DE102015103931B4 - Mold, optical element and method of making the mold and optical element - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zur Herstellung einer Form für eine Antireflexionsstruktur zur Verwendung in einem Infrarotbereich oder zur Herstellung eines Objekts, welches die Antireflexionsstruktur zur Verwendung in einem Infrarotbereich aufweist, durch Plasmatrockenätzen, wobei auf einer Oberfläche von Silizium, aus welchem die Form oder das Objekt hergestellt ist oder mit welchem die Form oder das Objekt beschichtet ist, eine feine Oberflächenrauheit durch das Plasmatrockenätzen unter Verwendung eines Gasgemisches aus Schwefelhexafluorid und Sauerstoff hergestellt wird, sodass während des Ätzens des Siliziums durch das Gasgemisch, das in ein Plasma umgewandelt wird, Oxide erzeugt werden und auf der Oberfläche des Siliziums verteilt werden und mittels eines Unterschieds in der Ätzrate des Oxids und des Siliziums die feine Oberflächenrauheit auf der Oberfläche des Siliziums geformt wird, wobei die feine Oberflächenrauheit eine Tiefe in einem Bereich von 1,6 µm bis 2,7 µm und ein Teilungsmaß in einem Bereich von 1,7 µm bis 3,0 µm hat, womit die Ätzbedingungen eingestellt sind, um die feine Oberflächenrauheit zur Verwendung im Infrarotbereich bereitzustellen, und wobei das Verhältnis von Teilungsmaß zu Tiefe der feinen Oberflächenrauheit durch Ändern des Verhältnisses der Zufuhrmenge von Schwefelhexafluorid und der Zufuhrmenge von Sauerstoff eingestellt wird.A method for manufacturing a mold for an anti-reflection structure for use in an infrared region or for manufacturing an object having the anti-reflection structure for use in an infrared region by plasma dry etching, wherein on a surface of silicon from which the mold or the object is made or with which the mold or object is coated, a fine surface roughness is produced by the plasma dry etching using a gas mixture of sulfur hexafluoride and oxygen, so that during the etching of the silicon by the gas mixture, which is converted into a plasma, oxides are generated and on the surface of the silicon and by means of a difference in the etching rate of the oxide and the silicon, the fine surface roughness is formed on the surface of the silicon, the fine surface roughness having a depth in a range of 1.6 µm to 2.7 µm and a pitch in one has a range of 1.7 µm to 3.0 µm, with which the etching conditions are adjusted to provide the fine surface roughness for use in the infrared region, and wherein the ratio of the pitch to the depth of the fine surface roughness is adjusted by changing the ratio of the supply amount of sulfur hexafluoride and the Supply amount of oxygen is adjusted.
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Form (z.B. eine Spritzgussform), welche mit einer feinen Oberflächenrauheit (z.B. einer Antireflexionsstruktur) bereitgestellt ist, ein optisches Element (z.B. eine optische Linse), welches mit einer feinen Oberflächenrauheit bereitgestellt ist, ein Verfahren zur Herstellung der Form und ein Verfahren zur Herstellung des optischen Elements.The present invention relates to a mold (e.g. an injection mold) which is provided with a fine surface roughness (e.g. an anti-reflection structure), an optical element (e.g. an optical lens) which is provided with a fine surface roughness, a method for producing the mold and a method of manufacturing the optical element.
Beschreibung der bezogenen TechnikDescription of related technique
Antireflexionsstrukturen, welche eine feine Oberflächenrauheit aufweisen (z.B. davon gebildet sind), wobei ein Teilungsmaß (oder eine Periode, z.B. ein Teilungs-/ Abstandsintervall) der Rauheit kleiner als die Wellenlänge des Lichts ist, werden bei optischen Elementen verwendet. Als ein Verfahren zur Herstellung der Formen für derartige Antireflexionsstrukturen ist ein Verfahren bekannt, bei welchem ein Abdecklack (z.B. ein Fotolack, z.B. allg. ein Resist) mittels Interferenzexposition oder unter Verwendung eines Elektronenstrahllithographiesystems strukturiert wird und anschließend ein Ätzen oder Elektroformen (z.B. Patentdokument 1) ausgeführt wird. Jedoch ist es schwierig, eine feine Oberflächenrauheit auf einer Oberfläche zu formen, welche eine große Fläche hat, oder auf einer gebogenen/gekrümmten Fläche.Antireflection structures which have (e.g. are formed of) fine surface roughness with a pitch (or a period, e.g. a pitch/pitch interval) of the roughness being smaller than the wavelength of light are used in optical elements. As a method of manufacturing the molds for such anti-reflection structures, there is known a method in which a resist (e.g., a photoresist, e.g., generally, a resist) is patterned by means of interference exposure or using an electron beam lithography system, and then etching or electroforming (e.g., Patent Document 1) is performed. However, it is difficult to form fine surface roughness on a surface having a large area or on a curved/curved surface.
