KR102509189B1 - 기판을 구조화하는 방법, 상기 기판을 구조화하기 위한 기판 및 장치를 포함하는 조립체 및 그러한 구조를 가진 기판 - Google Patents

기판을 구조화하는 방법, 상기 기판을 구조화하기 위한 기판 및 장치를 포함하는 조립체 및 그러한 구조를 가진 기판 Download PDF

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Abstract

본 출원은 기판(11)을 구조화하는 방법에 관한 것으로: 광원(21), 입사 광빔(8)에 대해 공간적으로 오프셋 된 출사 광빔(7)을 획득하기 위한 광학 시스템(3), 및 이 공간 오프셋을 변경하기에 적합한 출사 광빔(7)을 포커싱 하기 위한 포커싱 수단(9), 기판 홀더, 출사 광빔(7)과 기판(11) 사이의 이동을 발생시키기 위한 이동 장치(60)을 포함하는 장치(2)를 제공하는 단계, 기판(11)을 기판 홀더 상에 제공하고 배치하는 단계, 광학 시스템(3)에 의해 부과된 출사 광빔(7)과 입사 광빔(1) 사이의 공간적 오프셋에 대해 1도 보다 큰 조사각(107)을 갖는 포커싱 된 출사 광빔(7)으로 기판(11)을 에칭 하는 단계를 포함한다.

Description

기판을 구조화하는 방법, 상기 기판을 구조화하기 위한 기판 및 장치를 포함하는 조립체 및 그러한 구조를 가진 기판
제 1 측면에 따르면, 본 발명은 기판을 구조화하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 2 개의 상이한 재료를 조립하는 방법, 기판 및 상기 기판을 구조화하기 위한 장치를 포함하는 조립체(assemblage), 2 개의 상이한 재료를 조립하기 위한 시스템, 및 본 발명의 제 1 측면의 구조화하는 방법에 따라 구조화된 기판에 관한 것이다.
표면 특성을 변경하기 위해, 특히 제 2 재료로 조립체를 만들기 위해 기판을 구조화하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 접촉 표면의 변경은 기판과 제 2 재료 사이의 접촉 표면을 증가시키는 것으로 구성된다. 접촉 표면을 증가시키기 위해서는, 예를 들어, 기계적, 화학적 및/또는 광학 수단으로 기판 표면의 구조화가 필요하다.
이어서, 제 2 재료와 접촉하기 위한 준비에서 기판의 표면을 구조화하는 것은 조립체의 기계적 성능을 향상시키기 위해 사용된다.
중간 재료(intermediate material)의 첨가없이 기판과 제 2 재료 사이의 접촉 표면의 증가의 제한은 원자간 또는 분자간 결합의 수만을 증가시키는 것이다. 약한 원자간 또는 분자간 결합을 형성하는 기판 및 제 2 재료의 경우, 기판과 제 2 재료 사이의 접촉 표면의 증가는 일반적으로 양호한 조립체를 얻을 수 없다.
첫 번째 측면에 따르면, 본 발명의 목적 중 하나는 기판의 표면을 구조화하는 방법을 제안하는 것이다. 기판은 그 구조화된 표면에 의해 제 2 재료에 조립될 수 있으며, 조립체는 더 우수한 접착력의 기계적 특성 및 특히 표면 상에 형성된 구조물에서 제 2 재료의 보다 우수한 기계적 앵커링을 갖는다. 이를 위해, 본 발명은 제 1 측면에 따라, 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 기판을 구조화하는 방법을 제안하며, 상기 방법은:
a) 다음을 포함하는 장치(device)를 제공하는 단계:
a) 다음을 포함하는 장치(device)를 제공하는 단계:
- 기판(substrate)의 상부 표면(upper surface)을 기계 가공할 수 있는 구조화하는(structuring) 입사 광빔(incoming light beam)을 생성하기 위한 광원(light source);
- 상기 입사 광빔으로부터 상기 입사 광빔과 관련하여 공간적으로 오프셋 된 출사 광빔(outgoing light beam)을 획득하기 위한 광학 시스템(optical system) - 상기 광학 시스템은 상기 입사 광빔과 상기 출사 광빔 사이의 공간 오프셋을 변경할 수 있는 -;
- 상기 출사 광빔을 포커싱 하기 위한 포커싱 수단(focusing means);
- 기판 홀더(substrate holder);
- 상기 출사 광빔과 상기 기판 홀더 사이에 상대 이동(movement)을 생성시키기 위한 이동 장치(movement device);
b) 상기 포커싱 수단을 향해 법선(normal)을 특징으로 하는 상부 표면을 가지도록 상기 기판 홀더 상에 상기 기판을 제공하고 배치하는 단계;
c) 광원으로 입사 광빔(light beam)을 생성하는 단계;
e) 기판의 상부 표면으로부터 패턴(pattern)을 에칭 하기 위해 기판을 지지하는 기판 홀더와 포커싱 된 출사 광빔 사이의 상대 이동을 개시하는 단계 - 형성된 패턴은 기판의 상부 표면에서 개구(opening)를 통해 개구되는 기판 내의 공동(cavity)을 포함하는 -; 를 포함하고,
e) 기판의 상부 표면으로부터 패턴(pattern)을 에칭 하기 위해 기판을 지지하는 기판 홀더와 포커싱 된 출사 광빔 사이의 상대 이동을 개시하는 단계 - 형성된 패턴은 기판의 상부 표면에서 개구(opening)를 통해 개구되는 기판 내의 공동(cavity)을 포함하는 -; 를 포함하고,
본 발명에 따른 방법은 공동 또는 공동이 상부 표면으로부터 기판 내부를 향하여 음의 코니시티(negative conicity)를 갖는 패턴을 생성할 수 있게 한다. 비록 '음의 코니시티(negative conicity)'라는 용어가 당업자에 의해 이해될 수 있다고 해도, 이는 특히 도면의 논의 중에 설명될 것이다. 구조화된 패턴 및 보다 구체적으로 이의 공동 또는 공동의 이러한 프로파일은 특히 공동 또는 공동에서 제 2 재료의 기계적 고정을 촉진함으로써보다 우수한 접착력을 갖는 '구조화된 기판 + 제 2 재료' 조립체(assemblage)를 얻을 수 있게 한다.
본 발명에 따른 방법은 음의 코니시티를 갖고 비관통인(non-through) 리세스(recess)에 대응하는 패턴을 에칭 할 수 있게 한다.
레이저 가공 장치 및 예를 들어 WO 2017/029210 A1에 기술된 가공 장치는 매우 직선인 에지를 갖는 기판을 천공 또는 절단하기 위한 것으로 일반적으로 인정된다. 이러한 가공 장치는 10mm 또는 20mm보다 큰 치수를 초과하지 않는 비교적 작은 조각을 드릴링 하거나 절단하는 데 사용된다. 이러한 장치는 기판과 관련하여 높은 정확도의 빔 이동을 필요로 하며, 정밀한 이동은 바람직하게는 스캐너 또는 검류계 헤드와 같은 광학 시스템에 의해 달성된다. 드릴링 또는 절단 장치는 표면 구조 제작용이 아니기 때문에, 이러한 가공 장치는 음의 코니시티를 가진 비관통 구조의 생산에는 권장되지 않는 것 같다. 잘 제어된 방식으로 표면 구조화를 만들 수 없는 드릴 또는 톱으로부터의 유추가 본 경우에 특히 적합한 것으로 보인다. 그럼에도 불구하고, 본 발명자들은 기판의 상부 표면과의 광빔의 제어 가능한 조사각(angle of attack)을 가능하게 하는 광학 시스템의 사용은 구조화 패턴이 음의 코니시티를 갖는 표면 구조화를 생성할 수 있음을 입증하였다. 이러한 구조는 특히 조립체 생산에 적합하다.
