次波長結構之製程技術

上述日本東北藝術工科大學的K.Hane教授，首先在西元1999年 同時利用電子束微影（electron beam lithography）以及迅速的原子束

（SF₆ fast atom beam）兩種技術，先在結晶性的矽基板上定義出所要 的圖形結構[20]，然後蝕刻出具有週期性排列的二維次波長結構陣列

（two–dimensional sub-wavelength structure），如圖2.3所示。此次波 長結構外觀形貌為錐狀、深度為350 nm、週期性距離為150 nm，在波 長200～2500 nm範圍中，發現具有次波長結構的矽基板在波長400 nm 處之反射率，可以從原本矽基板的57 ％降低到0.5 ％，印證了具有

次波長結構的表面能夠降低原先基板的反射率。

圖2.3 週期性的矽次波長結構(a)SEM 圖 (b)矽基板與 矽次波長結構之反射率光譜圖[20]

緊接著在西元 2000 年英國的 K.Hadobas 等人，也發表了利用光 學干擾微影技術（opticalnterference lithography）製作的奈米結構陣列 [21]。奈米結構外觀形貌為圓柱狀，週期約 200nm、高度 35~190nm，

如圖 2.4 所示。圖 2.5 為進一步探討不同深度的奈米結構陣列對不同 波長的反射率變化情形之結果。研究結果顯示，抗反射效果隨著矽基 板表面奈米結構深度變深而更趨明顯。

圖2.4 矽基板表面的圓柱狀奈米結構之AFM影像圖[21]

圖2.5 不同深度的奈米結構在不同波長範圍的反射率情形[21]

2001 年日本東北大學的K.Hane教授又利用具有規律性的陽極 氧化鋁模版（ordered anodic porous alumina；OAPA）微影技術[22]，

用轉印的方式來定義矽基板表面上的圖形結構，取代原先的電子束微 影的昂貴製程，再用迅速的原子束（SF6 fast atom beam）來蝕刻出次 波長的結構，如圖2.6所示。

圖2.6 陽極氧化鋁模版微影技術製作次波長結構流程圖[22]

K.Hane教授所製作出來的抗反射結構一樣具有週期性約為100 nm、長 徑比 = 12左右。在可見光的波段（400 nm < λ < 800 nm）內反射率可 以從40％降低到1.6％左右。此外，並利用嚴格耦合波理論（rigorous coupled-wave analysis；RCWA）去模擬計算次波長結構的抗反射特 性，結果如圖2.7所示。

圖2.7以氧化鋁模版製作矽次波長結構(a) 氧化鋁模版SEM影像圖 (b) 矽次波長結構之SEM影像圖(c)次波長結構反射率光譜圖[22]

西元2003年美國普林斯頓大學的Stephen Y. Chou教授，首度嘗試 以 新 穎 的 奈 米 刻 印 蝕 刻( nanoimprint lithography ； NIL ) 的 方 式 [23]，成功的在矽基板上製成了大面積的之矽奈米柱陣列結構。此二 維的次波長抗反射結構外觀為錐狀，高度約為520 nm、週期200 nm，

如圖2.8所示。在可見光的波段內的平均反射率可降低到< 5％，如圖 2.9所示。

圖2.8奈米轉印製作矽次波長抗反射結構

(a)蝕刻大面積的矽奈米柱陣列流程(b)結構SEM影像圖[23]

圖2.9 次波長抗反射結構之反射率光譜圖[23]

2003年德國Fraunhofer研究中心的V. Boerner 等利用全像曝光

（holographic exposure）的方式來製作抗反射膜，則為實現大面積製 作抗反射膜相關研究中最受注目的研究。其方法為正型光阻經全像曝 光、顯影，得到表面浮雕結構（surface-relief structure），再鍍上一層 金屬後，以電鑄（electroforming）方式將表面浮雕結構複製到金屬模 具表面，作為母版（stamper），再以母版作大量複製生產，整個流 程如圖2.10所示[24]。圖2.11是以此法製作抗反射膜的SEM圖。

圖2.10 以全像曝光技術製作母模版流程[24]

圖 2.12 則是以此法在 PMMA 基材表面兩面製作抗反射膜結構 所得反射率光譜圖，總反射率可控制在1% 以下（單面反射率在 0.5%

以下）。

圖2.11 全像曝光技術的 AR 結構之 SEM 影像圖[24]

圖2.12 在 PMMA 基材表面製作抗反射膜結構所得反射率光譜圖[24]