Unlängst wurden Herstellungsverfahren für Antireflexionsstrukturen entwickelt, bei welchen ein Strukturierungsvorgang des Abdecklacks nicht notwendig ist. Unter diesen Verfahren gibt es ein Verfahren, bei welchem eine feine Oberflächenrauheit geformt wird mittels Beschichtens/Anlagerns von Nanopartikeln auf einer Oberfläche eines Substrats (z.B. Patentdokument 2), und ein Verfahren, bei welchem eine feine Oberflächenrauheit unter Verwendung von porösen, anodisch oxidierten Aluminiumdioxid als eine Form geformt wird (z.B. Patentdokument 3). Diese Verfahren sind dafür gedacht, um auf einer Oberfläche angewendet zu werden, welche eine große Fläche hat oder gekrümmt/gebogen ist. Jedoch ist aufgrund der Eigenschaften der Herstellungsverfahren das Teilungsmaß der Oberflächenrauheit auf 1 µm oder weniger beschränkt. Dementsprechend kann die Oberflächenrauheit kaum bei optischen Elementen angewendet werden, welche z.B. mit Infrarotstrahlen arbeiten (z.B. im Infrarotspektrum verwendet werden).Manufacturing processes for antireflection structures have recently been developed in which a structuring process of the resist is not necessary. Among these methods, there are a method in which a fine surface roughness is formed by coating/depositing nanoparticles on a surface of a substrate (e.g. Patent Document 2), and a method in which a fine surface roughness is formed using porous anodized alumina as a shape is formed (e.g. Patent Document 3). These methods are intended to be applied to a surface that has a large area or is curved/curved. However, due to characteristics of manufacturing processes, the surface roughness pitch is limited to 1 µm or less. Accordingly, the surface roughness can hardly be applied to optical elements using, e.g., infrared rays (e.g., used in infrared spectrum).
Demnach wurde noch kein Verfahren zur Herstellung einer Form oder eines optischen Elements entwickelt, bei welchem eine feine Oberflächenrauheit, die Teilungsmaße/Abstandsintervalle in einem weiten Bereich inklusive des Infrarotbereichs aufweist, auf einer Oberfläche, welche eine große Fläche hat, oder auf einer gekrümmten/gebogenen Oberfläche geformt werden kann.Accordingly, a method of manufacturing a mold or an optical element in which a fine surface roughness having pitches/pitches in a wide range including the infrared range on a surface having a large area or on a curved/bent one has not yet been developed surface can be formed.
Stand-der-Technik-DokumentePrior Art Documents
Patentdokumentepatent documents
- Patentdokument 1: WO 2006 / 129 514 A1Patent Document 1: WO 2006/129514 A1
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Patentdokument 2:
JP 2012 - 40 878 A JP 2012 - 40 878 A -
Patentdokument 3:
JP 2014 - 51 710 A JP 2014 - 51 710 A
Beispielhafte Verfahren zum Herstellen von Formen sind aus US 2009 / 0 261 353 A1 und US 2009 / 0 180 188 A1 bekannt.Exemplary methods for producing molds are known from US 2009/0 261 353 A1 and US 2009/0 180 188 A1.
Erläuterung der ErfindungExplanation of the invention
Von der Erfindung zu lösendes ProblemProblem to be solved by the invention
Dementsprechend gibt es einen Bedarf für ein Verfahren zur Herstellung einer Form (z.B. einer Spritzgussform) und/oder eines optischen Elements (z.B. einer optischen Linse), bei welcher/welchem eine feine Oberflächenrauheit (z.B. eine Antireflexionsstruktur), die Teilungsmaße/Abstandsintervalle in einem weiten Bereich inklusive des Infrarotbereichs aufweist, auf einer Oberfläche, welche eine große Fläche hat, oder auf einer gekrümmten/gebogenen Fläche geformt werden kann.Accordingly, there is a need for a method of making a mold (e.g., an injection mold) and/or an optical element (e.g., an optical lens) that has a fine surface roughness (e.g., an anti-reflection structure), the pitch/spacing intervals in a wide range range including the infrared range, can be formed on a surface having a large area or on a curved/curved surface.