본 발명에 따른 방법은 음의 코니시티를 갖는 리세스에 대응하는 패턴을 에칭 할 수 있게 한다. 따라서 생성된 패턴은 바람직하게는 리세스를 포함하는 기판과 다른 기판 사이에 조립체를 만들도록 의도되며, 조립체는 본질적으로 앵커링 조립체다.
본 발명에 따른 방법은 기판의 상부 표면의 법선과 관련된 3도보다 큰 각도, 바람직하게는 5도보다 큰 각도를 나타내는 출사 광빔과 동시에 활성화될 수 있는 기판을 이동시키기 위한 이동 장치에 의해 효율적으로 구조화를 생성할 수 있고, 상기 법선은 본질적으로 출사 광빔의 포커싱 포인트 근처에서 취해진다. 정밀 가공(드릴링, 절삭)을 위해 광학 편향 수단(optical deflection means)(스캐너, 검류계 헤드)이 작은 표면에서의 빠른 가공에 특히 적합하다는 것이 일반적으로 인정된다. 다수의 스티칭 메시(stitching meshes)를 생성하고 더 큰 표면을 커버하기 위해 기판을 이동시킴으로써 더 큰 가공 표면이 최종적으로 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 기판의 상부 표면의 법선과 관련된 3도보다 큰 각도, 바람직하게는 5도보다 큰 각도를 나타내는 출사 광빔과 동시에 활성화될 수 있는 기판을 이동시키기 위한 이동 장치에 의해 효율적으로 구조화를 생성할 수 있고, 상기 법선은 본질적으로 출사 광빔의 포커싱 포인트 근처에서 취해진다. 정밀 가공(드릴링, 절삭)을 위해 광학 편향 수단(optical deflection means)(스캐너, 검류계 헤드)이 작은 표면에서의 빠른 가공에 특히 적합하다는 것이 일반적으로 인정된다. 다수의 스티칭 메시(stitching meshes)를 생성하고 더 큰 표면을 커버하기 위해 기판을 이동시킴으로써 더 큰 가공 표면이 최종적으로 달성될 수 있다.
레이저 파라미터의 결정은 주로 이동 수단의 이동 속도에 의해 결정되는 상대 이동 속도뿐만 아니라 전력, 에너지, 반복 주파수, 출사 빔의 크기에 달려 있고, 마지막으로 재료의 두께와 재료의 특성에 달려있다.
바람직하게는, 이동 장치는 최대 100 mm, 더욱 바람직하게는 1.5 m의 상대 이동을 가능하게 한다. 예를 들어, 이동 장치는 최대 10m, 더욱 바람직하게는 최대 40m의 이동을 가능하게 하여, 본질적으로 긴 요소의 표면은 너무 긴 스티칭 반복으로 인한 패턴의 반복을 제한하기 위해 그 전체 길이에 걸쳐 구조화될 수 있다.
빔 투사각(incidence angle)을 크게 변경하여 거의 0 빔 이동으로 세차 운동(precession movement)을 할 수 있기 때문에 레이저 가공 장치 및 예를 들어 WO 2017/029210 A1에 기술된 가공 장치는 절단/드릴링에 매우 효율적이고, 절단/드릴링에 대한이 매우 중요한 속성은 구조화에 관심이 있는 것으로 당업자에게 알려진 속성이 아니라는 것이 일반적으로 받아드려 진다. 그럼에도 불구하고, 본 발명자들은 본 발명에 따른 광학 시스템의 사용이 음의 코니시티를 갖는 패턴으로 구조화를 양호하게 수행할 수 있음을 입증하였다. 이러한 구조화는 높은 인장, 전단 및 박리 강도를 갖는 조립체의 제조를 가능하게 한다.
본 발명자들은 또한 본 발명에 따른 방법에 의해 구현된 광학 시스템이 다른 종래 기술의 광학 시스템과 관련하여 더 미세한 그루브 치수를 얻을 수 있다는 것을 발견했다. 실제로, 본 발명에 사용된 시스템은 기판의 표면 또는 표면에 더 가까운 빔의 수렴점(convergence point)을 가질 수 있게 한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 방법에 의해 사용되는 장치는 관통 및/또는 비관통 홀(또는 공동)을 생성할 수 있게 한다. 바람직하게는, 광원은 펄스형 구조화하는 입사 광빔을 생성한다. 　바람직하게는, 구조화하는 입사 광빔의 펄스는 1000ns 미만, 보다 바람직하게는 10-15 초 내지 10-6 초, 더욱 더 바람직하게는 10-14 초 내지 10-8 초의 지속 시간을 갖는다. 예를 들어, 구조화하는 입사 광빔은 관통 또는 관통하지 않는 홀(hole) 및 그루브를 에칭 할 수 있다. 바람직하게는 상부 표면은 본질적으로 평평하다. 바람직하게는, 포커싱 된 출사 광빔은 기판의 상부 표면을 에칭 할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 방법에 의해 사용되는 장치는 관통 및/또는 비관통 홀(또는 공동)을 생성할 수 있게 한다. 바람직하게는, 광원은 펄스형 구조화하는 입사 광빔을 생성한다. 　바람직하게는, 구조화하는 입사 광빔의 펄스는 1000ns 미만, 보다 바람직하게는 10-15 초 내지 10-6 초, 더욱 더 바람직하게는 10-14 초 내지 10-8 초의 지속 시간을 갖는다. 예를 들어, 구조화하는 입사 광빔은 관통 또는 관통하지 않는 홀(hole) 및 그루브를 에칭 할 수 있다. 바람직하게는 상부 표면은 본질적으로 평평하다. 바람직하게는, 포커싱 된 출사 광빔은 기판의 상부 표면을 에칭 할 수 있다.
포커싱 된 출사 광빔의 각도와 기판의 상부 표면의 법선을 이용하여 초단 펄스와 출사 광빔이 기판의 표면에 도달하는 구조화 또는 기계 가공 방법의 경우, 그 다음에 수행되는 구조화 또는 가공은 반드시 기판의 두께에서 더 깊게 위치한 직경보다 큰 유입 직경을 갖는다. 이러한 구조화 또는 기계 가공 형상의 특징은 사용된 레이저 빔의 강도 프로파일뿐만 아니라 기판 표면과의 매우 짧은 펄스 및 제로(0)의 출사 광빔 각도를 갖는 구조화 또는 기계 가공 방법에 내재되어 있다. 초단 펄스로 기판을 구조화하거나 기계 가공하는 방법 및 기판 표면과의 출사 광빔 각도가 0 인 것과 관련하여 기판을 구조화하기 위해 본 발명에 따른 방법에 의해 사용되는 장치의 이점은 바람직하게는 음의 코니시티로 기판의 표면 구조를 형성하고 그리하여 내부의 제2 재료의 앵커링을 촉진하기 위하여 포커싱 된 출사 광빔과 기판의 상부 표면의 법선 사이의 제어된 각도에서 출사 광빔이 기판의 표면에 도달할 수 있도록 하는 것이다.
바람직하게는, 광학 시스템에 의해 부과된 입사 광빔과 관련하여 출사 광빔의 임의의 공간 오프셋에 대해 1도보다 크고 바람직하게는 3도보다 큰 조사각이 적용된다.
레이저는 가우시안 타입 빔(Gaussian type beam)에 의해 정의되는 것이 바람직하다. 가우시안 빔은 특히 재료 가공에 적합하다. 균일한 환경에서 가우시안 빔은 전파 방향에 수직인 가우스 강도 분포를 갖는 광빔이다. 가우시안 레이저 빔의 경우, 빔의 강도는 에지보다 레이저 빔의 중심에서 더 크다.
