DE10006905A1

DE10006905A1 - Optisches Herstellungsverfahren für nanostrukturierte Oberflächen

Info

Publication number: DE10006905A1
Application number: DE10006905A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2000-02-16
Publication date: 2001-09-06

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein optisches Herstellungsverfahren für Strukturen auf Oberflächen mit lateralen Abmessungen, die deutlich kleiner sind als die verwendete optische Wellenlänge, gekennzeichnet durch das Aufbringen submikroskopischer Partikel vor der Anwendung des Laserpulses. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich beliebige Oberflächen bezüglich verschiedener Eigenschaften verändern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In den letzten Jahren hat sich Laserlicht in vielfältigen Anwendungen etabliert. So wird es z. B. zum Bohren, Schneiden, Schweißen und Reinigen von Oberflächen eingesetzt. Eine weitere Anwendung betrifft die Strukturierung von Oberflächen. Dabei ergibt sich aber eine Schwierigkeit: Will man eine Oberfläche mit Hilfe von Licht strukturieren, so ist aufgrund der Welleneigenschaften des Lichts dieser Strukturierung eine natürliche untere Grenze gesetzt, die von den Beugungsbedingungen gegeben wird. Diese Grenze liegt bei etwa der halben Wellenlänge des verwendeten Lichtes und damit für sichtbares Licht bei ca. 250 nm.

Will man kleinere Strukturen mit Laserlicht erzeugen, so muss man sich verschiedener zusätzlicher Techniken bedienen. Beispielsweise kann man nichtlineare Prozesse zur Strukturierung verwenden, wie etwa chemische Reaktionen, deren Rate exponentiell mit der Temperatur steigt, oder man verwendet nichtlineare optische Prozesse. Ist die Intensitätsverteilung des Lasers durch ein Gaußprofil gegeben so können mit Hilfe der nichtlinearen Effekte dann auch kleinere Strukturen erzeugt werden. Derartige Prozesse werden beispielsweise in der Fotolithographie eingesetzt. Nachteil dieser Methoden ist, dass man für jedes neue Material erst wieder geeignete Prozesse entwickeln muss.

Ein anderer Ansatz ist das optische Nahfeldmikroskop, bei dem die oben genannte Beugungsbedingung umgangen wird, indem man eine optische Faser zu einer dünnen Spitze auszieht. Diese wird dann mit einem Metallfilm so beschichtet, dass eine kleine Öffnung an der Spitze verbleibt, durch die das Licht austreten kann. Es konnte gezeigt werden, dass man solche Öffnungen mit Durchmessern unter 50 nm erzeugen kann. Bringt man diese Lichtquelle genügend nahe an eine Oberfläche, so kann man damit sehr kleine Strukturen (< 50 nm) erzeugen. Allerdings hat man sich dabei den Nachteil eines seriellen Prozesses eingehandelt. Die Spitze muss nach jedem Strukturierungsprozess zur einer neuen Stelle bewegt werden, woraus sich aus Zeitgründen Beschränkungen auf sehr kleine Flächen ergeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Verfahren zu schaffen, mit dem Oberflächen aus beliebigem Material parallel strukturiert werden können, wobei die erzeugten Strukturen unterhalb der Beugungsbeschränkung liegen, ohne dass zusätzliche Prozessschritte notwendig sind.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt.

- Das Verfahren ermöglicht es, Oberflächen aus beliebigen Materialien zu strukturieren.
- Es handelt sich um eine parallele Strukturierung.
- Die Strukturierung benötigt keine weiteren Zwischenschritte.
- Es ist möglich Strukturen deutlich unterhalb der Beugungsgrenze von Licht zu erzeugen.
- Die Größe der erzeugten Struktur ist leicht variierbar.

Die Erfindung beruht auf dem Aufbringen submikroskopisch kleiner Partikel auf die zu strukturierende Oberfläche. Je nach Anwendungsfall können dabei Partikel verschiedener oder identischer Größe, wie auch Partikel aus verschiedenen Materialien verwendet werden. Auch die Anordnung der Partikel auf der Oberfläche kann je nach Anwendungsfall von vereinzelten Partikeln bis hin zu einer vollständigen Partikelschicht verändert werden.

Nach dem Aufbringen der Partikel wird die Oberfläche mit einem intensiven Laserpuls bestrahlt. Das optische Feld wird durch die Anwesenheit der Partikel verändert. Bei geeigneten Bedingungen von Laserintensität, Polarisation, Pulslänge, Einstrahlwinkel, Partikelmaterial, Abstand der Partikel zur Oberflächen, Umgebungsmedium und Laserwellenlänge lässt es sich erreichen, dass das optische Feld unter den Partikeln gegenüber der Umgebung verstärkt wird, so dass sich die Oberfläche unter jedem Partikel strukturieren lässt. Da der Partikeldurchmesser kleiner als die Wellenlänge sein kann, werden auch Strukturen unterhalb der Beugungsbeschränkung zugänglich.

Claims

1. Verfahren zur optischen Nanostrukturierung von Oberflächen, durch folgende Schritte gekennzeichnet:
Aufbringen submikroskopischer Partikel (d < 1 Mikrometer) auf die Oberfläche und anschließende Pulslaserbestrahlung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Pulslasers kleiner als Mikrosekunden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche topografisch strukturiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche in ihren elektrischen Eigenschaften strukturiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche bezüglich ihrer magnetischen Eigenschaften strukturiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche bezüglich ihrer optischen Eigenschaften strukturiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche bezüglich ihrer chemischen Eigenschaften strukturiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche bezüglich ihrer biologischen Eigenschaften strukturiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche nach dem Verfahren ein anderes optisches Verhalten aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche bezüglich ihrer Benetzungseigenschaften verändert wird.

11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat Halbleiteroberfläche ist.

12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat optisches oder magnetisches Datenträgermaterial ist.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel durch eine Zwischenschicht von der zu strukturierenden Oberfläche entfernt, aufgebracht werden.