[发明专利]在衬底表面特别是光学元件上的锥形纳米结构、其制造方法及其用途

说明书

技术领域

光的部分反射始终值得关注的是在光射中例如空气/玻璃或相反的界面上的情况下。在垂直入射到玻璃板上的情况下，两个界面各反射入射光的约4％。该数值在光以锐角或钝角入射的情况下上升到约5％。这种部分反射对于许多应用来说，例如像在希望尽可能高透射的光学元件如透镜等方面是一个值得关注的问题。

背景技术

由薄膜组成的降低反射的涂层在市场上可以买到。但这种涂层费用昂贵，其机械稳定性通常不能令人满意及其入射角方面的公差很低。最近为解决这一问题有人提出在光学元件的表面上涂覆微型和纳米结构，其类似于Mottenaugen的结构并因此形象地也称为Mottenaugen结构(Kanamori et al.(1999)OPTICS LETTERS 24(20)，1422-1424；Toyota et al.(2001)，Jpn.J.Appl.Phys.40(7B)，747-749)。这些方案的绝大部分以缓慢且费用昂贵的使用方法，例如像电子束-蚀刻技术为基础。

通过蚀刻可以直接在石英玻璃上产生Mottenaugen结构的简单和成本低廉的方法在德国公开文献DE 10 2007 014 538 A1和相应的国际公开文献WO 2008/11616 A1以及Lohmüller et al.，NANO LETTERS 2008，Bd.8，Nr.5，1429-1433中有所介绍。但那里所公开的蚀刻方法就此而言仍不是最佳的，作为由此获得的Mottenaugen结构一般以柱状结构的设置为基础。这种柱状结构在其抗反射效果方面不如自然Mottenaugen上锥形的微型结构。但采用所称的方法出于基本原理的原因很难制造锥形的结构，因为在这种方法中，金粒作为蚀刻掩膜使用和金粒的剥蚀比衬底表面的石英玻璃慢得多。如果为取得更强的各向同性的剥蚀而改变所述方法的参数(在工艺气体内增加氧，减少氩比例)，虽然可以获得部分锥形的结构，但这些结构始终具有相当宽和变形的上端，对抗反射特性产生不利影响。

Ching-Mei Hsu等人在Applied Physics Letters 93，133109(2008)中介绍了一种用于通过选择性蚀刻硅衬底表面产生柱状和锥形结构的方法，其中，事先涂覆的SiO₂纳米颗粒作为蚀刻掩膜使用。但这种方法不能制造本身由SiO₂或石英玻璃组成的柱状和锥形结构。

发明内容

本发明的目的因此在于，按照尽可能简单、节省材料和成本低廉的方式，提供各种各样的衬底表面，包括SiO₂表面和石英玻璃表面，特别是具有近似理想的锥形纳米结构的降低反射排列方式的光学元件在内。

该目的依据本发明利用权利要求1所提供的方法以及根据权利要求14所述的衬底表面和根据权利要求15的光学元件得以实现。本发明特殊的或优选的实施方式和方面是其他权利要求的主题。

根据权利要求1所述依据本发明用于在衬底表面上制造锥形纳米结构的方法至少包括以下步骤：

a)提供用纳米颗粒覆盖的衬底表面；

b)蚀刻用纳米颗粒覆盖的衬底表面深度至少100nm，其中，纳米颗粒发挥蚀刻掩膜的作用并这样调节蚀刻参数，使纳米颗粒的下面形成双曲结构；

c)通过施加机械力在最小直径的区域内断开双曲结构，其中，衬底表面上保留的结构具有锥形的形状，其基本上相当于单层双曲结构的一半。

上面和下文中所使用的概念“双曲结构”特别是指“旋转双曲结构”。

依据本发明的方法优选在蚀刻步骤b)中包括利用同一蚀刻剂和/或不同蚀刻剂的多次处理。特别优选两种不同的蚀刻剂交替使用。蚀刻剂原则上可以是现有技术在所公开的和适用于各自衬底表面的任何蚀刻剂。优选蚀刻剂从氯气，例如Cl₂、BCl₃和其他气态氯化合物、氟代烃，例如CHF₃、CH₂F₂、CH₃F、氟化碳，例如CF₄、C₂F₈，氧、氩、SF₆和它们的混合物组中选取。在一种特别优选的实施方式中，SF₆在至少一个处理步骤中作为蚀刻剂成分使用。

全部蚀刻处理的持续时间典型地处于1分钟至30分钟、优选5至15分钟的范围内。