　포커싱 수단(focusing means), 예를 들어 포커싱 렌즈 또는 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens)를 통해 가우시안 세기 프로파일을 갖는 레이저 빔을 통과시키는 동안, 레이저 빔은 바람직하게는 포컬 스폿(focal spot) 또는 포커싱 스폿(focusing spot), 즉 레이저 빔의 밀도가 가장 중요한 영역에 포커싱 된다. 포커싱 스폿(focusing spot)은 포커싱 포인트(focusing point)에 의해 지정되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법은 제 2 재료를 갖는 조립체를 제조하기 위해 음의 코니시티(conicity)를 갖는 구조화된 기판을 얻을 수 있게 하며, 따라서 조립체는 비구조화 된 기판보다 우수한 기계적 특성을 갖는다. 음의 코니시티로 기판을 구조화하면 바람직하게는 인장, 인열, 전단 및 박리에서 조립체의 기계적 특성을 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 장점은 예를 들어 매 200 μm마다 반복하여 구조화된 폭이 100 μm 인 수 mm² 내지 수십 cm² 정도의 큰 표면을 기계 가공 또는 구조화할 수 있다는 것이다. 포커싱 된 출사 광빔에 대한 기판의 조사각 및/또는 위치를 제어함으로써, 본 발명에 따른 조립체는 제어된 코니시티: 양의(positive), 제로 또는 음의 코니시티로 기판의 표면, 홀, 에칭 또는 절단을 구조화할 수 있게 한다.
바람직하게는, 상기 기판과 상기 출사 광빔 사이의 상대 이동은 상부 표면에 평행한 평면에 따른 상대 이동이며, 포커싱 된 출사 광빔은 1 cm²보다 큰, 바람직하게는 10 cm²보다 큰, 더욱 더 바람직하게는 100 cm²보다 큰 면적을 갖는 본질적으로 평평한 표면상의 상부 표면으로부터 패턴을 에칭 할 수 있다. 예를 들어, 50mm × 10mm, 바람직하게는 50mm × 50mm, 더 바람직하게는 100mm × 100mm. 예를 들어 100mm × 1500mm, 20mm × 2000mm, 20 × 5000mm, 50mm × 10mm, 바람직하게는 50mm × 50mm, 더욱 바람직하게는 100mm × 100mm이다.
바람직하게는, 기판은 상기 기판의 두께에 의해 상기 상부 표면으로부터 본질적으로 분리된 하부 표면을 포함하고; 상기 공동(cavity)은 상기 기판의 상기 상부 표면과 상기 하부 표면 사이에서 통과되지 않으며 상기 하부 표면에서 개구 되지 않는다.
바람직하게는, 이동 장치는 상기 광원과 동시에 상기 기판과 상기 출사 광빔 사이의 이동을 발생시키도록 작동된다.
바람직하게는, 광학 시스템에 의해 부과되는 입사 광빔과 출사 광빔 사이의 공간 오프셋은 공동을 갖는 패턴을 에칭 하도록 포커싱 수단에 대하여 고정된 공간 오프셋이며,
상기 공동은:
- 상기 기판의 상기 상부 표면(upper surface)상의 개구(opening)에서, 기판의 상기 상부 표면에 본질적으로 수직인 평면에 정의된 제 1 단부(first end) 및 제 2 단부(second end);
- 상기 기판의 상기 상부 표면(upper surface)상의 개구(opening)에서, 기판의 상기 상부 표면에 본질적으로 수직인 평면에 정의된 제 1 단부(first end) 및 제 2 단부(second end);
- 상기 개구의 상기 제 1 단부와 제 2 단부 사이의 거리에 의해 형성된 개구폭(opening width);
기판의 두께를 따라 상부 표면으로부터 본질적으로 감소하는 상기 개구폭에 실질적으로 평행하게 정의된 공동폭(cavity width)을 포함한다.
- 기판의 상부 표면 상의 개구에서, 기판의 상부 표면에 본질적으로 수직인 평면에 정의된 제 1 단부 및 제 2 단부,
- 개구의 제 1 단부와 제 2 단부 사이의 거리에 의해 형성된 개구폭 - 개구폭은 기판의 두께에서 개구폭과 본질적으로 평행하게 정의된 공동의 최대폭보다 절대적으로 작은 - 을 포함한다.
바람직하게는, 두께에 본질적으로 수직으로 측정된 개구의 연장은 상부 표면으로부터 기판의 내부를 향해 질수록 증가한다.
바람직하게는, 공동은 0도 내지 7도, 바람직하게는 0.01도 내지 5도 사이에 포함된 음의 코니시티 각도 - 음의 코니시티 각도는 기판의 상면에 대한 법선과 개구폭의 제 1 단부를 통과하는 선 사이에서 정의되는 - 에 의해 특징된다.
바람직하게는, 기판의 상부 표면은 관통되지 않는 방식으로 에칭 된다.
바람직한 실시예에 따르면, 광학 시스템은:
- 미러(mirror) - 상기 입사 광빔으로부터 제 1 투사 광빔으로부터의 제 1 반사 광빔(first reflected light beam)을 얻기 위해 법선에 의해 정의된 실질적으로 평탄한 반사면을 갖고, 이동 가능한 -;
- 상기 이동 가능한 미러을 이동시키기 위한 구동 수단(drive means);
- 방향전환 시스템(a redirection system) - 제 1 반사 광빔으로부터 상기 미러에 제 2 투사 광빔을 얻기 위하여, 이동 가능한 미러(movable mirror) 상에 제 2 투사 광빔(second incident light beam)의 반사로부터 출사 광빔을 얻기 위하여, 미러(19)와 관련하여 위치되는 - 을 포함한다.
- 방향전환 시스템(a redirection system) - 제 1 반사 광빔으로부터 상기 미러에 제 2 투사 광빔을 얻기 위하여, 이동 가능한 미러(movable mirror) 상에 제 2 투사 광빔(second incident light beam)의 반사로부터 출사 광빔을 얻기 위하여, 미러(19)와 관련하여 위치되는 - 을 포함한다.
예를 들어, 기판의 두께를 따라 상부 표면으로부터 본질적으로 감소하는 개구폭에 실질적으로 평행하게 정의된 공동폭을 갖는 공동은 단일 축 또는 두개의 축에 따라 포커싱 수단으로부터 상류로의 출사 광빔의 오프셋에 의해 얻어진다. 예를 들어, 이들 공동은 고정된 미러 및 편향 시스템을 사용하여 하나 또는 두 개의 축에 따라 포커싱 수단으로부터 상류로의 출사 광빔을 오프셋 시킬 수 있다. 이들 공동 또는 그루브는 기판에 대한 법선과 관련하여 고정된 포커싱 된 레이저 빔의 조사각으로 얻어진다. 본 발명의 이 실시 예에서, 미러의 배향(orientation)은 그루브의 배향을 변경할 수 있게 한다. 이 실시 예에서, 그루브는 기판 표면과 관련하여 출사 광빔의 세차(precession)로 형성되거나 세차없이 형성될 수 있다.
바람직하게는, 편향 시스템(deflection system)은 2 × 3 cm 치수 영역에 따라, 예를 들어 15 20 cm 치수 영역에 따라 출사 광빔을 지향시킬 수 있으며, 편향 시스템에 의해 커버 될 수 있는 영역의 치수는 주로 대물 렌즈의 초점 길이에 의존하고, 보다 일반적으로는 광학 장치의 구성에 의존한다. 편향 시스템으로 덮인 넓은 영역의 경우, 패턴의 형태에서의 수차가 관찰될 수 있다. 그러나, 조립 응용의 경우, 이러한 수차로 인해 관찰된 조립체의 품질이 저하되지는 않는다.
본 발명에 사용된 광학 시스템은 편향 시스템과 호환되는 동안 빔의 조사각을 조정할 수 있게 한다. 이것은 편향 시스템으로 만 20 내지 30 mm의 필드를 커버할 수 있기 때문에 구조화를 생성하는데 특히 유리하며, 종래 기술의 장치는 1 내지 2 mm의 필드를 커버할 수 없다.
바람직하게는, 편향 시스템과 조합된 광학 시스템(optical system)은 조사 방향으로 최대 100 mm 또는 150 mm의 더 큰 필드를 커버하기 위해 긴 초점 거리를 갖는 포커싱 수단을 포함한다. 이것은 이동 장치를 사용하지 않고도 100mm Х 100mm의 치수에 따라 구조화가 수행될 수 있게 한다.
