使用添加薄膜生产抗反射纹理表面的方法与流程

本公开总体上涉及光学元件，更具体地，涉及使用添加薄膜(additive thinfilm)生产防反射纹理表面的方法。

背景技术：

1、当光照射到不同光学介质之间的界面时，例如基材/镜片的表面，就会发生光学反射。对于许多光学系统来说，这种光学反射会产生问题，例如所需图像通量的透射损失，或者不希望出现的重影。目前，抗反射(ar)涂层通常通过在高真空水平下沉积薄膜来制造。然而，传统的薄膜涂层具有缺点/限制，包括窄带宽(由于这些层基于光的相消干涉而工作，在指定范围之外表现不佳)、低激光损伤阈值(取决于选择的材料)、高角度灵敏度、由于温度循环的粘附问题、由于热循环/恶劣环境的性能退化/寿命问题。这些层需要精确控制厚度，以实现所需的ar性能。薄膜方法对ar利用的相消干涉限制了工作波长范围。膜材料的选择还会导致材料吸收，这会限制器件的工作波长范围，或者还会引起导致膜失效的吸收。因此，有必要采用多种材料和后续工艺来满足在宽波长范围内提供解决方案的需求。

2、也可通过在基材/镜片表面形成纹理界面来降低反射功率。通过使材料逐渐变细，以使基材/空气界面处的折射率突变最小化，这些“蛾眼(motheye)”型结构已经得到证实。然而，蛾眼结构由纳米级柱状物的周期性阵列组成，并且蛾眼结构的制造需要在基材上制造结构之前在基材上预先制造纳米级掩模。该掩模制造步骤通常需要光刻工艺，该工艺需要昂贵的资本支出设备和具有高水平训练和经验的人员。此外，柱状物的周期性阵列在大/陡角度下产生了不希望的衍射效应。例如，对于间距为200nm的柱状物阵列，对于大入射角(例如45°)，柱状物的衍射波长为300nm的光(尽管对于小入射角不会如此)。衍射导致光损失。

3、因此，长期以来一直需要稳健的工艺来制造稳定的ar涂层，该ar涂层具有能够承受高光学功率、低角度灵敏度和弱偏振依赖性的宽波长带。还希望具有相对独立于材料或波长，并且能够容易地制造用于不同基材的结构的工艺。

技术实现思路

1、本公开的实施方案制造亚波长结构，提供优于现有方法(传统薄膜技术)的抗反射效果：更宽的抗反射性能范围、更高的激光诱导损伤阈值、更低的角度灵敏度和更弱的偏振依赖性。本公开的实施方案将面层(topcoat)薄膜层施加至基材的表面上，并产生蚀刻至面层中的结构，而不是将亚波长结构直接蚀刻至基材表面。本公开提供了蚀刻工艺，该工艺去除等离子体下面的材料，同时在被蚀刻基材的表面上沉积聚合物颗粒。这种独特的蚀刻工艺产生了亚波长结构，亚波长结构提供了所需的抗反射性能。这些结构的尺寸、高度和间距是变化的，以便为预期的波长范围提供最佳的光学性能。

2、本公开的实施方案提供了生产沉积在基材上的添加薄膜的抗反射纹理表面以增加穿过基材的光的透射率(transmission)的方法，该方法包括：将薄膜施加至基材的表面上；将涂覆的基材放置在蚀刻室的第一电极和第二电极之间；将气体混合物注入蚀刻室；向电极施加射频波以电离气体混合物并在电极之间产生等离子体；其中等离子体化学和物理地蚀刻掉暴露的薄膜材料，同时在薄膜表面上沉积纳米级聚合物岛；其中沉积的纳米级聚合物被配置成抵抗等离子体的化学蚀刻，这防止了聚合物覆盖下的材料被去除；其中由电极上的射频波驱动的载能离子物理地去除薄膜和聚合物材料；其中聚合物的沉积和物理去除同时发生在薄膜表面上；其中持续化学和物理蚀刻一段时间以产生分布在薄膜表面上的纹理结构，并且该结构具有不同的尺寸、高度和间距。

