HK1247181B - Fabrication of nanostructures in and on organic and inorganic substrates using mediating layers - Google Patents

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung von Nanostrukturen in und auf organischen oder anorganischen Substraten, umfassend mindestens die folgenden Schritte:

   a) Bereitstellen eines Primärsubstrats mit einem vorgegebenen Brechungsindex;

   b) Beschichten des Primärsubstrats mit einer Mehrzahl von vermittelnden Schichten, die jeweils einen vorgegebenen Brechungsindex aufweisen, der von demjenigen des Primärsubstrats verschieden ist, wobei die Abfolge der Schichten so angeordnet ist, dass ein vorgegebener Gradient des Brechungsindex zwischen dem Primärsubstrat und der obersten Schicht der vermittelnden Schichten ausgebildet ist;

   c) gegebenenfalls Beschichten der obersten Schicht der vermittelnden Schichten mit einer zusätzlichen obersten Schicht;

   d) Abscheiden einer nanostrukturierten Ätzmaske auf der obersten Schicht des Verbundsubstrats, das nach den Schritten a)-b) oder a)-c) erhalten worden ist;

   e) Erzeugen von vorragenden Strukturen, insbesondere konischen Strukturen oder Säulenstrukturen, oder vertieften Strukturen, insbesondere Löchern, in mindestens der obersten Schicht des Verbundsubstrats mittels reaktivem lonenätzen,

   wobei das Material der Mehrzahl von vermittelnden Schichten aus der Gruppe, umfassend SiOx (mit 1 < x < 2) und SiOxNy (mit y/y + x im Bereich von 0 bis 0,5 und mit N/(N + O) von 0 % bis 50 %), ausgewählt ist, wobei der Brechungsindex des Primärsubstrats im Bereich von 1,46 bis 2,01 liegt und der Brechungsindex der obersten Schicht des Verbundsubstrats im Bereich von 1,3 bis 1,6 liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die nanostrukturierte Ätzmaske eine geordnete Gruppierung von Nanoteilchen umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die geordnete Gruppierung von Nanoteilchen, welche die Ätzmaske bildet, durch eine mizellare Diblock- oder Multiblockcopolymer-Nanolithographie bereitgestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei

   das Material des Primärsubstrats aus Quarzgläsern und Gläsern ausgewählt ist, die insbesondere eines der folgenden Basissysteme von anorganischen Gläsern mit deren Hauptkomponenten: 1) B₂O₃ - La₂O₃ - M_mO_n (wobei m eine ganze Zahl von 1 bis 2 ist und n eine ganze Zahl von 2 bis 5 ist; wobei M_mO_n vorzugsweise aus ZrO₂, Ta₂O₅, Nb₂O₅, Gd₂O₃, Y₂O₃, TiO₂, WO₃ ausgewählt ist); 2) (B₂O₃, SiO₂) - La₂O₃ - MO, wobei MO ein Metalloxid ist,das typischerweise aus MgO, CaO, SrO, BaO, ZnO ausgewählt ist; 3) SiO₂- PbO - M₂O, wobei M₂O vorzugsweise aus Li₂O, Na₂O, K₂O, Ca₂O ausgewählt ist; wobei der PbO-Gehalt in Gläsern des Systems SiO₂ - PbO - M₂O teilweise oder vollständig durch TiO₂ ersetzbar ist; 4) SiO₂ - B₂O₃ - BaO; 5) (SiO₂, B₂O₃)- BaO - PbO; 6) SiO₂ - M₂O - TiO₂ (das vorzugsweise zusätzliche Moleküle, Atome oder Ionen von Fluor und/oder Sauerstoff umfasst), wobei M₂O ein Metalloxid ist, das typischerweise aus Li₂O, Na₂O, K₂O, Ca₂O ausgewählt ist; 7) P₂O₅ - Al₂O₃ - MO - B₂O₃, wobei MO vorzugsweise aus: MgO, CaO, SrO, BaO, ZnO ausgewählt ist; 8) SiO₂ - BaO - M₂O, wobei M₂O vorzugsweise aus Li₂O, Na₂O, K₂O, Ca₂O ausgewählt ist, umfassen, und/oder

   wobei das Material der zusätzlichen obersten Schicht aus der Gruppe, umfassend Quarzglas, wie z.B. SiO₂ und SiOxNy, wobei x und y wie im Anspruch 1 festgelegt sind und N/(N + O) von 0 % bis 50 % beträgt, ausgewählt ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ätzen mindestens eine Behandlung mit einem Ätzmittel umfasst, das aus der Gruppe von Chlor, gasförmigen Chlorverbindungen, fluorierten Kohlenwasserstoffen, Fluorkohlenstoffen, Sauerstoff, Argon, SF₆ und Gemischen davon ausgewählt ist, und wobei jede Ätzbehandlung vorzugsweise für einen Zeitraum im Bereich von 10 s bis 10 min durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Ätzen mindestens eine Behandlung mit einem Gemisch aus Ar/SF₆/O₂ oder Ar/SF₆ als Ätzmittel und mindestens eine Behandlung mit einem Gemisch aus Ar/CHF₃ als Ätzmittel umfasst.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner eine mechanische Behandlung, wie z.B. eine Schallbehandlung, der erzeugten vorragenden Strukturen umfasst.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das eine weitere Ätzbehandlung mittels reaktivem Ionenstrahlätzen (RIBE), chemisch unterstütztem Ionenstrahlätzen (CAIBE), reaktivem lonenätzen (RIE) oder induktiv gekoppeltem Plasma (RIE-ICP) umfasst, wobei die Strukturen, die in der obersten Schicht und/oder der/den vermittelnden Schicht(en) des Verbundsubstrats erzeugt worden sind, als Ätzmaske verwendet werden und vorragende Strukturen, die den vorstehenden vorragenden Strukturen der Schicht(en) in dem Primärsubstrat und der/den Schicht(en) oberhalb des Primärsubstrats entsprechen, teilweise oder vollständig entfernt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verbundsubstrat ein optisches Element ist und die erzeugten Strukturen eine Reflexionsschutz-Oberflächenstruktur auf dem optischen Element bilden.
10. Verbundsubstrat mit einer nanostrukturierten Oberfläche, umfassend