다른 바람직한 실시 예에 따르면, 광학 시스템은:
- 미러 - 입사 광빔(incoming light beam)으로부터 제 1 투사 광빔(incident light beam)으로부터의 제 1 반사 광빔(first reflected light beam)을 얻기 위해 법선에 의해 정의된 실질적으로 평탄한 반사면(reflection surface)을 갖고, 그것의 법선이 3차원 공간에서 궤적을 나타낼 수 있도록 이동 가능한 -;
미러의 제 1 투사 광빔 및 법선은 이동 가능한 미러의 모든 가능한 위치 및 배향에 대해 0도 내지 15도, 바람직하게는 0.01도 내지 10도, 더욱 바람직하게는 3도 내지 8도의 각도만큼 분리되도록 구성되는 광학 시스템;
- 이동 가능한 미러을 이동시키기 위한 구동 수단;
- 역-반사 시스템 - 미러(19)의 모든 위치 및 배향에 대하여 제 1 반사 광빔으로부터 미러에 제 2 투사 광빔을 얻기 위하여, 이동 가능한 미러 상에 제 2 투사 광빔의 반사로부터 출사 광빔을 얻기 위하여, 미러와 관련하여 위치되는, 및 이동 가능한 미러의 모든 가능한 위치 및 배향에 대해 제 1 반사 광빔에 평행하게, 미러(19) 상에 제 2 투사 광빔을 제공할 수 있는 -; 을 포함한다.
- 역-반사 시스템 - 미러(19)의 모든 위치 및 배향에 대하여 제 1 반사 광빔으로부터 미러에 제 2 투사 광빔을 얻기 위하여, 이동 가능한 미러 상에 제 2 투사 광빔의 반사로부터 출사 광빔을 얻기 위하여, 미러와 관련하여 위치되는, 및 이동 가능한 미러의 모든 가능한 위치 및 배향에 대해 제 1 반사 광빔에 평행하게, 미러(19) 상에 제 2 투사 광빔을 제공할 수 있는 -; 을 포함한다.
바람직하게는, 이동 가능한 미러는 이동 가능한 미러의 법선과 교차하는 회전축을 중심으로 360도 회전을 나타내도록 구성되며, 구동 수단은 이동 가능한 미러가 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 구성된다.
바람직하게는, 역-반사 시스템(retro-reflection system)은 미러와 관련하여 병진(translation) 이동 가능하다.
바람직하게는, 광학 시스템은 포커싱 수단의 상류(upstream)를 얻기 위하여 구성되고 및 이동 가능한 미러의 모든 가능한 위치 및 배향에 대해, 주 전파 방향에 수직면에 나타낼 수 있는 출사 광빔 원의 직경이 30 mm 미만인 원 또는 가장 큰 축이 30 mm 미만, 보다 바람직하게는 25 mm 미만, 더욱더 바람직하게는 20 mm 미만인 타원 또는 가장 큰 축이 30 mm 미만, 보다 바람직하게는 25 mm 미만, 더욱 더 바람직하게는 20 mm 미만인 타원을 얻기 위하여 구성된다.
타원의 가장 큰 축을 타원의 가장 긴 직경 또는 가장 큰 직경이라고도 한다.
바람직하게는, 역-반사 시스템과 미러 사이의 거리의 변화는 상기 직경 또는 상기 가장 큰 축의 변경을 유도할 수 있다.
바람직하게는, 직경 또는 가장 큰 축의 변화는 포커싱 수단의 하류로(downstream)의 출사 광빔과 기판의 상부 표면의 법선 사이의 각도 변화를 유도할 수 있다.
바람직하게는, 장치는 또한 출사 광빔을 오프셋 시키기 위해 광학 시스템과 포커싱 수단 사이에 위치된 편향 시스템을 포함한다. 예를 들어, 편향 시스템은 스캐너, 예를 들어 검류계 스캐너이다. 바람직하게는, 편향 시스템은 포커싱 수단의 상류에 위치된다. 바람직하게는, 포커싱 수단은 텔레센트릭 렌즈를 포함한다.
출사 광빔의 초점을 맞추기 위해 텔레센트릭 렌즈를 사용하는 이점은 텔레센트릭 렌즈의 상류로 출사 광빔의 배향의 변화를 위해 포커싱 된 출사 광빔의 일정한 조사각의 구조화 또는 기계 가공을 가능하게 하는 것이다. 바람직하게는, 텔레센트릭 렌즈는 그것의 조사각을 변경(modify)하지 않고 출사 광빔의 위치에서 변경을 가능하게 하기 위해 편향 시스템과 함께 사용된다.
바람직하게는, 포커싱 수단은 출사 광빔을 기판의 상부 표면에 포커싱 하도록 설계된다. 바람직하게는, 포커싱 수단은 이동 가능한 미러의 모든 가능한 위치 및 배향에 대해 포커싱 평면에서 출사 광빔을 포커싱 하도록 설계된다.
바람직하게는, 장치는, 포커싱 수단과 출사 광빔의 포커싱 포인트 사이의 거리가 변경될 수 있도록, 광원과 광학 시스템 사이에 위치되고, 입사 광빔에 의해 통과되고 입사 광빔의 수렴을 변경하도록 구성된 빔 시준기를 더 포함한다.
바람직하게는, 광학 시스템은 포커싱 평면에서 그리고 이동 가능한 미러의 모든 가능한 위치 및 배향에 대해 출사 광빔의 투영이 본질적으로 원형의 외부 윤곽을 갖도록 구성된다.
예를 들어, 세차 운동 동안 포커싱 수단의 하류로(downstream)의 출사 광빔의 통합은 구조화, 기계 가공 또는 에칭 될 기판의 표면과 관련하여 조사각을 갖는 원뿔(cone)의 형상을 나타낸다. 예를 들어, 출사 광빔의 세차 운동은 구조화, 기계 가공 또는 에칭 될 기판상의 실질적으로 원형 운동을 나타낸다.
바람직하게는, 상기 광학 시스템에 의해 부과된 출사 광빔과 입사 광빔 사이의 공간적 오프셋을 위해, 조사각은 1도 내지 15도, 바람직하게는 2도 내지 5도, 보다 바람직하게는 3도 내지 4도이다.
바람직하게는, 광학 시스템은 상기 기판의 상부 표면과 관련하여 포커싱 된 출사 광빔의 세차 운동을 유도할 수 있다.
바람직하게는, 이동 가능한 미러의 구동 수단은 1,000 내지 200,000 rpm, 보다 바람직하게는 5,000 내지 100,000 rpm, 더욱 바람직하게는 10,000 내지 50,000 rpm으로 구성된 미러의 회전 속도를 부과할 수 있고, 포커싱 된 출사 광빔과 관련된 기판의 상대 이동 속도는 500 mm/s 내지 0.1 mm/s, 보다 바람직하게는 200 mm/s 내지 0.5 mm/s, 더욱더 바람직하게는 100 mm/s 및 1mm/s로 구성된다.
예를 들어, 포커싱 포인트에서 포커싱 된 빔의 직경은 공동의 개구폭 이하이다.
제 2 측면에 따르면, 본 발명은 피스(piece)로 기판을 조립하는 방법은 제안하고 이 방법은:
- 패턴(pattern)을 포함하는 기판의 구조화된 상부 표면(upper surface)의 제 1 부분을 생성하기 위하여, 본 발명의 제1 측면을 사용하여 기판의 상부 표면을 구조화하는 단계;
- 기판의 구조화된 상부 표면의 제 1 부분의 융점보다 낮은 융점을 갖는 가용성 재료를 포함하는 제 2 표면 부분을 갖는 표면을 가지는 피스를 제공하는 단계;
- 패턴(pattern)을 포함하는 기판의 구조화된 상부 표면(upper surface)의 제 1 부분을 생성하기 위하여, 본 발명의 제1 측면을 사용하여 기판의 상부 표면을 구조화하는 단계;
- 기판의 구조화된 상부 표면의 제 1 부분과 피스의 표면의 제 2 부분 사이의 접촉을 유지하기 위해 압력을 인가하는 단계;
- 용융시키기에 충분한 가용성 재료에서 온도 증가를 발생시키기 위한 히터를 제공하는 단계; 및
- 가열 수단에 의해, 기판의 구조화된 상부 표면의 제 1 부분의 패턴에서, 가용성 재료의 적어도 일부를 용융시키기에 충분한 온도에 도달하도록 가용성 재료를 가열하는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 제 1 측면에 따른 방법에 대해 기술한 상이한 변형 및 장점은 제 2 측면에 따른 조립 방법에 준용된다.
