(57)【要約】  第１の材料の複数のナノ構造を使用して第２の材料の表面に形成された反射防止表面。第１の材料は第２の材料と異なる。該ナノ構造の空間周期の分布は自己集合操作によって設定される。第２の材料の表面は、対象波長に対し実質的に反射防止性の徐変屈折率表面として働くように改造される。
2008508553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射防止表面を形成する方法であって、
第１の材料からなる複数のナノ構造を第２の材料の表面に形成することであって、前記第１の材料が前記第２の材料と異なり、且つ前記ナノ構造の空間周期分布が自己集合操作によって設定されること（１００）と、
前記第２の材料の前記表面を、対象波長に対して実質的に反射防止性となる徐変屈折率表面として働くように改造すること（１１０）と、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記ナノ構造の前記空間周期が、実質的に前記対象波長より短い値に限定されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記改造する段階が、前記第１の材料と前記第２の材料とを実質的に同時にエッチングし、前記第１の材料が完全に除去される位置を越えて前記エッチングを続けることを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記徐変屈折率表面が、第２の材料内への深さとともに拡張する基部を備えた多数の山頂と、前記基部のうちの少なくとも幾つかの垂直距離が、前記対象波長の少なくとも１／４であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記形成する段階が、
前記第１の材料を、不連続部を成長させるように十分薄い厚さで提供することと、
前記第１の材料を加熱して前記ナノ構造を形成することと、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
最初に、前記第２の材料の表面に中間犠牲材料の層を形成しておき、次に前記中間犠牲層の上に前記複数のナノ構造を形成することを更に含み、前記中間犠牲層が、前記第２の材料より早い速度でエッチングされることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
自己集合操作を使用して第１の材料層を得ることと、
前記第１の材料層にフッ素又は塩素のエッチング化学作用を使用して、対象周波数帯で実質的に反射防止性のコーティングを形成することと、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項８】
少なくとも対象周波数に対して実質的に反射防止性の表面を備えた装置であって、
装置と、
前記装置上の徐変屈折率表面であって、該表面の材料内への深さとともに拡張する基部を備えた多数の山頂を含む徐変屈折率表面と、
を有し、
該山頂の横方向空間周期の非周期的分布が、前記対象波長より狭い範囲に実質的に限定され、山頂から谷底までの範囲が実質的に前記対象波長の１／４より広いことを特徴とする、装置。
【請求項９】
少なくとも対象周波数に対して実質的に反射防止性の表面を備えた装置であって、
表示装置と、
該装置上で、前記表面の材料内への深さとともに拡張する基部を備えた多数の山頂を含む徐変屈折率表面と、を有し、
該山頂の横方向空間周期の非周期的分布が、実質的に前記対象波長より狭い範囲に限定され、山頂から谷底までの範囲が、実施的に前記対象波長の１／４より広いことを特徴とする、装置。
【請求項１０】
実質的に反射防止性の表面が、
前記表面の材料内への深さとともに拡張する基部を備えた多数の山頂であって、横方向空間周期の非周期的分布が、実質的に対象波長より狭い範囲に限定され、山頂から谷底までの範囲が、実質的に前記対象波長の１／４より広い多数の山頂を有し、