Mittel zum Lösen des Problemsmeans of solving the problem
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind ein im Anspruch 1 definiertes Verfahren, eine im Anspruch 7 definierte Form sowie ein im Anspruch 8 definiertes Objekt bereitgestellt.According to the present invention a method as defined in
Ein Verfahren zur Herstellung einer Form für ein optisches Element gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform verwendet eine Vorrichtung zum reaktiven Ätzen (z.B. zum reaktiven lonenätzen), um die Form für ein optisches Element herzustellen, welches mit Infrarotstrahlen arbeitet. In der Vorrichtung wird ein Substrat platziert, das aus einem Halbleiter und/oder z.B. einem Metall gemacht ist und das mit Schwefelhexafluorid reagiert, und in welche ein Gasgemisch aus Schwefelhexafluorid und Sauerstoff eingeführt wird, sodass Oxide auf einer Oberfläche des Substrats verteilt werden, wobei die Oberfläche des Substrats einem Ätzen durch Schwefelhexafluorid unterzogen wird, während die Oxide als eine Ätzmaske fungieren, und deshalb eine Oberflächenrauheit auf der Oberfläche des Substrats geformt wird.A method for manufacturing an optical element mold according to a first exemplary embodiment uses a reactive etching apparatus (e.g., reactive ion etching) to manufacture the optical element mold using infrared rays. In the device is placed a substrate made of a semiconductor and/or e.g. a metal which reacts with sulfur hexafluoride, and into which a mixed gas of sulfur hexafluoride and oxygen is introduced so that oxides are distributed on a surface of the substrate, whereby the Surface of the substrate is subjected to etching by sulfur hexafluoride while the oxides function as an etching mask, and therefore surface roughness is formed on the surface of the substrate.
Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform benötigt keinen Strukturierungsvorgang für eine Ätzmaske und ist deshalb arbeitssparend. Weiter kann gemäß dem Verfahren zur Herstellung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Oberflächenrauheit, welche ein Teilungsmaß in einem weiten Bereich inklusive eines Infrarotbereichs aufweist, auf einer Oberfläche, welche eine große Fläche hat, oder auf einer gebogenen/gekrümmten Oberfläche hergestellt werden.The manufacturing method according to the present embodiment does not require a patterning process for an etching mask and is therefore labor-saving. Further, according to the manufacturing method according to the present embodiment, a surface roughness having a pitch in a wide range including an infrared range can be manufactured on a surface having a large area or on a curved/curved surface.
Eine Form für ein optisches Element, welches mit Infrarotstrahlen arbeitet, hat gemäß einer zweiten Ausführungsform eine Oberflächenrauheit. Die Oberflächenrauheit wird unter Verwendung einer Vorrichtung zum reaktiven Ätzen hergestellt, in welcher ein Substrat, das aus einem Halbleiter oder z.B. einem Metall gemacht ist und das mit Schwefelhexafluorid reagiert, platziert wird, und in welche ein Gasgemisch aus Schwefelhexafluorid und Sauerstoff hinein eingeleitet wird, sodass Oxide auf einer Oberfläche des Substrats verteilt werden, wobei die Oberfläche des Substrats einem Ätzen durch Schwefelhexafluorid unterzogen wird, während die Oxide als eine Ätzmaske fungieren, und deshalb die Oberflächenrauheit auf der Oberfläche des Substrats geformt wird.A mold for an optical element using infrared rays according to a second embodiment has a surface roughness. The surface roughness is produced using a reactive etching apparatus in which a substrate made of a semiconductor or e.g. a metal and which reacts with sulfur hexafluoride is placed and into which a mixed gas of sulfur hexafluoride and oxygen is introduced so that Oxides are distributed on a surface of the substrate, whereby the surface of the substrate is subjected to etching by sulfur hexafluoride while the oxides function as an etching mask, and therefore surface roughness is formed on the surface of the substrate.
Die Form gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann mittels eines vereinfachten Verfahrens ohne die Notwendigkeit des Strukturierungsvorgangs für eine Ätzmaske hergestellt werden. Weiter kann eine Form, die eine Oberflächenrauheit aufweist, welche ein Teilungsmaß in einem weiten Bereich inklusive eines Infrarotbereichs aufweist, erhalten werden.The mold according to the present embodiment can be manufactured by a simplified process without the need for the patterning process for an etching mask. Further, a mold having a surface roughness having a pitch in a wide range including an infrared range can be obtained.
Ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements, welches mit Infrarotstrahlen arbeitet, verwendet gemäß einer dritten Ausführungsform eine Vorrichtung zum reaktiven Ätzen. In der Vorrichtung wird ein Substrat platziert, das aus einem Halbleiter gemacht ist und mit Schwefelhexafluorid reagiert, und wird ein Gasgemisch aus Schwefelhexafluorid und Sauerstoff hinein eingeleitet, sodass Oxide auf einer Oberfläche des Substrats verteilt werden, wobei die Oberfläche des Substrats einem Ätzen durch Schwefelhexafluorid unterzogen wird, während die Oxide als eine Ätzmaske fungieren, und deshalb wird eine Oberflächenrauheit auf der Oberfläche des Substrats geformt.A method for manufacturing an optical element using infrared rays according to a third embodiment uses a reactive etching apparatus. In the device, a substrate made of a semiconductor and reacted with sulfur hexafluoride is placed, and a mixed gas of sulfur hexafluoride and oxygen is introduced thereinto so that oxides are dispersed on a surface of the substrate, and the surface of the substrate is subjected to etching by sulfur hexafluoride while the oxides function as an etching mask, and therefore surface roughness is formed on the surface of the substrate.
Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform benötigt keinen Strukturierungsvorgang für eine Ätzmaske und ist deshalb arbeitssparend. Weiter kann gemäß dem Verfahren zur Herstellung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Oberflächenrauheit, welche ein Teilungsmaß in einem weiten Bereich inklusive eines Infrarotbereichs aufweist, auf einer Oberfläche, welche eine große Fläche hat, oder einer gekrümmten/gebogenen Fläche hergestellt werden.The manufacturing method according to the present embodiment does not require a patterning process for an etching mask and is therefore labor-saving. Further, according to the manufacturing method according to the present embodiment, a surface roughness having a pitch in a wide range including an infrared range can be manufactured on a surface having a large area or a curved/curved surface.
Ein optisches Element (z.B. eine optische Linse, z.B. eine Infrarotlinse), welches mit Infrarotstrahlen arbeitet, hat gemäß einer vierten Ausführungsform eine Oberflächenrauheit. Die Oberflächenrauheit wird unter Verwendung der Vorrichtung zum reaktiven Ätzen hergestellt, in welcher ein Substrat, das aus einem Halbleiter gemacht ist und mit Schwefelhexafluorid reagiert, platziert wird, und in welche ein Gasgemisch aus Schwefelhexafluorid und Sauerstoff eingeleitet wird, sodass Oxide auf einer Oberfläche des Substrats verteilt werden, wobei die Oberfläche des Substrats einem Ätzen durch Schwefelhexafluorid unterzogen wird, während die Oxide als eine Ätzmaske fungieren, und deshalb die Oberflächenrauheit auf der Oberfläche des Substrats geformt wird.An optical element (e.g. an optical lens, e.g. an infrared lens) using infrared rays has a surface roughness according to a fourth embodiment. The surface roughness is prepared using the reactive etching apparatus in which a substrate made of a semiconductor and reacted with sulfur hexafluoride is placed and into which a mixed gas of sulfur hexafluoride and oxygen is introduced so that oxides are formed on a surface of the substrate are distributed, the surface of the substrate is subjected to etching by sulfur hexafluoride while the oxides function as an etching mask, and therefore the surface roughness is formed on the surface of the substrate.
Das optische Element gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann mittels eines vereinfachten Verfahrens ohne die Notwendigkeit eines Strukturierungsvorgangs für eine Ätzmaske hergestellt werden. Weiter kann ein optisches Element erhalten werden, welches mit einer Oberflächenrauheit bereitgestellt ist, die ein Teilungsmaß in einem weiten Bereich inklusive eines Infrarotbereichs aufweist.The optical element according to the present embodiment can be manufactured by a simplified process without the need for a patterning process for an etching mask. Further, an optical element provided with a surface roughness having a pitch in a wide range including an infrared range can be obtained.
Nachfolgend werden Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben.Examples according to the present disclosure are described below.