바람직하게는, 히터는 기판의 구조화된 상부 표면의 제 1 부분을 조사하여 가열할 수 있는 레이저 빔을 생성할 수 있는 레이저이고, 피스는 빔에 적어도 부분적으로 투명하다. 예를 들어, 히터는 용접 레이저(welding laser)이다. 가열될 재료의 최대 흡수 스펙트럼으로 레이저 빔의 길이를 조정함으로써 더 나은 조립이 이루어질 것이다. 바람직하게는, 피스는 중합체 또는 유리를 포함한다. 바람직하게는, 피스의 가용성 재료는 기판의 상부 표면을 통해 기판의 구조화된 상부 표면의 제 1 부분의 패턴으로 침투한다.
바람직하게는, 피스의 가용성 물질은 단량체 및/또는 중합체 사슬(polymer chains), 더욱 바람직하게는 열가소성 중합체(thermoplastic polymer) 및 훨씬 더 바람직하게는 엘라스토머성 열가소성 중합체(elastomeric thermoplastic polymer)를 포함한다. 바람직하게는, 가용성 재료는 하나 이상의 전이 온도(transition temperature)를 가지며, 바람직하게는 이 하나 이상의 전이 온도는 유리 전이 온도(glass transition temperature)이다. 예를 들어, 가용성 재료는 유리 전이 온도 이상으로 가열된다. 바람직하게는, 상기 하나 이상의 전이 온도는 용융 온도이다. 예를 들어, 가용성 물질은 그의 용융 온도 이상으로 가열된다.
제3 측면에 따르면, 본 발명의 목적 중 하나는 기판 및 상기 기판을 구조화하기 위한 장치를 포함하는 조립체를 제공하는 것이며, 기판은 이후에 제 2 재료로 조립될 수 있고 이 제 2 재료와의 조립은 더 높은 접착력 또는 기계적 강도를 갖는다. 형성된 음의 코니시티 구조 및 기판의 표면에 의해 나타내는 각도에 의해 더 나은 기계적 강도가 달성된다. 기판의 표면 상에 형성된 음의 코니시티 구조는 특히 음의 코니시티 구조에서 제 2 재료의 기계적 앵커링을 촉진함으로써 제 2 재료의 기판에 대한보다 양호한 접착을 가능하게 한다. 이를 위해, 본 발명은이 제 3 측면에 따라, 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 기판 및 상기 기판을 구조화하기 위한 장치를 포함하는 조립체를 제안하며, 상기 장치는:
- 기판의 상부 표면을 기계 가공할 수 있는 구조화하는 입사 광빔을 생성하기 위한 광원;
- 상기 입사 광빔으로부터 입사 광빔과 관련하여 공간적으로 오프셋 된 출사 광빔을 획득하기 위한 광학 시스템 - 광학 시스템은 입사 광빔과 출사 광빔 사이의 공간 오프셋을 변경할 수 있는 -;
- 출사 광빔을 포커싱 하기 위한 포커싱 수단;
- 기판 홀더;
- 출사 광빔과 기판 홀더 사이에 상대 이동을 생성시키기 위한 이동 장치; 를 포함하고,
기판은 포커싱 수단을 향해 법선을 특징으로 하는 상부 표면을 가지도록 기판 홀더 상에 배치되고;
장치는 출사 광빔의 포커싱 포인트에서 포커싱 된 출사 광빔 및 기판의 상부 표면의 법선이 1도 보다 큰, 바람직하게는 3도 보다 큰, 광학 시스템에 의해 부과된 입사 광빔과 출사 광빔 사이의 어떠한 공간적 오프셋에 대한 조사각에 의하여 분리되도록 구성되고,
상기 광원의 파라미터는 형성된 패턴의 공동이 상기 기판의 상기 상부 표면과 상기 하부 표면 사이에서 관통되지 않도록, 상기 입사 광빔을 생성시키기 위해 상기 상대 이동에 따라서 정의한다.
본 발명의 제 1 및 제 2 측면에 따른 방법에 대해 기술한 상이한 변형 및 장점은 제 3 측면에 따른 조립에 준용된다.
바람직하게는, 기판은 상기 상부 표면과 본질적으로 반대 인 하부 표면을 포함하고, 상기 공동은 상기 하부 표면에서 개구 되지 않는다.
바람직하게는, 이동 장치는 1 cm² 초과, 바람직하게는 10 cm² 초과, 더욱 바람직하게는 100 cm² 초과의 영역에서 기판과 출사 광빔 사이의 상대 이동을 생성할 수 있으며, 상기 상대 이동은 포커싱 된 출사 광빔이 상부 표면으로부터 패턴을 에칭 할 수 있도록, 상부 표면에 평행한 평면에서 생성된다. 예를 들어 50mm × 10mm, 바람직하게는 50mm × 50mm, 더 바람직하게는 100mm × 100mm. 예를 들어 100mm × 1500mm, 20mm × 2000mm, 20 × 5000mm, 50mm × 10mm, 바람직하게는 50mm × 50mm, 더욱 바람직하게는 100mm × 100mm.
바람직하게는, 상기 장치는 포커싱 된 출사 광빔은 1cm²보다 큰, 바람직하게는 10cm²보다 큰, 더욱 바람직하게는 100cm² 보다 큰 면적에서 상기 출사 광빔과 상기 기판 사이의 상기 상대 이동을 생성할 수 있고, 상기 상대 이동은 상부 표면에 평행한 평면에서 생성되어, 포커싱 된 출사 광빔은 상부 표면으로부터 패턴을 에칭 할 수 있다.
본 발명에 포함된 장치의 장점은 2 차원에서 제어된 조사각으로 레이저 빔의 포커싱을 가능하게 한다는 것이다. 본 발명의 장치는 또한 라인에 따른 구조화를 위한 치수에 따른 기계 가공 또는 구조화를 가능하게 하고, 일정한 출사 광빔의 조사각으로 원형 홀(circular hole) 또는 보다 복잡한 패턴의 형성을 가능하게 한다.
본 발명에 포함된 장치, 특히 광학 시스템의 장점은 비교적 가볍고 공간을 절약할 수 있다는 것이다. 또한, 포커싱 수단의 상류 측 측면 오프셋 및 그로인한 기판에 대한 조사각은 역-반사 시스템을 갖는 미러의 상대적인 위치 설정에 의해 용이하게 제어될 수 있다.
구조화 또는 기계 가공을 위한 레이저 빔은 가우시안 강도 프로파일을 갖는 것으로 간주된다. 평면에서 포커싱 된 레이저 빔은 레이저 빔의 여러 위치에 대해 포커싱 스폿이 상기 평면에 포함된다는 것을 의미한다. 바람직하게는, 포커싱 된 레이저 빔을 포커싱 하는 스폿은 피사계 심도(depth of field)를 포함한다. 평면에서 여러 레이저 빔 위치의 경우, 포커싱 스팟은 상기 계획에 포함되며, 즉 포커싱 스팟의 피사계 심도에 위치한 포커싱 스팟의 위치는 상기 플랜에 포함된다.
바람직하게는, 포커싱 평면은 기판의 상부 표면에 평행하다. 바람직하게는, 포커싱 평면은 기판의 상부 표면과 일치한다. 바람직하게는, 포커싱 수단은 광축을 포함한다. 바람직하게는, 포커싱 수단은 수렴 렌즈(converging lens)이다.
