CN101487904A

CN101487904A - 抗反射板及其抗反射结构的制造方法

Info

Publication number: CN101487904A
Application number: CNA2008100031803A
Authority: CN
Inventors: 陈志玮; 吴清吉; 谢文宗; 许文通; 林春宏
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2009-07-22

Abstract

本发明公开了一种抗反射结构的制造方法，包括下列步骤：首先，提供待处理物于反应区内。接着，提供一等离子体源于反应区内。然后，在常压下解离等离子体源形成等离子体。接着，以等离子体处理待处理物的表面，以于待处理物的表面形成多个微突起结构。

Description

抗反射板及其抗反射结构的制造方法

技术领域

本发明涉及一种抗反射板及其抗反射结构的制造方法，且特别是涉及一种具有纳米级微突起的抗反射结构的抗反射板及其制造方法。

背景技术

抗反射技术可以广泛应用于各领域，例如运用在眼镜镜片、光盘的表面，或者电视、计算机屏幕、数字相机、PDA、GPS及手机的显示器表面，以及汽车玻璃、飞机及汽车的仪表板表面，甚至于展示橱窗及生医应用。物体经抗反射技术处理后可以减少物体表面对外界光源反射所造成的炫光或鬼影现象，甚至用于太阳能板(solar collector)的表面以增加光能的利用效率等，可以显著改善现有产品的影像表现或光能利用率。

目前主要的抗反射技术是在衬底表面形成多层不同折射率的薄膜来降低光反射率。由于现有薄膜工艺大多需要在真空环境下进行镀膜，所需工艺十分费时且成本高昂。加上多层薄膜的良率难以控制，使得使用抗反射技术的产品成本十分高昂而无法普及于大众。

发明内容

有鉴于此本发明的主要目的在于提供一种抗反射板及其抗反射结构的制造方法，利用大气压等离子体形成抗反射结构，使制造抗反射板所需的材料及时间成本大为降低。

根据本发明，提出一种抗反射结构的制造方法，包括下列步骤：首先，提供待处理物于反应区内。接着，提供等离子体源于反应区内。然后，在常压下解离等离子体源形成等离子体。接着，以等离子体处理待处理物的表面，并于衬底的表面形成多个微突起结构。

根据本发明，提出一种抗反射结构的制造方法，包括下列步骤。首先，提供待镀膜物于反应区内。接着，提供等离子体源于该反应区内。然后，提供镀膜单体于反应区内。接着，在常压下解离等离子体源形成等离子体，使等离子体与镀膜单体反应。然后，沉积镀膜单体于待镀膜物表面以形成薄膜，薄膜具有多个微突起结构。

根据本发明，提出一种抗反射板，具有光入射面，抗反射板包括多个微突起结构设置于光入射面上。微突起结构个别的平均宽度范围位于10nm至500nm之间。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明。

附图说明

图1绘示依照本发明实施例一的抗反射板的形成步骤流程图；

图2A绘示待处理物与大气等离子体设备的示意图；

图2B绘示经过大气压等离子体处理的抗反射板的示意图；

图2C绘示图2B的抗反射板的局部放大图；

图3A绘示PMMA衬底经等离子体处理前与处理后于不同光波长下的光穿透率比较图；

图3B绘示玻璃衬底经等离子体处理前与处理后于不同光波长下的光穿透率比较图；

图3C绘示未抛光硅晶圆经等离子体处理前与处理后于不同光波长下的光反射率比较图；

图3D绘示抛光硅晶圆经等离子体处理前与处理后于不同光波长下的光反射率比较图；

图4绘示依照本发明实施例二的抗反射板的形成步骤流程图；

图5A绘示待镀膜物与大气等离子体设备的示意图；

图5B绘示以大气压等离子体镀膜所形成的抗反射板的示意图；

图5C绘示图5B的抗反射板的局部放大图；以及

图6绘示玻璃衬底以不同镀膜单体进行等离子体镀膜前与镀膜后于不同光波长下的光穿透率比较图。

【主要元件符号说明】

2：等离子体枪

4：等离子体

5：平台

6：反应区

31、32、33、34、35、36、37a、37b、38、39a、39b、61、63、64：曲线

100：待处理物

100a、200a：抗反射板

101、201：表面

101a、211：光入射面

110、215：微突起结构

200：待镀膜物

210：抗反射薄膜

具体实施方式

大气压等离子体(atmospheric pressure plasma，APP)是指在一大气压或接近一大气压的状态下所产生的等离子体。相较于传统的真空等离子体技术，大气等离子体***在成本上有绝对的优势。以设备成本而言，它不需使用昂贵及笨重的真空设备；就工艺方面，元件可以不受真空腔体的限制，并可以进行连续式的量产程序。这些技术特色皆可有效地降低产品的制造成本。

