[发明专利]通过反应性离子蚀刻使表面结构化的方法、结构化表面和用途

说明书

技术领域

本发明涉及表面结构化领域，特别地涉及通过反应性离子蚀刻(gravure ionique réactive)使表面结构化的方法，具有结构化表面的产品和它的用途。

背景技术

材料的结构化具有相当大的好处，因为它适用于许多技术领域。

几何图案的阵列的产生可以为材料提供新的和独创的功能而不改变它的组成和它的体积性质(propriétés en volume)。

由于小的特征尺寸(其尤其具有亚微米宽度或者周期)的图案，结构化技术主要地是使用用于液体蚀刻或者干蚀刻的转化掩模的技术，尤其是在微电子学中使用的或者用于在(小)集成光学组件中的平版印刷技术(光学平版印刷、电子平版印刷等等)。

反应性离子蚀刻(英文为“RIE”)属于许多用于使用为氟化或者氯化衍生物的反应性气体(其中六氟化硫(SF₆)或者四氟化碳(CF₄)是最常见的)通过掩蔽(通常平版印刷掩蔽)使玻璃结构化的技术。

然而它们不适合大量制备产品，尤其由玻璃产品的方法，这是由于一种或多种下列理由：

-它们的高成本(制备掩模、设置、校准等等)；

-它们的缓慢(吹扫)和它们的复杂性(数个步骤)；

-图案的尺寸限制(由于波长)；和

-可以结构化的小尺寸。

发明内容

因此，本发明的主题首先是用于制备在亚微米等级上结构化的产品，尤其玻璃产品的有效方法，而且满足各种工业限制：设计快速简单(不需要掩蔽，优选地在单步中)和/或适合于任何尺寸的表面，甚至最大尺寸的表面，并且具有灵活性和对图案类型和/或尺寸和它们的密度的控制。

这种方法还用于扩大可用的结构化产品，尤其玻璃产品的范围尤其用于提供新的几何形状和新的功能性和/或应用。

为此目的，本发明首先提供一种用于使表面结构化的方法，即通过反应性离子蚀刻而形成至少一组被称为图案的不规则性(平均起来，通常具有相同形状)，该图案具有亚微米高度和至少一个亚微米或者微米(亚毫米)的横向维度(被称为宽度)，该方法包括以下步骤：

-提供所述具有至少等于100nm的厚度的材料，该材料是固体混合材料，包含：

-单一的硅氧化物或者混合的硅氧化物，在混合氧化物情况下，硅氧化物是主要的，甚至为氧化物的至少80%至90%，在材料中的氧化物摩尔百分比为至少40%，尤其为40-99%；

-至少一种与氧化物的硅不同性质的物质，尤其在反应性离子蚀刻下是比硅氧化物更移动的物质，这种物质优选地为金属，其中在该材料中的所述一种或多种物质的摩尔百分比为1%甚至最高至50%，尤其5%至20%，甚至40%，并且低于所述氧化物的百分比，同时所述一种或多种物质的至少大部分，甚至至少80%，至少90%，具有低于50nm，优选地低于或等于25nm，甚至低于或等于15nm的最大特征维度(被称为尺寸)，

-尤其所述混合材料在蚀刻之前是亚稳定的，即在标准温压条件下是动力学稳定的和在标准温压条件下是热力学不稳定的，并且在局部势能最低值(其与整体最低值相差给定的活化能Ea)中。

-在蚀刻之前任选地(预先)加热该材料，尤其以使活化能降低直至值E1(不消除)，E1这时由蚀刻提供，(任选的加热，因为如果Ea是过高，移动的金属类型物质的聚集的动力学相对于混合材料的蚀刻速率是过慢的)，(预先)加热和蚀刻可以在时间上是分离的，预先加热任选地可以用IR类型辐射处理替代，

-在所述反应性离子蚀刻下使所述混合材料的表面结构化，因此通过引入该束的离子的能量使得所述(亚稳定的)混合材料是动力学不稳定的，如此通过形成由一组基本上为所述金属类型物质的区域(呈小滴形式)构成的和/或一组富含该材料的所述金属类型物质的区域构成的自维持掩模而获得的结构化，该掩模通过所述金属类型物质在所述混合材料的表面上聚集形成，

-使用低于30分钟，优选地低于或等于15分钟，甚至低于或等于10分钟使所述(亚稳定的)固体混合材料蚀刻的时间，由此保证该材料不被消耗，尤其当它是薄膜状时；

-通过典型地为氟化或者氯化的反应性气体(SF₆、CF₄、C₃F₂、CHF₃或C₂F₃)；

-使用大于1cm²，甚至大于或等于10cm²，甚至大于或等于1m²的蚀刻表面，