Beispiel 1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Form für eine Antireflexionsstruktur zur Verwendung im Infrarotbereich oder zur Herstellung eines Objekts, welches die Antireflexionsstruktur zur Verwendung im Infrarotbereich aufweist, durch Plasmatrockenätzen, wobei auf einer Oberfläche von Silizium, aus welchem die Form oder das Objekt hergestellt ist oder mit welchem die Form oder das Objekt beschichtet ist, eine feine Oberflächenstruktur (Oberflächenrauheit) durch das Plasmatrockenätzen unter Verwendung eines Gasgemisches aus Schwefelhexafluorid und Sauerstoff hergestellt wird, sodass während des Ätzens des Siliziums durch das Gasgemisch, das in ein Plasma umgewandelt wird, Oxide erzeugt werden und auf der Oberfläche des Siliziums verteilt werden und mittels eines Unterschieds in der Ätzrate des Oxids und des Siliziums die feine Oberflächenrauheit auf der Oberfläche des Siliziums geformt wird, wobei die feine Oberflächenrauheit eine Tiefe in einem Bereich von 0,25 µm bis 2,5 µm und ein Teilungsmaß in einem Bereich von 0,19 µm bis 1,4 µm hat, weiter bevorzugt eine Tiefe in einem Bereich von 0,25 µm bis 1,1 µm und ein Teilungsmaß in einem Bereich von 0,19 µm bis 0,4µm hat, und weiter bevorzugt eine Tiefe in einem Bereich von 1,7 µm bis 2,5 µm und ein Teilungsmaß in einem Bereich von 0,5 µm bis 1,4 µm hat, womit die Ätzbedingungen eingestellt sind, um die feine Oberflächenrauheit zur Verwendung im Infrarotbereich bereitzustellen.Example 1 is a method for manufacturing a mold for an anti-reflection structure for infrared use or for manufacturing an object having the anti-reflection structure for infrared use by plasma dry etching, wherein on a surface of silicon from which the mold or the object is made or with which the mold or object is coated, a fine surface structure (surface roughness) is produced by the plasma dry etching using a gas mixture of sulfur hexafluoride and oxygen, so that oxides are generated during the etching of the silicon by the gas mixture, which is converted into a plasma are distributed on the surface of the silicon and by means of a difference in etching rate of the oxide and the silicon, the fine surface roughness is formed on the surface of the silicon, the fine surface roughness having a depth in a range of 0.25 µm to 2.5 µm µm and d has a pitch in a range of 0.19 µm to 1.4 µm, more preferably a depth in a range of 0.25 µm to 1.1 µm and a pitch in a range of 0.19 µm to 0.4 µm and more preferably has a depth in a range of 1.7 µm to 2.5 µm and a pitch in a range of 0.5 µm to 1.4 µm, thereby adjusting the etching conditions to use the fine surface roughness provide in the infrared range.
In Beispiel 2 kann das Verfahren gemäß Beispiel 1 optional ferner aufweisen, dass das Gasgemisch mittels Hochfrequenzleistung in das Plasma umgewandelt wird.In example 2, the method according to example 1 can optionally further comprise that the gas mixture is converted into the plasma by means of high-frequency power.
In Beispiel 3 kann das Verfahren gemäß Beispiel 2 optional ferner aufweisen, dass sich die Hochfrequenzleistung in einem Bereich von 100 W bis 200 W befindet, um das Plasma zu erzeugen.In example 3, the method according to example 2 can optionally further comprise that the high-frequency power is in a range of 100 W to 200 W to generate the plasma.
In Beispiel 4 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 3 optional ferner aufweisen, dass sich die Ätzdauer in einem Bereich von 20 min bis 120 min und bevorzugt in einem Bereich von 60 min bis 120 min befindet.In example 4, the method according to any one of examples 1 to 3 can optionally further comprise that the etching time is in a range from 20 min to 120 min and preferably in a range from 60 min to 120 min.
In Beispiel 5 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 4 optional ferner aufweisen, dass während des Ätzens das Gasgemisch einen Betriebsdruck von 1 Pa hat, mit einer Rate von 50 ml/min Schwefelhexafluorid und 50 ml/min Sauerstoff zugeführt wird und das Ätzen bei einer Temperatur von 3°C ausgeführt wird.In example 5, the method according to any one of examples 1 to 4 can optionally further comprise that during the etching the gas mixture has an operating pressure of 1 Pa, sulfur hexafluoride is supplied at a rate of 50 ml/min and oxygen is supplied at a rate of 50 ml/min, and the etching carried out at a temperature of 3°C.
In Beispiel 6 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 5 optional ferner aufweisen, dass das Ätzen mit der Hochfrequenzleistung von 200 W für 60 min, mit der Hochfrequenzleistung von 200 W für 120 min oder mit der Hochfrequenzleistung von 100 W für 120 min ausgeführt wird.In Example 6, the method according to any one of Examples 1 to 5 may optionally further include etching with the high-frequency power of 200 W for 60 min, with the high-frequency power of 200 W for 120 min, or with the high-frequency power of 100 W for 120 min becomes.
Beispiel 7 ist eine Form für ein Objekt, welches im Infrarotbereich arbeitet, wobei die Form eine feine Oberflächenrauheit aufweist, die gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 hergestellt wird.Example 7 is a mold for an object that operates in the infrared region, the mold having a fine surface roughness made according to the procedure of Example 1.