当光线投射在任何材料上时，不论材料透明与否，有一部份会被反射回来。这种反射现象是由于光线在两种传递介质间在界面上折射率(refractive index)急剧变化所造成。

本发明各实施例所使用的抗反射技术，是利用大气压等离子体形成仿生学(Bionics)中的蛾眼结构(moth eye structure)。由于飞蛾眼睛的角膜(cornea)表面具有细小突起，其重复性图案(repeatingpattern)的尺度小于光线的波长。当其尺度小于光波长时，将使得光波无法辨识出该微结构，以致在表面观察到的折射率沿深度方向呈渐进变化，如此即可减小不同传递介质界面上折射率急剧变化所造成的反射现象。本发明各实施例即在于形成类似蛾眼的周期性纳米级微突起结构，可以显著降低物体表面的反射率。以下分别以不同实施例说明本发明公开的抗反射结构的形成方式。

实施例一

请参照图1，其绘示依照本发明实施例一的抗反射板的形成步骤流程图。并请同时参照图2A，其绘示待处理物与大气等离子体设备的示意图。首先，如步骤11所示，提供待处理物100于反应区6内，待处理物100是露出表面101置放于平台5上并位于等离子体枪2之下。本实施例中待处理物100例如为一衬底。待处理物100的材料可以是玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)，以作为显示器的保护外盖或橱窗玻璃，或者是用以制造太阳能板的硅晶圆。

接着，如步骤12所示，提供等离子体源于反应区6内。等离子体源可以是惰性气体、空气、氮气、氧气、氟碳化合物气体及碳氢化合物气体等至少其中之一。其中，惰性气体例如为氦气、氖气、氩气、氪气，空气例如为干净干燥空气(clean dryair，CDA)，氟碳化合物气体例如为四氟化碳(CF₄)，碳氢化合物气体例如为乙炔(C₂H₂)。

此外，本发明的技术不限于此。在对待处理物100进行表面处理过程中，作为等离子体源使用的气体可与待处理物100搭配以获得较佳的效果。例如，当待处理物100的材料为玻璃或硅晶圆时，等离子体源较佳地使用氩气(argon)；当待处理物100的材料为PMMA时，等离子体源较佳地使用氮气(N₂)与四氟化碳(CF₄)组成的混合气体。

然后，如步骤13所示，维持反应区6内的压力为常压，也就是维持反应区6内的压力在760拖耳(torr)左右，施加电场于等离子体枪2内将作为等离子体源的气体解离后喷出形成等离子体4。但本发明的技术不限于此，当反应区6内的压力维持于100torr至760torr之间时，仍可达到本发明的功效。

接着，如步骤14所示，以等离子体4处理待处理物100的衬底的表面。由于反应区6内的压力维持在大气压左右，反应区6内产生的等离子体离子浓度比在低压环境下产生的等离子体离子浓度更高。因此，大气压等离子体所产生的离子轰击、热效应及刻蚀效应也更为明显，因此可以在待处理物100的表面101形成均匀的微突起结构。

本实施例的上述步骤11～14较佳地是在一大气压等离子体***内进行，且不限定各步骤的执行顺序。其中，大气等离子体***可以产生大气压等离子体辉光放电(glow discharge)、大气压喷射等离子体(jet plasma)、大气压等离子体火炬(plasma torch)、大气压表面介电质放电(surface dielectric barrier discharge)等不同等离子体型态的至少其中一种。

请参照图2B，其绘示经过大气压等离子体处理的抗反射板的示意图。经过处理后的抗反射板100a，其光入射面101a具有多个周期性纳米等级的微突起结构110。请参照图2C，其绘示图2B的抗反射板的局部放大图。较佳地，微突起结构110个别的平均宽度D1的范围位于10纳米(nm)～500nm之间，且微突起结构110相对于抗反射板100a的表面101a的粗糙度小于100nm。本实施例中，粗糙度是以原子力显微镜(atomic force microscopy，AFM)进行量测。

请参照图3A，其绘示PMMA衬底经等离子体处理前与处理后在不同光波长下的光穿透率比较图。如图3A所示，曲线31为等离子体处理前的PMMA衬底的光穿透率曲线，曲线32为等离子体处理后的PMMA衬底的光穿透率曲线。由图3A可以看出，经过等离子体处理后的PMMA衬底在光波长450nm～750nm的范围的光穿透率有显著的提升。

请参照图3B，其绘示玻璃衬底经等离子体处理前与处理后在不同光波长下的光穿透率比较图。如图3B所示，曲线33为等离子体处理前的玻璃衬底的光穿透率曲线，曲线34、35分别为等离子体枪距玻璃衬底7mm及5mm下进行等离子体处理后的玻璃衬底的光穿透率曲线，其中等离子体枪距离衬底距离愈短则等离子体夹带的能量愈高。由图3B可以看出，经过等离子体处理后的玻璃衬底的光穿透率有显著的提升。