山頂の高さの変化が、前記対象波長の１／８より実質的に広い範囲で生じることを特徴とする、実質的に反射防止性の表面。
【請求項１１】
表面の材料内への深さとともに拡張する基部を備えた多数の山頂を含む実質的に反射防止性の該表面であって、
前記山頂の横方向空間周期の分布が、対象波長より狭い範囲に実質的に限定され、前記基部が拡大してゆく垂直距離が前記対象波長の少なくとも１／４であり、
谷底の高さが、前記対象波長の１／８より実質的に広い範囲にあることを特徴とする、実質的に反射防止性の表面。
【請求項１２】
光透過装置であって、
表面を有し、光を透過する手段と、
不均一に離間されたナノ構造を使用して前記表面からの実質的な反射を防ぐ手段と、
を有することを特徴とする、光透過装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
様々な用途において、屈折率が異なる２材料の界面からの反射を少なくすることが有利である。そのような反射を減少させる新しい方法を見つけることが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００２】
異なる屈折率を有する２つの材料間の界面からの光の反射は、該材料間の屈折率変化を徐々におこなわせることで大幅に低減できる。
【０００３】
図１を参照して、反射防止表面を形成する方法の一実施形態を開示する。この実施形態において、ある方法には、第１の材料からなる複数のナノ構造を第２の材料の表面に形成する操作を表わすブロック１００が含まれ、この場合、第１の材料は第２の材料と異なり、ナノ構造の空間周期の分布は、自己集合操作によって形成される。１つの実施形態において、ナノ構造の空間周期は、実質的に、対象波長より短い値に限定される。更に他の実施形態においては、第１の材料は、実質的に、第１の材料内にナノホールを画定する。
【０００４】
一実施形態において、第１の材料は、第１の材料が特定の厚さの場合に不連続部を成長させる表面張力と表面エネルギーを有するように選択される。例えば、第１の材料は、金、或いはＰＭＭＡ等の重合体でもよく、あるいは、例えばＩｎ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｐｂなどのグループから選択されてもよい。第２の材料は、例えばガラス、二酸化ケイ素、ＭｇＦ2等の様々な異なる材料によって実現される。
【０００５】
形成段階での自己集合操作は、一実施形態において、不連続部を成長させるの十分な薄さで第１の材料を提供することと、該第１の材料を加熱してナノ構造を形成することとを含むことができる。例えば、第１の材料は金で、厚さ５０オングストローム〜７５オングストロームの範囲で堆積され、次に、２７５〜７００℃の範囲の温度で３０分間加熱される。図２は、不連続的に堆積させた７５オングストロームの金の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。この不連続層は、対象光波長より小さい多数のナノ構造を含む。図３は、Ｏ2プラズマチャンバ内で２７５℃の温度でレジストを灰化した後の７５オングストロームの金の堆積集塊の電子顕微鏡写真である。この例において、金は、その高い表面張力と二酸化ケイ素の第２の材料よりも低い表面エネルギーとによって集塊を形成している。
【０００６】
図４Ａは、５００℃で加熱した後の５０オングストロームの不連続的な金の堆積集塊のＳＥＭ写真である。該構造が、ある意味で多数のナノサイズの穴のように見えることが分かる。一実施形態において、形成段階は、実質的に均一な空間周期と比べてナノ構造間の横方向空間周期がある分布を有する複数のナノ構造を形成することを含む。
【０００７】