Beispiel 8 ist ein Objekt, welches eine Antireflexionsstruktur aufweist, die mittels eines Verfahrens hergestellt wird, wobei bei dem Verfahren auf einer Oberfläche von Silizium, aus welchem das Objekt hergestellt ist oder mit welchem das Objekt beschichtet ist, eine feine Oberflächenstruktur durch Plasmatrockenätzen unter Verwendung eines Gasgemisches aus Schwefelhexafluorid und Sauerstoff hergestellt wird, sodass während des Ätzens des Siliziums durch das Gasgemisch, das in ein Plasma umgewandelt wird, Oxide erzeugt werden und auf der Oberfläche des Siliziums verteilt werden und mittels eines Unterschieds in der Ätzrate des Oxids und des Siliziums die Oberflächenrauheit auf der Oberfläche des Siliziums geformt wird.Example 8 is an object having an anti-reflection structure manufactured by a method in which a surface of silicon of which the object is made of or with which the object is coated is formed a fine surface structure by plasma dry etching using a method gas mixture of sulfur hexafluoride and oxygen is produced so that during the etching of the silicon by the gas mixture converted into a plasma, oxides are generated and distributed on the surface of the silicon and, by means of a difference in the etching rate of the oxide and the silicon, the surface roughness is formed on the surface of the silicon.
In Beispiel 9 kann das Objekt gemäß Beispiel 8 optional ferner aufweisen, dass es eine Linse für Infrarotstrahlen ist.In Example 9, the object according to Example 8 may optionally further include being a lens for infrared rays.
Figurenlistecharacter list
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1 zeigt eine (schematische) Ausführung einer Vorrichtung zum reaktiven lonenätzen, welche für ein Verfahren zur Herstellung einer Form und/oder eines optischen Elements, welche eine Oberflächenrauheit aufweisen, verwendet wird,1 shows a (schematic) embodiment of a device for reactive ion etching, which is used for a method for producing a mold and/or an optical element which have a surface roughness, -
2 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung des Prinzips eines Herstellungsverfahrens einer Form für eine Antireflexionsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung,2 Fig. 14 is a flow chart showing the principle of a manufacturing method of a mold for an anti-reflection structure according to the present invention. -
3 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Form, welche eine feine Oberflächenrauheit auf einer flachen Oberfläche aufweist,3 shows a method of manufacturing a mold having a fine surface roughness on a flat surface, -
4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines (z.B. gekrümmten/gebogenen) optischen Elements, welches eine feine Oberflächenrauheit aufweist,4 shows a method for producing a (e.g. curved/bent) optical element which has a fine surface roughness, -
5 ist ein Flussdiagramm zur Ermittlung von Ätzbedingungen eines Herstellungsverfahrens einer Form für eine Antireflexionsstruktur als ein Beispiel für das Herstellungsverfahren einer Form gemäß der vorliegenden Erfindung,5 Fig. 14 is a flow chart for determining etching conditions of a manufacturing method of a mold for an antireflection structure as an example of the manufacturing method of a mold according to the present invention. -
6 zeigt eine Beziehung zwischen der Ätzdauer und dem Teilungsmaß der feinen Oberflächenrauheit in dem Fall, in welchem die Leistung eine Hochfrequenzleistungsquelle auf 100 W festgelegt ist und die Ätzbedingungen, welche in der Tabelle 1 gezeigt sind, eingehalten werden, und eine Beziehung zwischen einer Ätzdauer und einem Teilungsmaß der feinen Oberflächenrauheit in dem Fall, in welchem die Leistung der Hochfrequenzleistungsquelle auf 200 W festgelegt ist und die Ätzbedingungen, welche in der Tabelle 1 gezeigt sind, aufrecht erhalten/gehalten werden,6 Fig. 12 shows a relationship between the etching time and the fine surface roughness pitch in the case where the power of a high-frequency power source is set to 100 W and the etching conditions shown in Table 1 are satisfied, and a relationship between an etching time and a Pitch of fine surface roughness in the case where the power of the high-frequency power source is set to 200 W and the etching conditions shown in Table 1 are maintained, -
7 zeigt eine Beziehung zwischen der Ätzdauer und der Tiefe der feinen Oberflächenrauheit in dem Fall, in welchem die Leistung der Hochfrequenzleistungsquelle auf 100 W festgelegt ist und die Ätzbedingungen, welche in der Tabelle 1 gezeigt sind, eingehalten werden, und eine Beziehung zwischen einer Ätzdauer und einer Tiefe der feinen Oberflächenrauheit in dem Fall, in welchem die Leistung der Hochfrequenzleistungsquelle auf 200 W festgelegt ist und die Ätzbedingungen, welche in der Tabelle 1 gezeigt sind, aufrecht erhalten/gehalten werden,7 Fig. 12 shows a relationship between the etching time and the depth of fine surface roughness in the case where the power of the high-frequency power source is set to 100 W and the etching conditions shown in Table 1 are satisfied, and a relationship between an etching time and a Depth of fine surface roughness in the case where the power of the high-frequency power source is set to 200 W and the etching conditions shown in Table 1 are maintained, -