请参照图3C及图3D，其分别绘示未抛光与抛光硅晶圆经等离子体处理前与处理后在不同光波长下的光反射率比较图。如图3C所示，曲线36为等离子体处理前的未抛光单晶硅晶圆的光反射率曲线，曲线37a、37b为等离子体处理后的未抛光单晶硅晶圆的光反射率曲线，其中曲线37a及37b分别代表等离子体枪与单晶硅晶圆表面距离6mm及4mm下处理的单晶硅晶圆的反射率。如图3D所示，曲线38为等离子体处理前的抛光单晶硅晶圆的光反射率曲线，曲线39a、39b为等离子体处理后的抛光单晶硅晶圆的光反射率曲线，其中曲线39a及39b分别代表等离子体枪与单晶硅晶圆表面距离6mm及4mm下处理的单晶硅晶圆的反射率。由图3C及图3D可以得知，经过等离子体处理后的硅晶圆可以大幅降低光反射率，以等离子体处理过后的硅晶圆制作太阳能板可以大幅提升光利用效率。

实施例二

实施例二与实施例一的抗反射板的不同之处，在于实施例二的抗反射板是在常压下以等离子体镀膜的方式形成微突起结构。请参照图4，其绘示依照本发明实施例二的抗反射板的形成步骤流程图。并请同时参照图5A，其绘示待镀膜衬底与大气等离子体设备的示意图。

首先，如步骤21所示，提供待镀膜物200于反应区6内，待镀膜物200露出表面201置放于平台5上并位于等离子体枪2之下。本实施例中待镀膜物200例如为一衬底。待镀膜物200的材料例如为PMMA、硅晶圆或玻璃。

接着，如步骤22所示，提供等离子体源于反应区6内。等离子体源可以是惰性气体、空气、氮气、氧气、氟碳化合物气体及碳氢化合物气体至少其中之一。其中，惰性气体例如为氦气、氖气、氩气、氪气，空气例如为干净干燥空气，氟碳化合物气体例如为四氟化碳，碳氢化合物气体例如为乙炔。

然后，如步骤23所示，提供镀膜单体于反应区6内。步骤23较佳地是以一承载气体携带入反应区6内，承载气体包括惰性气体、空气、氮气、氧气、氟碳化合物气体及碳氢化合物气体等至少其中之一。镀膜单体包括硅氧化物、氟硅氧化物、金属氧化物、饱和碳氢化合物及不饱和碳氢化合物等至少其中之一。其中，硅氧化物例如为六甲基二硅胺烷(hexamethyldisilazane，HMDSN)、六甲基二硅氧烷(hexamethyldisiloxane，HMDSO)、四乙基硅烷(Tetraethoxysilane，TEOS)，氟硅氧化物例如为氟硅烷(fluoro-alkyl-silane FAS)类，金属氧化物例如为异丙醇钛(TIP)、硝酸锌(Zn(NO₃)₂)，饱和碳氢化合物及不饱和碳氢化合物例如为六氟苯(C₆F₆)、四氟化碳(CF₄)、乙炔(C₂H₂)等等。

接着，如步骤24所示，在常压下解离作为等离子体源的气体形成等离子体4，使等离子体4与镀膜单体反应。镀膜单体经由等离子体中带有高能量的电子或离子***形成自由基或较细小的结构以利于沉积产生均匀薄膜。

然后，如步骤25所示，经由等离子体***的镀膜单体沉积于待镀膜物200的衬底的表面201并重新聚合以形成薄膜，薄膜具有多个微突起结构。其中，如果使用硅氧化物或氟硅氧化物作为镀膜单体，则形成氧化硅薄膜；若使用金属氧化物作为镀膜单体，则会聚合形成金属氧化物薄膜；若使用饱和碳氢化合物及不饱和碳氢化合物作为镀膜单体，则会形成碳薄膜或类钻碳(diamond-like carbon，DLC)薄膜。

请参照图5B，其绘示以大气压等离子体镀膜所形成的的抗反射板的示意图。抗反射板200a包括经过镀膜所形成的单层抗反射薄膜210及待镀膜物200，抗反射薄膜210的光入射面211具有多个周期性纳米等级的微突起结构215。请参照图5C，其绘示图5B的抗反射板的局部放大图。较佳地，微突起结构215个别的平均宽度D2的范围位于10纳米(nm)～500nm之间，且微突起结构215相对于抗反射薄膜210的光入射面211的粗糙度小于100nm。同样的，本实施例中，粗糙度系以原子力显微镜(atomic force microscopy，AFM)进行量测。