図１のブロック１１０を参照すると、この方法は、更に、第２の材料の表面を、対象波長の反射を実質的に防ぐ徐変屈折率表面として働くように改造する。一実施形態において、この改造段階では、第１の材料を第２の材料よりも低速でエッチングするエッチング工程でエッチングすることを含む。例えば、プラズマエッチング工程を使用して、Ｃ4Ｈ8／ＣＨＦ3／Ｏ2等のフッ素又は塩素の化学作用を使用する改造段階を実行することができる。更に他の実施形態において、該改造段階は、第１の材料を異方性エッチングすることを含むことができる。図４Ａの５０Åの不連続的堆積層に１００Ｗ  ＣＦ4プラズマエッチングを使用した改造段階から実現された表面の例を図４Ｂに示す。該改造段階の結果として、基板内への深さにつれ拡張する基部を備えた多数の山頂を有する徐変屈折率表面が実現され、該基部が拡張してゆく垂直距離が少なくとも対象波長の１／４となることが分かる。
【０００８】
第２の材料上に最初に形成した第１の材料のナノ構造から、高アスペクト比の反射防止表面を形成する地形が転写できることが分かる。一実施形態において、不連続的な薄膜のエッチング速度が基板のエッチング速度より低いときに有効な地形が得られる。第１の材料のナノ構造の不連続層は犠牲的なものであり、当然ながら、基板エッチングの一部で或いは後続の最上層エッチングググ追加によって除去され得る。基板のエッチングが異方性のときにアスペクト比を高めることできることに注意されたい。第１の材料が完全になくなるまで第２の材料と第１の材料をエッチングすると、エッチングされた山頂の鋭さが高まって有効屈折率の連続的性を改善できる。また、入射光に対してより徐々に有効屈折率変化をさせるような、エッチングされた山頂の高さの分布を有することが望ましい。
【０００９】
図５は、改造段階後の第１の材料の不連続層の断面図である。該図は、山頂から谷底までの範囲（寸法Ａ）が対象波長の１／４よりも実質的に広い山頂の構成の１実施形態を示す。該図は、更に、対象波長の１／８より実質的に広い山頂高さの範囲（寸法Ｂ）を示す。該図は、更に、対象波長の１／８より実質的に広い谷底の深さの範囲（寸法Ｃ）を示す。最後に、該図は、更に、対象波長より実質的に短い値に限定される横方向の空間周期（寸法Ｄ）を示す。本明細書に開示した実施形態において、これらの寸法の１つ又は複数を実施することができる。
【００１０】
これは、第１の材料の厚さと空間周期の分布が、第２の材料の山頂高さの分布を招来するという、自己集合ナノ構造の一実施形態のもう１つの利点である。図１２のグラフにおいて、対象波長の１／８より実質的に広い深さの範囲を含む分布が実現された。
【００１１】
幾つかの実施形態において、効率的な徐変屈折率反射防止表面は、反射を少なくすべき光の波長よりも短い横方向空間周期（１／空間周波数）を有する。そのような実施形態において、薄膜が変化する垂直距離も該波長の重要な部分である。図６は、線形増加が起こる様々な深さについて、薄膜断面積の線形増加の効果を模擬する反射率と入射波長の関係を示すグラフである。薄膜断面積の線形増加は、薄膜の有効屈折率の線形増加としてモデル化される。
【００１２】
略語「ＡＲ」は、反射防止コーティングを意味し、「無ＡＲＣ」は反射防止コーティングが無いことを意味する。厚さ１０００オングストロームの曲線６００の場合、反射率は、波長約３０００オングストロームから実質的に直線的に変化する。厚さ２０００オングストロームの曲線６１０の場合、反射率は、波長約３０００オングストロームから波長約６０００オングストロームまで実質的に平らである。厚さ４０００オングストロームの曲線６２０の場合、反射率は、少なくとも波長約３０００オングストロームから実質的に平らである。厚さ１ミクロンの曲線６３０の場合、反射率は、少なくとも波長約３０００オングストロームから実質的に平らである。上記厚さは、処理の終了後における第２の層の上表面にあるナノ構造の深さを指す。この方法によって得られる表面反射率は、徐変屈折率部の深さが波長より深いかぎり波長にほとんど依存しない。これは、効率的な反射防止波長範囲を制限する従来の多層薄膜反射防止コーティングときわめて対照的である。図６において、従来の３層薄膜反射防止スタックの波長感度を曲線６４０で示す。この徐変ＡＲ表面は、有効波長範囲が広いことに加えて、厳密に制御された多数の層を必要とする多層薄膜コーティングよりもはるかに単純で作成コストを低くすることができる。この徐変ＡＲ表面には、第２の材料即ち基板以外の材料を使用する必要がない。これは、環境の影響を受けやすい薄膜、基板と異なる応力を有する薄膜、波長につれて望ましくない形で変化する屈折率を有する薄膜、或いは複数の薄膜界面を有する薄膜などが不要であるという利点を有する。