바람직하게는, 광학 시스템에 의해 부과된 입사 광빔과 출사 광빔 사이의 공간 오프셋은 이동 장치에 의해 생성되는 상대 이동이 공동과 같은 패턴의 에칭을 가능하게 할 수 있는 포커싱 수단에 관하여 고정된 공간 오프셋이며, 상기 공동은:
- 상기 기판의 상기 상부 표면상의 개구에서, 기판의 상기 상부 표면에 본질적으로 수직인 평면에 정의된 제 1 단부 및 제 2 단부;
- 상기 개구의 상기 제 1 단부와 제 2 단부 사이의 거리에 의해 형성된 개구폭;
- 기판의 두께를 따라 상부 표면으로부터 본질적으로 감소하는 상기 개구폭에 실질적으로 평행하게 정의된 공동폭을 포함한다.
바람직하게는, 이동 장치는 100 mm/s 이하의 속도, 보다 바람직하게는 50 mm/s 이하의 속도, 더욱 바람직하게는 25 mm/s 이하의 속도로 선형 이동(linear movement)을 생성할 수 있다.
네 번째 측면에 따르면, 본 발명은 기판의 융점보다 낮은 융점을 갖는 가용성 물질을 포함하는 피스로 기판을 조립하기 위한 시스템을 제안하며, 시스템은:
- 기판의 상부 표면(16)을 구조화하기 위한 이전의 어느 일곱 개의 청구항에 따르는 조립체;
- 피스(14)를 기판(11)의 표면(16)과 접촉시키기 위한 수단;
- 기판의 상부 표면(16)을 구조화하기 위한 이전의 어느 일곱 개의 청구항에 따르는 조립체;
- 피스(14)를 기판(11)의 표면(16)과 접촉시키기 위한 수단;
본 발명의 제 1 및 제 2 측면에 따른 방법 및 본 발명의 제 3 측면에 따른 조립에 대해 기술된 상이한 변형 및 장점은 제 4 측면에 따른 시스템에 준용된다.
제 5 측면에 따르면, 본 발명은 본 발명의 제 1 양태의 구조화 방법에 따라 얻어진 음의 코니시티를 갖는 상부 표면의 구조화를 갖는 기판을 제안한다.
본 발명의 제 1 및 제 2 측면에 따른 방법 및 본 발명의 제 3 및 제 4 측면에 따른 조립 및 시스템에 대해 기술된 상이한 변형 및 장점은 제 5 측면에 따른 기판에 적용된다.
제 6 측면에 따르면, 본 발명은 본 발명의 제 5 양태에 따라 기판에 형성된 도파관을 제안하며, 음의 코니시티 구조는 제 2 재료를 포함하고, 상기 제 2 재료는 상기 기판의 굴절률보다 높은 굴절률을 가지며, 상기 제 2 재료는 폴리머 재료 더욱 바람직하게는 폴리(메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate))이다.
본 발명의 제 1 및 제 2 측면에 따른 방법 및 본 발명의 제 3 및 제 4 측면에 따른 조립체 및 시스템, 및 제 5 측면에 따른 기판에 대해 기술된 상이한 변형 및 장점은 제 6 양태에 따른 도파관에 준용된다.
제 6 측면에 따르면, 본 발명은 본 발명의 제 5 양태에 따라 기판에 형성된 도파관을 제안하며, 음의 코니시티 구조는 제 2 재료를 포함하고, 상기 제 2 재료는 상기 기판의 굴절률보다 높은 굴절률을 가지며, 상기 제 2 재료는 폴리머 재료 더욱 바람직하게는 폴리(메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate))이다.
본 발명의 제 1 및 제 2 측면에 따른 방법 및 본 발명의 제 3 및 제 4 측면에 따른 조립체 및 시스템, 및 제 5 측면에 따른 기판에 대해 기술된 상이한 변형 및 장점은 제 7 양태에 따른 전기 회로에 준용된다.
장치가 공동(cavity)을 갖는 패턴을 에칭 할 수 있도록 기판의 상부 표면(upper surface)을 구조화하기 위한 제 3 양태에 따른 조립체의 용도에 있어서, 공동은:
- 상기 기판의 상기 상부 표면 상의 개구(opening)에서, 기판의 상기 상부 표면에 본질적으로 수직인 평면에 정의된 제 1 단부(first end) 및 제 2 단부(second end);
- 상기 개구의 상기 제 1 단부와 제 2 단부 사이의 거리에 의해 형성된 개구폭(opening width);
- 상기 기판의 상기 상부 표면 상의 개구(opening)에서, 기판의 상기 상부 표면에 본질적으로 수직인 평면에 정의된 제 1 단부(first end) 및 제 2 단부(second end);
형성된 패턴(17)의 공동(3)이 상기 기판을 관통하지 않도록 상기 입사 광빔을 생성시키기 위하여, 상기 상대 이동에 따라 상기 장치(100)의 상기 광원(33)의 파라미터가 정의된다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부 도면에 대한 참조가 이해되는 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기판을 구조화하기 위한 장치의 실시예를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 기판을 구조화하기 위한 장치에 포함된 광학 시스템의 실시예를 도시한다.
도 3a, 3b, 3c는 본 발명의 제 1 양태에 따라 음의 코니시티를 갖는 기판의 구조화를 가능하게 하는 단계를 도시한다.
도 4는 본 발명의 가능한 실시예에 따른 방법에 의해 얻어진 기판의 실시예를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 구조화하는 방법에 의해 얻어진 기판의 실시예를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 구조화하는 방법에 의해 얻어진 기판의 실시예를 도시한다.
본 발명은 특정 실시 예 및 도면을 참조하여 설명되지만, 본 발명은 이들에 의해 제한되지 않는다. 설명된 도면 또는 도면은 단지 개략적인 것이며 제한적인 것은 아니다. 본 문서의 맥락에서, 용어 "제1"및 "제2"는 상이한 요소를 구별하기 위해서만 사용되며 이들 사이의 순서를 의미하지는 않는다. 도면에서, 동일하거나 유사한 요소는 동일한 참조를 가질 수 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따른 구조화 방법은 기판(substrate)(11)의 표면에 대한 법선(normal)(106)과 관련하여 바람직하게는 1 도 보다 큰 조사각(angle of attack)(107)을 갖는 광빔(light beam)(7)을 갖는 기판(11)의 표면을 구조화 및/또는 기계 가공할 수 있다. 상이한 광학 시스템(optical system)(2)은 상이한 실시 예에서 기판(11)의 상부 표면(upper surface)(16)에 대한 법선(106)과 관련하여 광빔(7)의 조사각(angle of attack)(107)을 변화시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 실시 예는 이동 가능한 미러(movable mirror)(19)을 사용하여 광학 시스템(2)에 의해 출사 광빔(outgoing light)(1)과 관련하여 출사 광빔(7) 오프셋(offset)을 얻을 수 있게 한다. 예를 들어, 법선(26)을 갖는 이동 가능한 미러(19)은 2 차원 또는 3 차원 공간에서 궤적을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예는 이동 장치(movement device)(60)에 의해 포커싱 된 출사 광빔(7)에 대한 기판의 이동에 의한 조사각(107)를 기판(11)에 부과할 수 있게 한다. 예를 들어, 다른 실시 예는 광학 시스템(2)에 의해 입사 광빔(1)에 대한 출사 광빔(7)의 오프셋에 의하여 및 출사 광빔(7)과 관련하여 이동 시스템(60)에 의해 기판(11)을 이동시킴으로써 1도보다 큰 조사각(107)를 부과할 수 있다.