此外，上述步骤21～25中，较佳地更包括控制待镀膜物200的温度。待镀膜物200的温度范围较佳地位于10℃～100℃之间，可以使形成的薄膜210具有较佳的性质。

同样的，本实施例的上述步骤21～25较佳地是在一大气压等离子体***内进行，且不限定各步骤的执行顺序。其中，大气等离子体***可以产生大气压等离子体辉光放电、大气压喷射等离子体、大气压等离子体火炬、大气压表面介电质放电等不同等离子体型态的至少其中一种。

请参照图6，其绘示玻璃衬底以不同镀膜单体进行等离子体镀膜前与镀膜后于不同光波长下的光穿透率比较图。如图6所示，曲线61为等离子体镀膜前的玻璃衬底的光穿透率曲线，曲线62、63、64分别为使用HMDSN、使用氢气及氮气混合气体，以及使用氩气作为等离子体源进行等离子体镀膜的玻璃衬底的光穿透率曲线。由图6可以看出，不论以哪一种气体作为等离子体源，经过等离子体镀膜后的玻璃衬底的光穿透率皆有显著的提升。

本发明上述实施例所揭露的抗反射板及其抗反射结构的制造方法，是利用大气压等离子体形成仿真蛾眼表面的结构，可消除显示器反光现象造成画面阅读困难的问题，或增进入射光比率以提高光能利用率。由于大气压等离子体工艺可以节省抽真空所需的时间，且所需材料成本低，不会产生造成环境污染的物质，可以大幅降低产品的制造成本。此外，不论是以表面处理或镀膜的方式，皆不受物体本身的形状影响，因此可于复杂几何外型的衬底上形成抗反射结构。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当以权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1、一种抗反射结构的制造方法，其特征在于，该方法包括：

a、提供一待处理物于一反应区内；

b、提供一等离子体源于该反应区内；

c、在常压下解离该等离子体源形成等离子体；以及

d、以等离子体处理该待处理物的表面，以于该待处理物的表面形成多个微突起结构。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该些微突起结构个别的平均宽度范围位于10纳米至500纳米之间。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该些微突起结构对于该待处理物的表面的粗糙度小于100nm。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该等离子体源至少为惰性气体、空气、氮气、氧气、氟碳化合物气体及碳氢化合物气体中之一。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该待处理物的材料为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该待处理物的材料为玻璃或硅晶圆。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该等离子体源为氩气与四氟化碳组成的混合气体。

8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该步骤a至步骤d是在一大气压等离子体***内进行，该大气等离子体***可产生大气压等离子体辉光放电、大气压喷射等离子体、大气压等离子体火炬及大气压表面介电质放电至少其中之一。

9、一种抗反射结构的制造方法，其特征在于，该方法包括：

A、提供一待镀膜物于一反应区内；

B、提供一等离子体源于该反应区内；

C、提供一镀膜单体于该反应区内；

D、在常压下解离该等离子体源形成等离子体，使等离子体与该镀膜单体反应；以及

E、沉积该镀膜单体于该待镀膜物表面以形成一薄膜，该薄膜具有多个微突起结构。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

控制该待镀膜物的温度，其中该待镀膜物的温度范围位于10℃至100℃之间。

11、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该待镀膜物的材料至少为PMMA、硅晶圆及玻璃中之一。

12、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该些微突起结构个别的平均宽度范围位于10nm至500nm之间。

13、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该些微突起结构相对于该待镀膜物的表面的粗糙度小于100nm。

14、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该等离子体源至少为惰性气体、空气、氮气、氧气、氟碳化合物气体及碳氢化合物气体中之一。

15、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该步骤C中，该镀膜单体是以一承载气体携带入该反应区内，该承载气体至少为惰性气体、空气、氮气、氧气、氟碳化合物气体及碳氢化合物气体中之一。

16、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该镀膜单体至少为硅氧化物、氟硅氧化物、金属氧化物、饱和碳氢化合物及不饱和碳氢化合物中之一。

17、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该步骤A至步骤E是在一大气等离子体***内进行，该大气等离子体***可产生大气压等离子体辉光放电、大气压喷射等离子体、大气压等离子体火炬及大气压表面介电质放电至少其中之一。

18、一种抗反射板，具有一光入射面，该抗反射板包括设置于该光入射面上的多个微突起结构，该些微突起结构个别的平均宽度范围位于10nm至500nm之间。

19、根据权利要求18所述的反射板，其特征在于，该些微突起结构相对于该光入射面的粗糙度小于100nm。

20、根据权利要求18所述的反射板，其特征在于，该抗反射板的材料至少为玻璃、硅晶圆及PMMA中之一。

21、根据权利要求18所述的反射板，其特征在于，该抗反射板进一步包括：

一衬底；以及

一单层薄膜，设置于该衬底上，该单层薄膜具有该些微突起结构。