JP6954720B2 - ナノ構造基板を製造する方法、ナノ構造基板、およびナノ構造基板または装置の使用 - Google Patents
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Description
この目的は、請求項1に記載の方法および請求項10に記載のナノ構造基板を実現する本発明によって達成される。本発明の特定のまたは好ましい実施形態および態様は、他の請求項の構成である。
突起(protruding:突出)ナノ構造または構造体のアレイ、特にナノピラー(ナノ柱状体)のアレイ、を含むナノ構造基板(substrate:基体)を製造する本発明による方法は、少なくとも次の工程を含んでいる。
a)主要基板を供給する工程、
b)反応性イオン・エッチング(RIE)によって除去可能な材料からなる少なくとも1つの層であって、その厚さ(層厚さ)の所定の勾配(gradient:傾斜)を含む少なくとも1つの層を、前記主要基板上に堆積させる(deposit:被着する)工程、
c)工程b)において堆積された傾斜層(graded layer:段階的層、勾配層)上にナノ構造のエッチング・マスクを堆積させる工程、
d)反応性イオン・エッチング(RIE)によって、工程b)において堆積された傾斜層に、突起構造、特にナノピラー、を形成(生成)する工程であって、同時に、突起構造の複数の幾何学的配置(形状配置)パラメータの(中の)少なくとも2つの、好ましくは3つの、所定の連続的勾配が、同じ基板上に形成される工程。
1)B2O3-La2O3−MmOn(mは1乃至2の整数、nは2乃至5の整数、MmOnはZrO2、Ta2O5、Nb2O5、Gd2O3、Y2O3、TiO2、WO3の中から選択されることが好ましい。
2)(B2O3,SiO2)−La2O3−MO。MOは、典型的にはMgO、CaO、SrO、BaO、ZnOの中から選択される金属酸化物である。
3)SiO2−PbO−M2O。(例えば)M2Oは、Li2O、Na2O、K2O、Ca2Oの中から選択される。SiO2−PbO−M2O系のガラス中のPbO含有量は、部分的にまたは完全にTiO2で置換することができる。
4)SiO2−B2O3−BaO。
5)(SiO2,B2O3)−BaO−PbO。
6)SiO2−M2O−TiO2(ガラス格子/マトリックスは、フッ素(例えばF2)および/または酸素の追加の分子、原子またはイオンを含むことが好ましい)。M2Oは、典型的にはLi2O、Na2O、K2O、Ca2Oの中から選択される金属酸化物である。
7)P2O5−Al2O3−MO−B2O3。(例えば)MOは、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnOの中から選択される。
8)SiO2−BaO−M2O。(例えば)M2Oは、Li2O、Na2O、K2O、Ca2Oの中から選択される。
・ 突起ナノ構造の種々の幾何学的配置が、同じ単一基板上に存在する。
・ 特徴的な複数の幾何学的配置パラメータの(中の)2つ以上の勾配を有する突起ナノ構造を、単一のエッチング処理によって、同時に生成することができる。
・ 複数の勾配は、光学的要件に応じて、容易に制御し調節することができる。
・ 高い熱安定性およびエネルギ伝達が可能であり、従って、高エネルギ・レーザ適用例に対して優れた使用が可能となる。
・ 必要な反射率最小値を特定の波長に調整する(合わせる)ことが可能である。
・ 透過率の最大値または反射率の最小値を異なる波長に調整するためにフィルタを交換する必要がない。
・ NGFを有する光学系は、要求の厳しい適用例(高い機械的ストレス、振動、厳しい環境)または低コスト動作に理想的な、より少ない可動部品を有するよう設計することができる。
同じ単一基板上での複数のナノ構造勾配の形成
例えばスプラシル・ガラスのような主要基板が、スパッタ被覆(UHVシステム;99.995%のSiO2ターゲット、直径3.00インチ、厚さ0.125インチム;基準圧力(base pressure)10−6mbarで、2×10−3mbarのO2およびArを用いた150WのRF電力での室温スパッタ)によって、例えばSiO2のような容易にRIEエッチング可能な材料の少なくとも1つの層で、被覆される。
複合基板の傾斜した“犠牲”層の表面が、ミセル・ナノリソグラフィによって、定められた配置の金ナノ粒子で被覆された。この工程において、欧州特許第1027157号B1、独国特許出願公開第19747815号A1または独国特許出願公開第102007017032号A1に記載されている複数のプロトコル(手順)の中の1つに従うことができる。