8 zeigt eine Beziehungen zwischen einer Wellenlänge und einer Transmission von/für Infrarotstrahlen, welche in Substrate eintreten, die verschiedene Arten von Oberflächenrauheiten (z.B. Antireflexionsstrukturen) aufweisen,8th 12 shows a relationship between a wavelength and a transmittance of infrared rays entering substrates having various types of surface roughness (e.g., anti-reflection structures), -
9 zeigt die Transmission,9 shows the transmission, -
10 zeigt eine Beziehung zwischen der Lichttransmission, welche erhöht werden soll, und einem Teilungsmaß einer feinen Oberflächenrauheit zum Erhöhen der Transmission,10 Fig. 12 shows a relationship between light transmittance to be increased and a pitch of fine surface roughness for increasing transmittance, -
11 zeigt eine Aufnahme des Substrats 1 ohne eine feine Oberflächenrauheit, des Substrats 2 mit einer feinen Oberflächenrauheit für sichtbares Licht und des Substrats 3 mit der feinen Oberflächenrauheit, und11 Fig. 12 shows a photograph of thesubstrate 1 without a fine surface roughness, thesubstrate 2 with a fine surface roughness for visible light, and thesubstrate 3 with the fine surface roughness, and -
12 zeigt eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme der feinen Oberflächenrauheit 3 (des Substrats 3).12 12 shows a scanning electron micrograph of the fine surface roughness 3 (the substrate 3).
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Die
Das der Ätzkammer 201 zuzuführende Gas ist eine Mischung aus einem Schwefelhexafluoridgas und einem Sauerstoffgas. Das Material des Substrats ist ein Halbleiter oder ein Metall, welches mit Schwefelhexafluorid reagiert.The gas to be supplied to the
Die
In Schritt S1010 der
In Schritt S1020 der
In Schritt S1030 der
Wie oben beschrieben ist das verwendete Gas eine Mischung aus Schwefelhexafluorid (SF6) und Sauerstoffgas.As described above, the gas used is a mixture of sulfur hexafluoride (SF 6 ) and oxygen gas.
Das Material des Substrats ist ein Halbleiter oder ein Metall, welches mit dem Schwefelhexafluorid reagiert. Insbesondere ist das Material Silizium, Titan, Wolfram, Tantal, eine Titanlegierung, welche durch Zusetzen von anderen Elementen zu Titan hergestellt wird, eine Wolframlegierung, welche durch Zusetzen von anderen Elementen zu Wolfram hergestellt wird, oder dergleichen.The material of the substrate is a semiconductor or a metal which reacts with the sulfur hexafluoride. Specifically, the material is silicon, titanium, tungsten, tantalum, a titanium alloy made by adding other elements to titanium, a tungsten alloy made by adding other elements to tungsten, or the like.
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in Schritt S2010 in der
in Schritt S2020 in der
In Schritt S2030 in der
In Schritt S2040 in der
In Schritt S2050 in der
In Schritt S2060 in der
Die Ätzbedingungen sind nachfolgend im Detail beschrieben.The etching conditions are described in detail below.
Die Tabelle 1 zeigt einige Ätzbedingungen. Tabelle 1
In die Ätzkammer 201 der Vorrichtung zum reaktiven Ionenätzen 200 wird das Gasgemisch aus Schwefelhexafluorid und Sauerstoff hinein zugeführt. Eine Menge des zugeführten Schwefelhexafluorids bzw. des Sauerstoffs ist 50 Milliliter pro Minute. Der Druck der Ätzkammer 201 wird gesteuert, sodass dieser 1 Pascal ist. Die Temperatur der unteren Elektrode 205, an/auf welcher das Substrat festgelegt ist, wird gesteuert, sodass sie 3° Celsius ist. Das Substrat ist aus Silizium hergestellt (z.B. damit beschichtet).The gas mixture of sulfur hexafluoride and oxygen is fed into the
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Das Teilungsmaß (z.B. das Teilungsintervall) der feinen Oberflächenrauheit ist ein Mittelwert der Distanz in einer Richtung parallel zur Substratoberfläche zwischen angrenzenden/benachbarten konvexen Abschnitten oder zwischen benachbarten/angrenzenden konkaven Abschnitten in einem Querschnitt der feinen Oberflächenrauheit. Die Querschnittsansicht kann durch ein Rasterkraftmikroskop oder dergleichen erhalten werden. Das Teilungsmaß kann durch eine Fourieranalyse des Querschnitts der feinen Oberflächenrauheit erhalten werden.The pitch (e.g. pitch interval) of the fine surface roughness is an average of the distance in a direction parallel to the substrate surface between adjacent/adjacent convex portions or between adjacent/adjacent concave portions in a cross section of the fine surface roughness. The cross-sectional view can be obtained by an atomic force microscope or the like. The pitch can be obtained by Fourier analysis of the cross section of the fine surface roughness.