【００１３】
幾つかの実施形態の場合、微細加工用途の徐変屈折率ＡＲ表面のひとつの利点は、一般に微細加工用途に使用されるフッ素又は塩素化学作用によってエッチングされないＭｇＦ2等の従来の低屈折率材料を使用する必要がないことである。一実施形態において、第１の材料層を得る段階と、フッ素又は塩素エッチ化学作用を使用して対象周波数帯の実質的に反射防止性コーティングを形成する段階とを含む方法が提供される。また、従来の多層薄膜スタックに必要なエッチングでは、例えばＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＮ、ＣａＦ2等の様々な材料のエッチングを必要とする。このような多くの材料をエッチングするには、複雑な多段階エッチングが必要である。本明細書に示した徐変ＡＲ層の特定の実施形態では、単純に単一材料にエッチングすることができる。
【００１４】
図７から図１２は、本発明の実施形態における模擬実験による反射率、測定した反射率及びＳＥＭ写真を種々示している。ここで、反射率は、反射強度を入射強度で割った比率なので、反射率には単位がない。波長の単位はオングストロームである。図７を参照すると、シリコン上の２ミクロンの酸化物について、様々な酸化物エッチングで達成された測定反射率と入射波長の関係が示されている。エッチング条件は、５０Ｗバイアスと１４ｓｃｃｍのＣＨＦ3（曲線７００）、５ｓｃｃｍのＯ2、３０Ｗバイアスと１４ｓｃｃｍのＣＨＦ3（曲線７１０）、２０Ｗバイアスと１４ｓｃｃｍのＣＨＦ3（曲線７３０）、５０Ｗバイアスと１４ｓｃｃｍのＣＨＦ3（曲線７３０）、５０Ｗバイアスと２５ｓｃｃｍのＣＨＦ3（曲線７４０）、並びに５０Ｗバイアスと１４ｓｃｃｍのＣＨＦ3（曲線７５０）においてＣ4Ｆ8／ＣＨＦ3／Ｏ2  ４ｍＴｏｒｒ、５００Ｗ、１６ｓｃｃｍのＣ4Ｆ8、５ｓｃｃｍのＯ2である。非徐変曲線の大きな変動が、ガラス反射／シリコン反射の干渉節点によるものであることに注意されたい。曲線７００及び７５０は、波長に伴う変化が最小である。
【００１５】
図８を参照すると、シリコン上の１６３２０オングストロームの酸化物内の２１００オングストロームの深さの徐変屈折率表面（即ち、２つの界面）の反射率と入射波長のグラフを示す。模擬実験で算出された情報が、曲線８００で示されており、実測データは、曲線８１０の点で示されている。測定された反射率が模擬実験のものよりも優れていることが分かる。
【００１６】
図９を参照すると、１３５００オングストロームの酸化物内の深さ８０００オングストロームの徐変屈折率表面の反射率と入射波長の関係を示すグラフが示されている。模擬算出された情報は曲線９００で示されており、実測データが、曲線９１０上の点で示されている。
【００１７】
図１０は、１６３２０オングストロームの酸化物内に設けられ深さ２１００オングストロームで１つの界面（ガラスと空気）を有する徐変屈折率表面について、模擬算出した反射率と入射波長の関係を示すグラフである。この模擬実験データは、曲線１０００で示される。８０００オングストロームで、対象波長に近づく、即ち、深さ２１００Åがほぼ波長の４分の１になることが分かる。対象波長に近づくと、反射率が次第に高くなる。
【００１８】
図１１は、２１００オングストロームの深さを有する徐変屈折率酸化物表面の倍率１００，０００でのＳＥＭ写真である。
【００１９】
図１２は、２１００オングストロームの深さを有する徐変屈折率酸化物表面の倍率３８９５０でのＳＥＭ写真である。
【００２０】