도 1은 본 발명의 구조화하는 장치(device)(100)의 가능한 실시 예의 도면을 도시한다. 구조화하는 장치(100)는 바람직하게는 레이저 소스 인 광원(light source)(33), 및 더 바람직하게는 입사 광빔(1)을 생성하는 펄스 레이저 소스(pulsed laser source)를 포함한다. 구조화하는 장치(100)는 입사 광빔(1)으로부터 상기 입사 광빔(1)과 관련하여 공간적으로 오프셋 된 출사 광빔(7)을 얻을 수 있는 광학 시스템(optical system)(2)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 출사 광빔은 예를 들어 포커싱 렌즈 인 포커싱 수단(focusing means)(9)을 통과함으로써 기판(11)에 포커싱 된다. 　수렴 렌즈(converging lens)는 예를 들어 대칭 양면 볼록(symmetrical biconvex), 비대칭 양면 볼록(asymmetrical biconvex), 평면 볼록(plan-conve) 또는 수렴 메니스커스 타입(converging meniscus type)이다. 수렴 렌즈는 구형 인 것이 바람직하다. 장치(100)는 또한 기판(11)을 이동시키기 위한 이동 수단(movement means)(60)을 포함한다. 기판(11)은 기판(11)이 출사 광빔(7)에 대해 상대적으로 위치될 수 있게 하는 이동 장치(movement device)(60) 상에 위치된다. 광학 시스템(2)은 포커싱 수단(9)을 통과하기 전에 출사 광빔(7)이 회전될 수 있게 한다. 따라서, 포커싱 수단(9)을 통과하기 전에 출사 광빔(7)은 그 회전 운동 동안의 위치에 관계없이 항상 자신과 평행하다. 실제로, 광학 시스템은 출사 광빔(7)의 측면 오프셋이 항상 그 자체와 평행하도록 할 수 있다. 출사 광빔(7)에 수직인 출사 광빔(7)의 입구의 평면을 고려하면, 회전 운동 동안이 평면에 출사 광빔(7)의 투영은 바람직하게는 원을 나타낸다. 출사 광빔(7)은 포커싱 수단(9)을 통과한 후 세차 운동(precession movement)을 나타낸다. 출사 광빔(7)은 가공되거나 구조화될 기판(11)상의 포인트(point), 작은 표면에서 한 스폿(spot)에 포커싱 된다.
본 발명의 제 1 양태에 따른 구조화 방법은 기판(substrate)(11)의 표면에 대한 법선(normal)(106)과 관련하여 바람직하게는 1 °보다 큰 조사각(angle of attack)(107)을 갖는 광빔(light beam)(7)을 갖는 기판(11)의 표면을 구조화 및/또는 기계 가공할 수 있다. 상이한 광학 시스템(optical system)(2)은 상이한 실시 예에서 기판(11)의 상부 표면(upper surface)(16)에 대한 법선(106)과 관련하여 광빔(7)의 조사각(angle of attack)(107)을 변화시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 실시 예는 이동 가능한 미러(movable mirror)(19)을 사용하여 광학 시스템(2)에 의해 출사 광빔(outgoing light)(1)과 관련하여 출사 광빔(7) 오프셋(offset)을 얻을 수 있게 한다. 예를 들어, 법선(26)을 갖는 이동 가능한 미러(19)은 2 차원 또는 3 차원 공간에서 궤적을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예는 이동 장치(movement device)(60)에 의해 포커싱 된 출사 광빔(7)에 대한 기판의 이동에 의한 조사각(107)를 기판(11)에 부과할 수 있게 한다. 예를 들어, 다른 실시 예는 광학 시스템(2)에 의해 입사 광빔(1)에 대한 출사 광빔(7)의 오프셋에 의하여 및 출사 광빔(7)과 관련하여 이동 시스템(60)에 의해 기판(11)을 이동시킴으로써 1도보다 큰 조사각(107)를 부과할 수 있다.
도 1은 본 발명의 구조화하는 장치(device)(100)의 가능한 실시 예의 도면을 도시한다. 구조화하는 장치(100)는 바람직하게는 레이저 소스 인 광원(light source)(33), 및 더 바람직하게는 입사 광빔(1)을 생성하는 펄스 레이저 소스(pulsed laser source)를 포함한다. 구조화하는 장치(100)는 입사 광빔(1)으로부터 상기 입사 광빔(1)과 관련하여 공간적으로 오프셋 된 출사 광빔(7)을 얻을 수 있는 광학 시스템(optical system)(2)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 출사 광빔은 예를 들어 포커싱 렌즈 인 포커싱 수단(focusing means)(9)을 통과함으로써 기판(11)에 포커싱 된다. 　수렴 렌즈(converging lens)는 예를 들어 대칭 양면 볼록(symmetrical biconvex), 비대칭 양면 볼록(asymmetrical biconvex), 평면 볼록(plan-conve) 또는 수렴 메니스커스 타입(converging meniscus type)이다. 수렴 렌즈는 구형 인 것이 바람직하다. 장치(100)는 또한 기판(11)을 이동시키기 위한 이동 수단(movement means)(60)을 포함한다. 기판(11)은 기판(11)이 출사 광빔(7)에 대해 상대적으로 위치될 수 있게 하는 이동 장치(movement device)(60) 상에 위치된다. 광학 시스템(2)은 포커싱 수단(9)을 통과하기 전에 출사 광빔(7)이 회전될 수 있게 한다. 따라서, 포커싱 수단(9)을 통과하기 전에 출사 광빔(7)은 그 회전 운동 동안의 위치에 관계없이 항상 자신과 평행하다. 실제로, 광학 시스템은 출사 광빔(7)의 측면 오프셋이 항상 그 자체와 평행하도록 할 수 있다. 출사 광빔(7)에 수직인 출사 광빔(7)의 입구의 평면을 고려하면, 회전 운동 동안이 평면에 출사 광빔(7)의 투영은 바람직하게는 원을 나타낸다. 출사 광빔(7)은 포커싱 수단(9)을 통과한 후 세차 운동(precession movement)을 나타낸다. 출사 광빔(7)은 가공되거나 구조화될 기판(11)상의 포인트(point), 작은 표면에서 한 스폿(spot)에 포커싱 된다.
도 1에서, 출사 광빔(7) 상에 광학 시스템(2)에 의해 부과된 회전 운동은 바람직하게는 세차 운동 축(precession axis)이라 불리는 축(106) 주위에서 생성된다. 출사 광빔(7)의 세차 운동이 생성되는 축은 바람직하게는 포커싱 수단(9)의 광축(optical axis)(106)과 정렬된다. 따라서, 출사 광빔(7)은 포커싱 수단(9)의 광축(106)을 중심으로 한 포인트, 작은 점 또는 작은 표면에 포커싱 된다. 포커싱 수단(9)에 의한 출사 광빔(7)의 포커싱은 수렴 렌즈의 이미지 포커스에 대응하는 수렴 렌즈로 구성된 포커싱 수단(9)의 광축(106)상의 거리에 위치된 포인트, 스폿 또는 작은 포커싱 표면에서 수행된다. 예를 들어, 기판(11)의 상부 표면(16)을 구조화하기 위해, 수렴 렌즈는 그 이미지 포커스가 기판(11)의 상부 표면(16)에 있도록 위치된다. 원하는 구조화 또는 기계 가공의 깊이에 따라,(포커싱 수단의) 수렴 렌즈의 이미지 초점은 기판(11)의 상부 표면(16) 아래로 더 이동될 수 있다. 예를 들어, 기판(11)을 통한 구조화 또는 에칭의 경우, 포커싱 수단(9)의 이미지 포커스는 기판(11)의 깊이로 이동된다. 포커싱 수단(9)의 이미지 포커스의 정확한 위치 설정은 매우 직선이고 예리한 에지를 갖는, 즉 예를 들어 리 캐스트 부품없이 구조화 또는 에칭을 얻을 수 있게 한다.
예를 들어, 포커싱 수단(9)에 포함된 수렴 렌즈는 10mm 내지 160mm, 보다 바람직하게는 20mm 내지 100mm의 초점 거리를 갖는다. 예를 들어, 수렴 렌즈는 80mm, 50mm 또는 30mm의 초점 거리가 되도록 교환할 수 있다. 예를 들어, 포커싱 수단(9)에 포함된 텔레센트릭 렌즈는 10 mm 내지 160 mm, 보다 바람직하게는 20 mm 내지 100 mm의 초점 길이를 갖는다. 예를 들어, 텔레센트릭 렌즈는 편향 수단이 광학 시스템(2)과 포커싱 수단(9) 사이에 위치될 때 사용된다.