Gemäß der
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Eine Tiefe der feinen Oberflächenrauheit ist ein Mittelwert der Distanz in einer Richtung senkrecht zur Substratoberfläche zwischen angrenzenden/benachbarten konvexen und konkaven Abschnitten in einem Querschnitt der feinen Oberflächenrauheit.A depth of the fine surface roughness is an average of the distance in a direction perpendicular to the substrate surface between adjacent convex and concave portions in a cross section of the fine surface roughness.
Gemäß der
Wie es oben beschrieben ist, können mittels Einstellens der Ätzbedingungen, welche die Leistung der Hochfrequenzleistungsquelle 211 und die Ätzdauer beinhalten, die feinen Oberflächenrauheiten, welche Teilungsmaße und Tiefen aufweisen, die zum sichtbaren Bereich und zum Infrarotbereich korrespondieren, hergestellt werden.As described above, by adjusting the etching conditions including the power of the high-
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Die Tabelle 2 zeigt die Ätzbedingungen 1 und die Ätzbedingungen 2. Tabelle 2
Die feine Oberflächenrauheit, welche unter den Ätzbedingungen 1 hergestellt wurde, ist nachfolgend als die feine Oberflächenrauheit 1 bezeichnet. Das Teilungsmaß der feinen Oberflächenrauheit 1 ist 1,0 µm, während 1,21 µm die Tiefe der feinen Oberflächenrauheit 1 ist. Das Verhältnis des Teilungsmaßes zur Tiefe der feinen Oberflächenrauheit 1 ist 0,83. Die feine Oberflächenrauheit, welche unter den Ätzbedingungen 2 hergestellt wurde, ist nachfolgend als die feine Oberflächenrauheit 2 bezeichnet. Das Teilungsmaß der feinen Oberflächenrauheit 2 ist 3,0 µm während 2,79 µm die Tiefe der feinen Oberflächenrauheit 2 ist. Das Verhältnis des Teilungsmaßes zur Tiefe der feinen Oberflächenrauheit 2 ist 1,1.The fine surface roughness produced under the
Gemäß der
Die
Es wurde eine feine Oberflächenrauheit hergestellt, welche ein Teilungsmaß hat, das größer als das der feinen Oberflächenrauheit 2 ist. Diese feine Oberflächenrauheit wird nachfolgend als feine Oberflächenrauheit 3 bezeichnet.A fine surface roughness having a pitch larger than that of
Die Tabelle 3 zeigt die Ätzbedingungen für die feine Oberflächenrauheit 3. Tabelle 3
Das Teilungsmaß der feinen Oberflächenrauheit 3 ist 18,0 µm, während 6,0 µm die Tiefe der feinen Oberflächenrauheit 3 ist. Das Verhältnis des Teilungsmaßes zur Tiefe der feinen Oberflächenrauheit 3 ist 3,0.The pitch of the
Bei den Ätzbedingungen, welche in der Tabelle 3 gezeigt sind, ist die Menge des zugeführten Sauerstoffs kleiner als die des Schwefelhexafluorids. Folglich werden die Distanzen zwischen den Oxiden, welche auf der Oberfläche des Substrats abgelagert werden und welche als eine Ätzmaske fungieren, größer. Dementsprechend ist das Verhältnis des Teilungsmaßes zur Tiefe der feinen Oberflächenrauheit 3 größer als die der feinen Oberflächenrauheit 1 und der feinen Oberflächenrauheit 2. Wie oben beschrieben kann das Verhältnis des Teilungsmaßes zu Tiefe der feinen Oberflächenrauheit geändert werden mittels Änderns des Verhältnisses der zugeführten Menge von Schwefelhexafluorid und der zugeführten Menge von Sauerstoff.Under the etching conditions shown in Table 3, the amount of oxygen supplied is smaller than that of sulfur hexafluoride. Consequently, the distances between the oxides, which are deposited on the surface of the substrate and which function as an etch mask, become larger. Accordingly, the ratio of the pitch to the depth of the
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Deshalb dient das Substrat 3 mit der feinen Oberflächenrauheit 3 als eine Diffusorplatte. Das Substrat 3 kann ebenfalls als eine Form für eine Diffusorplatte verwendet werden.Therefore, the
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