第１の材料の不連続的なマスキングナノ構造と第２の材料との間のエッチングに対する選択度が低いために、本明細書に示した方法で十分な地形を得ることができない場合、即ち所望のエッチング深さに達する前に金が全てエッチングされてしまうような場合は、該不連続層の下に中間犠牲層を挿入することができる。例えば、そのような中間犠牲層は、第２の材料よりも高いエッチング選択度を有する。
【００２１】
一実施形態において、金等の第１の材料による複数のナノ構造を形成する前の初期段階として、第２の材料上に５００オングストロームのＴａＡｌ層の層を堆積させてもよい。金のナノ構造の堆積が実行され、次に改造段階が実行される。この構造をエッチングすると、ナノ構造の穴や他の形成物の深さが大きくなる。従って、一実施形態は、最初に基板の表面に中間犠牲材料層を形成し、次に中間犠牲層上に複数のナノ構造を形成する段階を含み、中間犠牲層は、基板の材料より低速でエッチングされる材料である。次に、改造段階が実行される。そのような中間犠牲層を使用する利点は、より深い垂直の特徴形状が得られることである。
【００２２】
本発明の幾つかの実施形態は、ホログラフィ結像、遠紫外線、電子ビームリソグラフィなどの高解像度リソグラフィパターニング技術や、多孔質シリコンや徐変有機材料等の専用の徐変材料を使用することなく徐変ＡＲ表面を実現する。特定の実施形態は、製造するのにコストがあまりかからず、応用範囲が広く、反射防止波長範囲が実質的に改善されるという利点のうちの１つ又は複数を有する。そのような実施形態には、一般的に、ＭＥＭと従来のレンズ被覆処理に容易に組み込むことができるという利点がある。
【００２３】
本明細書で述べる不連続的で変動の大きい厚さを有する薄膜を、大きな起伏、徐変屈折率、そして反射防止層を生ずるために下部材料のエッチングマスクとして使用することができる。そのようなナノ構造で覆った徐変ＡＲ表面は、特に、光スイッチ、ＬＣＯＳ（シリコン上液晶）又は干渉型表示装置等の広帯域反射防止表面を必要とする光学ＭＥＭ用途で役立つ。
【００２４】
図１３に、反射防止表面を形成する方法の更に他の実施形態を示す。この方法は、第２の材料の表面に第１の材料からなる複数のナノ構造を形成する操作のブロック１３００を含み、この場合、第１の材料は第２の材料と異なり、ナノ構造の横方向空間周期は対象波長よりも大きくない。例えば、対象波長は５５０ｎｍである。この方法は、更に、結像技術を使用せずに、第２の材料の表面を、対象波長に対して実質的に反射防止性の徐変屈折率表面として働くように改造する操作のブロック１３１０を含む。一実施形態において、形成段階は、ナノ構造間の横方向空間周期の非周期的分布を有する複数のナノ構造を形成する段階を含むことができる。
【００２５】
従って、一実施形態において、表面の材料中への深さとともに拡張する基部を備えた多数の山頂を含む実質的に反射防止性の表面を実現することができ、横方向空間周期の非周期的分布は、実質的に、対象波長より狭い範囲に限定され、山頂から谷底までの範囲は、実質的に対象波長の１／４より広い。この実施形態は、更に、実質的に対象波長の１／８より広い範囲で生じる山頂高さの変化を含むことができる。山頂高さのこの分布範囲は、例えば図１２に見ることができ、以上で参照した寸法は、図５において寸法ＡとＢとして見ることができる。
【００２６】
更に他の実施形態において、表面材料内への深さとともに拡張する基部を備えた多数の山頂を含む実質的に反射防止性の表面が実現され、この場合、横方向空間周期の分布は、実質的に、対象波長より狭い値に制限され、基部が拡大していく垂直距離は対象波長の少なくとも１／４である。この実施形態は、更に、対象波長の１／８より実質的に広い分布範囲を有する谷底の深さを含むことができる。谷底の深さのこの分布範囲は、例えば図１１にも見ることができ、参照する寸法は、図５において寸法Ａ及びＣとして見ることができる。
【００２７】
一実施形態において、少なくとも対象周波数に関して実質的に反射防止性の表面を有する表示装置等の装置を実現することができ、この装置は、装置と、基板内への深さにつれ拡張する基部を備えた多数の山頂を含む装置上の徐変屈折率表面とを含み、横方向空間周期の非周期的分布が、実質的に、対象波長より狭い範囲に限定され、基部が拡大していく垂直距離が、少なくとも対象波長の１／４である。一実施形態において、表示装置は、ＭＥＭ専用光変調器でよい。