3、本公开的另一实施方案提供了使用牺牲薄膜来生产基材的抗反射纹理表面以增加穿过基材的光的透射率的方法，该方法包括：将薄膜施加至基材的表面上；将基材放置在蚀刻室的第一电极和第二电极之间；将第一气体混合物注入蚀刻室；向电极施加第一射频波以电离第一气体混合物并在电极之间产生第一等离子体；其中第一等离子体化学和物理地蚀刻掉暴露的薄膜材料，同时在薄膜表面上沉积纳米级聚合物岛；其中沉积的纳米级聚合物被配置成抵抗第一等离子体的化学蚀刻，这防止了聚合物覆盖下的材料被去除；其中由电极上的第一射频波驱动的载能离子物理地去除薄膜和聚合物材料；其中聚合物的沉积和物理去除同时发生在薄膜表面上；其中持续所述化学和物理蚀刻第一时间长度，以产生分布在所述薄膜表面上的纹理结构，并且所述结构具有不同的尺寸、高度和间距；将第二气体混合物注入蚀刻室；向电极施加第二射频波以电离第二气体混合物并在电极之间产生第二等离子体；其中第二等离子体同时去除薄膜和基材材料；其中在薄膜材料中制造的结构用作蚀刻基材材料的掩模；其中持续蚀刻第二时间长度，以将纹理结构从薄膜转移至基材。

技术特征：

1.一种生产沉积在基材上的添加薄膜的抗反射纹理表面以增加穿过基材的光的透射率的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述纹理结构将穿过所述薄膜的入射光的反射降低至小于或等于0.25％；和

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻是电感耦合等离子体反应离子蚀刻。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻是离子束溅射。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体混合物包括选自氩气、氦气、h2、o2、ch4、chf3、cf4、c4f8、sf6、cl2、f2、bcl3和sicl4中的一种或多种气体。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述基材包括以下至少一种：硼硅酸盐玻璃、硼酸钡、氟化钡方解石、蓝宝石、氟化钙、金刚石、氟化铟、氟化镁、溴化钾、硒化锌、锗、聚四氟乙烯、金红石、原钒酸钇、氟化锆。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述薄膜材料是二氧化硅或硅。

8.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述纹理结构的所需高度来选择所述薄膜的厚度。

9.根据权利要求1所述的方法，其中选择蚀刻的气流、室压、时间长度和射频波功率，以产生具有所需尺寸、高度和密度的纹理结构。

10.一种使用牺牲薄膜来生产基材的抗反射纹理表面以增加穿过基材的光的透射率的方法，所述方法包括：

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述基材上的纹理结构将穿过所述基材的入射光的反射降低至0.02或更小。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述蚀刻是电感耦合等离子体反应离子蚀刻。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述蚀刻是离子束溅射。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一气体混合物包括选自氩气、氦气、h2、o2、ch4、chf3、cf4、c4f8、sf6、cl2、f2、bcl3和sicl4中的一种或多种气体，并且所述第二气体混合物包括选自氩气、氦气、h2、o2、ch4、chf3、cf4、c4f8、sf6、cl2、f2、bcl3和sicl4中的一种或多种气体。

15.根据权利要求10所述的方法，其中所述基材包括以下至少一种：硼硅酸盐玻璃、硼酸钡、氟化钡方解石、蓝宝石、氟化钙、金刚石、氟化铟、氟化镁、溴化钾、硒化锌、锗、聚四氟乙烯、金红石、原钒酸钇、氟化锆。

16.根据权利要求10所述的方法，其中所述薄膜材料是二氧化硅或硅。

17.根据权利要求10所述的方法，其中基于所述纹理结构的所需高度来选择所述薄膜的厚度。

18.根据权利要求10所述的方法，其中选择蚀刻的气流、室压、第一和第二时间长度、第二时间以及第一和第二射频波功率，以产生具有所需尺寸、高度和密度的纹理结构。

19.根据权利要求10所述的方法，其中选择所述薄膜材料的蚀刻速率与所述基材材料的蚀刻速率的比率，以产生具有所需尺寸、高度和密度的纹理结构。

技术总结
在生产抗反射表面的方法中，不是将亚波长结构直接蚀刻至基材上，而是将面层的薄膜层沉积至基材的表面上，并且通过将结构蚀刻至面层中来产生抗反射表面。因为可以将薄膜施加至由大量不同材料制成的基材，所以只需要为少数薄膜材料开发共同的蚀刻配方。本方法克服了直接在基材上蚀刻结构的现有方法的缺点，即对于由不同材料制成的每种基材需要不同的蚀刻配方的缺点。

技术研发人员：叶龙飞,R·J·普廖雷,B·多诺万,A·凯布尔
受保护的技术使用者：统雷有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25