[發(fā)明專利]通過(guò)離子蝕刻使表面結(jié)構(gòu)化的方法、結(jié)構(gòu)化表面和用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080062934.8
• 申請(qǐng)日: 2010-11-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102712527A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: E.桑德加德;S.勒羅瓦;A.勒塔耶爾;E.巴特爾;C.馬涅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 法國(guó)圣戈班玻璃廠
• 主分類號(hào): C03C15/00
• 分類號(hào): C03C15/00;C03C14/00;C03C21/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 黃念;林森

本發(fā)明涉及表面結(jié)構(gòu)化領(lǐng)域，特別地涉及通過(guò)離子蝕刻(abrasion?ionique)使表面結(jié)構(gòu)化的方法，具有結(jié)構(gòu)化表面的產(chǎn)品和它的用途。

材料的結(jié)構(gòu)化具有相當(dāng)大的好處，因?yàn)樗m用于許多技術(shù)領(lǐng)域。

幾何圖案的陣列的產(chǎn)生可以為材料提供新的和獨(dú)創(chuàng)的功能而不改變它的組成和它的體積性質(zhì)(propriétés?en?volume)。

由于小的特征尺寸(其尤其具有亞微米寬度或者周期)的圖案，結(jié)構(gòu)化技術(shù)主要地是使用用于液體蝕刻或者干蝕刻的轉(zhuǎn)化掩模的技術(shù)，尤其是在微電子學(xué)中使用的或者用于在(小)集成光學(xué)組件中的平版印刷技術(shù)(光學(xué)平版印刷、電子平版印刷等等)。

然而它們不適合大量制備產(chǎn)品，尤其由玻璃產(chǎn)品的方法，這是由于一種或多種下列理由：

-它們的高成本(制備掩模、設(shè)置、校準(zhǔn)等等)；

-它們的緩慢(吹掃)和它們的復(fù)雜性(數(shù)個(gè)步驟)；

-圖案的尺寸限制(由于波長(zhǎng))；和

-可以結(jié)構(gòu)化的小尺寸。

在通常大的，低能(典型地200-2000eV)的未聚焦離子，典型地Ar⁺離子源下的離子蝕刻是另一種適用于大表面的結(jié)構(gòu)化技術(shù)，這種技術(shù)具有不使用掩模操作的優(yōu)點(diǎn)。

在A.?Toma等的取名為的“Ion?beam?erosion?of?amorphous?materials:?evolution?of?surface?morphology”，Nucl.?Instr.出版物中和?Meth.在Phys.?Res.?B，230(2005)第551-554頁(yè)中，玻璃在35^o在0.4mA/cm²的800eV?Ar+下進(jìn)行蝕刻，提供微米長(zhǎng)度和小高度(即，在一小時(shí)內(nèi)約5nm，在三小時(shí)30分鐘內(nèi)20nm)具有周期和寬度(在一小時(shí)內(nèi)175nm和在三小時(shí)30分鐘內(nèi)350nm)的正弦類型波紋的周期網(wǎng)絡(luò)。這些在一個(gè)小時(shí)和三小時(shí)30分鐘的形態(tài)和尺寸，其通過(guò)原子力顯微鏡(英文為“AFM”)進(jìn)行表征，在圖1c和d中進(jìn)行舉例說(shuō)明。

離子蝕刻因此是慢的并且還產(chǎn)生具有由低于0.1的高寬比所定義的低縱橫比的波紋。

因此，本發(fā)明的主題首先是用于制備在亞微米等級(jí)上結(jié)構(gòu)化產(chǎn)品，尤其玻璃產(chǎn)品的有效方法，而且滿足各種工業(yè)限制：設(shè)計(jì)快速簡(jiǎn)單(不需要掩蔽，優(yōu)選地在單步中)和/或適合于任何尺寸的表面，甚至最大尺寸的表面，并且具有靈活性和對(duì)圖案類型和/或尺寸和它們的密度的控制。

這種方法還用于擴(kuò)大可用的結(jié)構(gòu)化產(chǎn)品，尤其玻璃產(chǎn)品的范圍尤其用于提供新的幾何形狀和新的功能性和/或應(yīng)用。

為此目的，本發(fā)明首先提供一種用于使表面結(jié)構(gòu)化的方法，即通過(guò)用任選地中性化(典型地用在與待結(jié)構(gòu)化材料的碰撞之前由該離子束搶奪的電子)的離子(典型地陽(yáng)離子)束的離子蝕刻(涉及離子和原子之間的彈性碰撞)而形成至少一組被稱為圖案的不規(guī)則性(平均起來(lái)，通常具有相同形狀)，該圖案具有亞微米高度和至少一個(gè)亞微米或者微米(亞毫米)的橫向維度(被稱為寬度)，該方法包括以下步驟：

-提供所述具有至少等于100nm的厚度的材料，該材料是固體混合材料，包含：

-???????單一的氧化物或者一種或多種元素的混合氧化物，在材料中的氧化物摩爾百分比為至少40%，尤其為40-94%；

-???????至少一種具有與一種或多種氧化物的元素不同性質(zhì)的物質(zhì)，尤其在離子蝕刻下是比氧化物更移動(dòng)的(并且在混合氧化物情況下，比至少一種氧化物，尤其主要氧化物是更移動(dòng)的)物質(zhì)，這種物質(zhì)優(yōu)選地為金屬，其中在該材料中的所述一種或多種物質(zhì)的摩爾百分比為6%至50%，尤其20%至30%，甚至40%，并且低于所述氧化物的百分比，同時(shí)所述一種或多種物質(zhì)的至少大部分，甚至至少80%，至少90%，具有低于50nm，優(yōu)選地低于或等于25nm，甚至低于或等于15nm的最大特征維度(被稱為尺寸)，

-???????尤其所述混合材料在蝕刻之前是亞穩(wěn)定的，即在標(biāo)準(zhǔn)溫壓條件下是動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定的和在標(biāo)準(zhǔn)溫壓條件下是熱力學(xué)不穩(wěn)定的，并且在局部勢(shì)能最低值(其與整體最低值相差給定的活化能Ea)中。

-在蝕刻之前任選地(預(yù)先)加熱該材料，尤其以使活化能降低直至值E1(不消除)，E1這時(shí)由蝕刻提供(通過(guò)專門選擇該束的離子能量和通量)，(任選的加熱，因?yàn)槿绻鸈a是過(guò)高，移動(dòng)的金屬類型物質(zhì)的聚集的動(dòng)力學(xué)相對(duì)于混合材料的蝕刻速率是過(guò)慢的)，(預(yù)先)加熱和蝕刻可以在時(shí)間上是分離的，預(yù)先加熱任選地可以用IR類型輻射處理替代，