【００２８】
更に他の実施形態において、光伝達装置は、光を伝達するための機構を含むことができ、該伝達するための機構は表面を有する。そのような機構は、例えばレンズによって実施することができる。光伝達装置は、更に、不均一に離間したナノ構造を使用して表面から実質的な反射を防ぐ機構を有することができる。実質的な反射を防ぐ機構は、ナノ構造の徐変屈折率表面によって実施することができる。
【００２９】
本発明の実施形態の以上の説明は、例示と説明のために提示された。以上の説明は、網羅的なものでもなく本発明を開示した厳密な形態に限定しようとするものでもなく、上記の教示を鑑みてその修正と変更が可能であり、それら修正と変更を本発明の実施からも得ることができる。実施形態は、当業者が、意図された特定の用途に適するように様々な実施形態と様々な修正で本発明を利用することができるように、本発明の原理とその実際の応用例を説明するために選択され説明された。本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲及びその等価物により定義される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態のフローチャートである。
【図２】第２の材料に堆積された７５ÅのＡｕの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図３】第２の材料に堆積された７５ÅのＡｕの実施形態の灰化プロセス後の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図４Ａ】５００℃加熱段階の後における５０ÅのＡｕのＳＥＭ写真である。
【図４Ｂ】５００℃加熱段階とＣＦ4エッチングの後における５０ÅのＡｕの実施形態のＳＥＭ写真である。
【図５】エッチング段階後における第２の材料に転写された高アスペクト比地形の実施形態の模擬実験的断面図である。
【図６】徐変屈折率深さが１０００オングストローム、２０００オングストローム、４０００オングストローム、１ミクロンである場合、徐変なしの場合、及び３層薄膜反射防止表面の場合における、空気酸化物遷移部の実施形態の模擬実験的な反射率と入射波長の関係を示すグラフである。
【図７】シリコン上酸化物に１ミクロン、０．５ミクロン、０．２５ミクロン、０．１２５ミクロンの深さの線形徐変を設けた場合、及び徐変なしの場合の実施形態の模擬実験的な反射率と入射波長の関係を示すグラフである。
【図８】シリコン上に２ミクロンの酸化物を有する実施形態について様々な酸化物エッチング条件で達成された測定反射率と入射波長の関係を示すグラフである。
【図９】シリコン上に堆積された１６３２０オングストロームの酸化物（２界面）に深さ２１００オングストロームの徐変屈折率表面を設けた実施形態についての屈折率と入射波長の関係を示すグラフである。模擬実験的な情報は黒の実線で示され、実測データは点線で示されている。
【図１０】１３５００オングストロームの酸化物に深さ８０００オングストロームの徐変屈折率表面を設けた実施形態の反射率と入射波長の関係を示すグラフである。模擬実験的な情報は、黒の実線で示されている。
【図１１】深さ２１００オングストロームの徐変屈折率酸化物表面の実施形態の倍率１００，０００でのＳＥＭ写真である。
【図１２】深さ２１００オングストロームの徐変屈折率酸化物表面の実施形態の倍率３８９５０でのＳＥＭ写真である。
【図１３】更に他の実施形態のフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2008508553.tif 000016
【国際調査報告】
2008508553.tif 000017
2008508553.tif 000018
2008508553.tif 000019