    - ein Primärsubstrat mit einem festgelegten Brechungsindex, vorzugsweise im Bereich von 1,3 bis 2,1;

    - eine Mehrzahl von vermittelnden Schichten mit einem vorgegebenen Brechungsindex, der von demjenigen des Primärsubstrats verschieden ist, wobei die Abfolge der Schichten so angeordnet ist, dass ein festgelegter Gradient des Brechungsindex zwischen dem Primärsubstrat und der obersten Schicht der vermittelnden Schichten ausgebildet ist;

    - gegebenenfalls eine zusätzliche oberste Schicht;

    - Nanostrukturen, insbesondere konische Strukturen oder Säulenstrukturen, auf der Oberfläche des Verbundsubstrats, wobei die Strukturen aus dem Material der zusätzlichen obersten Schicht des Verbundsubstrats und dem Material der vermittelnden Schichten zusammengesetzt sind,

    wobei das Material der Mehrzahl von vermittelnden Schichten aus der Gruppe, umfassend SiOx (mit 1 < x < 2) und SiOxNy (mit y/y + x im Bereich von 0 bis 0,5 und mit N/(N + O) von 0 % bis 50 %), ausgewählt ist.
11. Verbundsubstrat nach Anspruch 10, wobei die vorragenden Strukturen ferner ein Material des Primärsubstrats umfassen.
12. Verbundsubstrat nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Verbundsubstrat ein optisches Element ist und die erzeugten vorragenden Strukturen eine Reflexionsschutz-Oberflächenstruktur auf dem optischen Element bilden.
13. Verbundsubstrat nach Anspruch 11 oder 12, wobei die vorragenden Strukturen eine vorgegebene zweidimensionale geometrische Anordnung, insbesondere eine hexagonale Anordnung, bilden.
14. Verbundsubstrat nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Material des Primärsubstrats aus Quarzgläsern und Gläsern ausgewählt ist, die insbesondere eines der folgenden Basissysteme von anorganischen Gläsern mit deren Hauptkomponenten: 1) B₂O₃ - La₂O₃ - M_mO_n (wobei m eine ganze Zahl von 1 bis 2 ist und n eine ganze Zahl von 2 bis 5 ist; wobei M_mO_n vorzugsweise aus ZrO₂, Ta₂O₅, Nb₂O₅, Gd₂O₃, Y₂O₃, TiO₂, WO₃ ausgewählt ist); 2) (B₂O₃, SiO₂) - La₂O₃ - MO, wobei MO ein Metalloxid ist, das typischerweise aus MgO, CaO, SrO, BaO, ZnO ausgewählt ist; 3) SiO₂- PbO - M₂O, wobei M₂O vorzugsweise aus Li₂O, Na₂O, K₂O, Ca₂O ausgewählt ist; wobei der PbO-Gehalt in Gläsern des Systems SiO₂ - PbO - M₂O teilweise oder vollständig durch TiO₂ ersetzbar ist; 4) SiO₂ - B₂O₃ - BaO; 5) (SiO₂, B₂O₃)- BaO - PbO; 6) SiO₂ - M₂O - TiO₂ (das vorzugsweise zusätzliche Moleküle, Atome oder Ionen von Fluor und/oder Sauerstoff umfasst), wobei M₂O ein Metalloxid ist, das typischerweise aus Li₂O, Na₂O, K₂O, Ca₂O ausgewählt ist; 7) P₂O₅ - Al₂O₃ - MO - B₂O₃, wobei MO vorzugsweise aus: MgO, CaO, SrO, BaO, ZnO ausgewählt ist; 8) SiO₂ - BaO - M₂O, wobei M₂O vorzugsweise aus Li₂O, Na₂O, K₂O, Ca₂O ausgewählt ist, umfassen, und/oder wobei das Material der obersten Schicht aus der Gruppe, umfassend Quarzglas, wie z.B. SiO₂ und SiOxNy, wobei x und y wie vorstehend im Anspruch 10 festgelegt sind und N/(N + O) von 0 % bis 50 % beträgt, ausgewählt ist.
15. Verwendung des Verbundsubstrats nach Anspruch 10 oder des optischen Elements nach Anspruch 12 in den Bereichen der Halbleitertechnologie, der Optik, der Sensortechnologie und der Photovoltaik.
16. Verwendung nach Anspruch 15 in optischen Vorrichtungen, Sensoren, insbesondere CCD-Sensoren, und Solarzellen.