その後、複数の金ナノ粒子で覆われた基板表面のエッチングが、所望の深さで行われた。オックスフォード・プラズマ社(Oxford Plasma)から市販されている“反応性イオン・エッチャ”デバイス(装置)、プラズマラブ80プラス(PlasmaLab 80 plus)がこの目的のために使用された。しかし、従来技術で知られている他のデバイス(装置)も基本的には適している。エッチングは、種々のエッチャントを用いた2つの処理工程から構成され、それら(工程)が順次複数回実行された。
比10:40:8(sccm)のAr/SF6/O2の混合物がエッチャント(プロセス・ガス)として使用された。
圧力:50mTorr
RF電力:120W
ICP電力:0W
時間:60s(秒)
エッチャント:Ar/CHF3:40:40
圧力:50mTorr
RF電力:120W
ICP電力:20W
時間:20s(秒)
比40:40(sccm)のAr/SF6の混合物がエッチャント(プロセス・ガス)として使用された。
圧力:50mTorr
RF電力:120W
ICP電力:0W
時間:60s(秒)
エッチャント:Ar/CHF3:40:40
圧力:50mTorr
RF電力:120W
ICP電力:20W
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先に概説したように傾斜層上に形成されたナノ構造を、さらに、RIEまたは反応性イオンビーム・エッチング(RIBE)によって、主要基板層中に前記ナノ構造を転写するためのエッチング・マスクとして使用することができる。上述のRIEプロセスと比較して、RIBEプロセスは、選択性がより低く、RIEを用いてはエッチングすることができない基板をエッチングすることができる。
ナノ構造複合または主要基板の特性評価
Claims (12)
- 突起ナノ構造のアレイを含むナノ構造基板を製造する方法であって、
少なくとも、
a)主要基板を供給する工程と、
b)反応性イオン・エッチング(RIE)によって除去可能な材料の少なくとも1つの傾斜層であって、厚さの所定の勾配を含む少なくとも1つの傾斜層を、前記主要基板上に堆積させる工程と、
c)工程b)において堆積された前記傾斜層上にナノ構造のエッチング・マスクを堆積させる工程と、
d)反応性イオン・エッチング(RIE)によって、工程b)において堆積された前記傾斜層に複数の突起ナノ構造を形成する工程であって、同時に、前記複数の突起ナノ構造の複数の幾何学的配置パラメータの少なくとも2つの所定の連続的勾配が同じ基板上に形成される、工程と、
を含む、方法。 - 前記突起ナノ構造のアレイがナノピラーのアレイである、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも2つの所定の連続的勾配が少なくとも3つの所定の連続的勾配である、請求項1または2に記載の方法。
- 工程b)において堆積された前記層が、その厚さの2次元または3次元の勾配を含む、請求項1乃至3のいずれかに記載の方法。
- 前記幾何学的配置パラメータが、前記複数の突起ナノ構造の高さ、直径および間隔を含む群から選択される、請求項1乃至4のいずれかに記載の方法。
- 前記ナノ構造のエッチング・マスクは、ミセル・ダイブロックまたはマルチブロック・コポリマー・ナノリソグラフィによって形成されるナノ粒子のアレイを含むものである、請求項1乃至5のいずれかに記載の方法。
- 前記エッチングは、塩素、ガス状塩素化合物、フッ素化炭化水素、フッ化炭素、酸素、アルゴン、SF6およびそれらの混合物からなる群から選択されるエッチャントによる少なくとも1つの処理を含むものである、請求項1乃至6のいずれかに記載の方法。
- 前記エッチングが、エッチャントとしてのAr/SF6/O2またはAr/SF6の混合物による少なくとも1つの処理と、エッチャントとしてのAr/CHF3の混合物による少なくとも1つの処理とを含む、請求項7に記載の方法。
- 各エッチング処理が、30秒乃至60分の範囲の期間にわたって行われる、請求項1乃至8のいずれかに記載の方法。
- 形成された前記複数の突起ナノ構造の機械的処理をさらに含む、請求項1乃至9のいずれかに記載の方法。
- 形成された前記複数の突起ナノ構造の機械的処理が超音波処理である、請求項10に記載の方法。
- さらに、反応性イオンビーム・エッチング(RIBE)、化学的に支援されたイオンビーム・エッチング(CAIBE)、反応性イオン・エッチング(RIE)または誘導結合プラズマ(RIE−ICP)によるエッチング処理を含む、請求項1乃至11のいずれかに記載の方法であって、
工程b)で堆積された前記傾斜層に形成された前記複数の突起ナノ構造がエッチング・マスクとして使用され、上の前記傾斜層の前記複数の突起ナノ構造に対応する前記複数の突起ナノ構造の勾配が前記主要基板に形成され、前記主要基板の上の前記層が部分的にまたは完全に除去される、方法。
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