操纵来说，可不透光地实施晶片边缘上的区域和调整标记。
图5原理性示出根据本发明的用于在透明衬底10中制造纳米结构11的方法的实施方式的流程。
在步骤101中以限定的厚度将第一结构载体层20涂覆到衬底10的至少一个表面上。
在步骤102中在第一结构载体层20中构造纳米结构21。
最后在步骤103中氧化第一结构载体层20。
总之，通过本发明提供一种用于在透光的玻璃晶片上构造纳米结构的制造方法，该制造方法利用已知的方法和装置，由此能够低成本地实现：在多晶硅中构造限定的结构，接着通过氧化将这些结构转换成透明的玻璃材料。相比常见的方法，这可以得到工艺和成形技术上的优点，并且可以优选用于产生蛾眼结构。完成的纳米结构可以例如用于在微反射镜中的光学窗口。
有利地通过对于多晶硅来说已知的设立的低成本且适合批量生产的沉积、掩膜和蚀刻技术，例如以离子蚀刻的方式，来进行结构化。有利地，无需投入用于结构化玻璃的特殊设备。
通过反应性离子蚀刻的工艺参数可以良好地监控和变化优选构造成锐角锥台的纳米结构的几何尺寸。纳米结构的高度可以通过多晶硅的沉积的层厚非常准确地进行调整。在通过蚀刻进行结构化时在石英衬底上停止蚀刻，因为硅和石英玻璃的蚀刻率是极为不同的。结果是，形成基本一致的纳米结构高度。
对于沉积多晶硅层来说可以使用在半导体工业中通常已经存在的设备，例如LPCVD沉积设备。
由于玻璃晶片的透光性，在半导体工业的常见设备上仅能够在特殊情况下自动操纵玻璃晶片。在沉积多晶硅层以后，玻璃晶片与硅晶片在光学上没有区别，由此能够在所有已知设备上实现玻璃晶片和硅晶片两侧的工艺处理。
尽管前面根据具体的实施例已描述了本发明，但是本发明不受此局限。因此，专业人员可以适当地改变或相互组合上述特征，而不偏离本发明的核心。
Claims (12)
1.用于在透明衬底(10)中制造纳米结构(11)的方法，具有如下步骤：
a)以限定的厚度将第一结构载体层(20)涂覆到所述衬底(100)的至少一表面上；
b)在所述第一结构载体层(20)中构造纳米结构(21)；和
c)氧化所述第一结构载体层(20)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纳米结构(21)的元件构造成金字塔形。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述纳米结构(21)的金字塔形元件中构造限定的侧面角。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在所述第一结构载体层(20)中在所述透明衬底(10)的两个表面上构造所述纳米结构(21)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，将保护层至少部分地涂覆到所述第一结构载体层(20)的纳米结构(21)上。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述保护层不涂覆在所述纳米结构(21)的区域中。
7.根据权利要求5或6中任一项所述的方法，其中，使用氮化物作为保护层。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，将透明衬底的中间层(10a)涂覆到所述第一结构载体层(20)上，其中，将第二结构载体层(30)涂覆到所述透明衬底的所述中间层(10a)上，其中，至少部分地移除所述第二结构载体层(30)以及所述中间层(10a)，其中，在所述第一结构载体层(20)中构造纳米结构(21)，其中，暴露地存在的所述第一结构载体层(20)被氧化。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，为所述结构载体层(20,30)使用多晶硅。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用SiO2作为透明衬底材料(10)。
11.在透明衬底(10)中的纳米结构(11)，其中，所述纳米结构(11)的元件构造成金字塔形并且具有限定的侧面角。
12.根据权利要求11所述的纳米结构(11)，其中，所述纳米结构(11)的金字塔形元件具有光的波长以下的尺寸，所述纳米结构(11)设置用于该光。
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