주어진 포커싱 수단(9)의 수렴 렌즈의 초점 거리에 대해, 포커싱 수단(9)을 통과하기 전에 출사 광빔(7)의 측면 오프셋의 진폭은 기판(11)의 상부 표면(16)의 법선(106)으로 출사 광빔(7)의 조사각(107)를 변경할 수 있게 한다. 이러한 조건에서, 측면 오프셋의 진폭이 증가하면 조사각(107)의 값이 더 높아진다. 조사각(107)은 바람직하게는 3도 내지 10도로 구성된 조사각(107)를 갖는다. 원하는 조사각과 원하는 구조 또는 가공의 정밀도에 따라 수렴 렌즈의 초점 거리를 조정할 수 있다. 초점 거리가 80 mm 인 수렴 렌즈는, 예를 들어 약 5도의 최대 조사각(107)를 가능하게 하고, 최대 크기가 1000 μm이고 최소 크기가 90μm 인 구조 또는 홀(hole)의 기판(11)의 위치를 실현할 수 있게 한다. 초점 거리가 50mm 인 수렴 렌즈는, 예를 들어 약 7 도의 최대 조사각(107)를 가능하게 하고, 최대 크기 500 μm 및 최소 크기 60μm를 갖는 구조화 또는 홀의 기판(11)의 위치를 실현할 수 있게 한다. 초점 거리가 30mm 인 수렴 렌즈는, 예를 들어 약 10도의 최대 조사각(107)을 가능하게 하며, 최대 크기가 200 μm이고 최소 크기 40μm를 갖는 구조화 또는 홀의 기판(11)의 위치를 실현할 수 있게 한다. 포커싱 수단의 선택 및 수렴 렌즈의 경우, 그 초점 길이는 기판(11)의 상부 표면(16)으로부터 오는 법선(106)으로 출사 광빔(7)의 조사각(107)를 변경할 수 있게 한다.
이동 수단(movement means)(60)은 예를 들어 컴퓨터에 의해 제어되는 수치 제어식 이동 수단(numerically-controlled movement means)이다. 이동 수단(60)은 예를 들어 5 개의 축에 따라 병진 이동을 가능하게 한다. 회전 가능한 미러(mirror)(19)를 갖는 광학 시스템(2)의 구성에서, 가공 또는 구조화될 기판의 위치와 무관하게 미러의 각도 위치를 갖는 미러의 연속 회전을 정의하는 것이 가능하다. 기판(11)의 특정 위치에 대해 투사각(107)으로 기판(11)을 가공 또는 구조화할 수 있도록 가공 또는 구조화될 기판의 위치에 따라 미러(19)의 각도 위치를 부과하는 것도 가능하다. 이동 수단(60)에는 기판 홀더(59)가 위치된다. 기판 홀더(59)는 이동 수단(60)과 관련하여 기판의 양호한 유지를 가능하게 한다. 기판 홀더(59)는 이동 수단(60)에 의해 유도된 병진 이동을 기판(11)으로 양호하게 전달할 수 있게 한다.
광원(33)은 바람직하게는 258nm, 266nm, 343nm, 355nm, 515nm, 532nm, 1030nm 및 1064nm의 파장을 가질 수 있는 단색 레이저 광원이다. 본 발명에 따른 장치(100)는 250 nm 내지 1100 nm 범위의 다른 파장으로 제한되지 않고 언급된 파장의 사용을 가능하게 한다.
도 2는 장치(100), 특히 광학 시스템(2) 및 이동 장치(60)의 실시 예의 예를 도시한다. 도 2에 도시된 광학 시스템의 실시 예에서, 입사 광빔(1)은 광원(33)에 의해 생성되고 바람직하게는 광학 시스템(2)으로 들어가기 전에 광학 시스템(2) 외부로 이동하는 반면, 투사 광빔(4)은 광학 시스템(2) 내부에서만 이동한다. 투사 광빔(4)은 입사 광빔(1)을 편향시킴으로써 또는 입사 광빔(1)을 편향시키지 않고 얻어질 수 있다. 도 2의 실시 예에서, 입사 광빔(1)과 투사 광빔(4)은 동일한 선형 궤적 상에 있다. 광학 시스템(2)은 투사 광빔(4)의 반사에 의해 반사된 제 1 광빔을 얻을 수 있는 미러(19)을 포함한다. 광학 시스템(2)은 또한 미러(19)상의 제 1 반사 광빔(23)을 재지향(redirect)시킬 수 있는 역-반사 시스템(retro-reflection system)(21)을 포함한다. 다른 말로, 미러(19)을 향한 제 2 투사 광빔(8)은 역-반사 시스템(21)을 통해 제 1 반사 광빔(23)을 통과시킴으로써 얻어진다. 이어서, 제 2 투사 광빔(8)은 미러(19)에 의해 반사되어 출사 광빔(7)을 형성한다. 광학 시스템(2)은 포커싱 수단(9)의 상류로 입사 광빔(1)의 방향에 평행하게 유지되면서, 출사 광빔(7)이 입사 광빔(1)에 대하여 공간적으로 오프셋 될 수 있도록 구성된다. 도 2에 표시된 예에서, 입사 광빔(1)과 출사 광빔(7)은 횡 방향으로 오프셋 되어 있다. 도 2에서, 미러(19)는 회전축(5)을 중심으로 완전히 회전할 수 있고 구동 수단(6)은 미러(19)가 회전축(5)을 중심으로 회전할 수 있게 한다. 장치(100)의 광학 시스템(2)은 미러(19)에 대한 제 1 투사 광빔(4) 및 법선(26)이 이동 가능한 미러(19)의 모든 가능한 위치 및 방향에 대해 0도 내지 15도의 각도(15)만큼 분리되도록 구성된다. 이 각도(15)는 도면의 명확성을 위해 도 2에서 스케일링 되는 것으로 도시되지 않았다. 광학 시스템(2)은 미러(19)과 역-반사 시스템(21) 사이의 위치 변화가 입사 광빔(1)과 출사 광빔(7) 사이의 오프셋의 변화를 유도할 수 있도록 구성된다. 광학 시스템은 예를 들어 이동 판(movement plate)에 장착된다. 도 2에 도시된 실시 예에서, 이동 가능한 미러(19)의 각도 위치에 따라, 출사 광빔(7)은 다른 궤적을 따를 것이다. 바람직하게는 이동 가능한 미러(19)의 각 위치에 대해 얻어진 출사 광빔(7)의 궤적은 평행하다. 광학 시스템(2)은 또한 출사 광빔(7)을 기판(11)에 포커싱하기 위한 하나 이상의 포커싱 수단(9)을 포함한다. 포커싱 수단(9)의 상류에서 미러(19)의 회전에 의해 생성된 출사 광빔(7)의 회전 운동은 포커싱 수단(9)의 하류로의 출사 광빔(7)의 세차 운동을 생성할 수 있게 한다. 출사 광빔(7)의 세차 운동은 바람직하게는 구조화되거나 기계 가공될 기판(11)상의 포인트, 스폿 또는 작은 표면에서 생성된다. 세차 운동은 원의 일부를 나타내는 화살표로 도 2, 3a, 3b 및 3c에 도시되어 있다. 마지막으로, 장치는 출사 광빔(7)과 관련하여 기판(11)을 상대적으로 이동할 수 있게 하는 이동 수단(60)을 포함한다. 이동 수단(60)은 예를 들어 방향(101, 102 및 103)에 따라 기판을 이동시킬 수 있다. 방향(101, 102 및 103)은 바람직하게는 3 차원 직교 좌표계(three-dimensional Cartesian coordinate system)를 정의한다.
이동 가능한 미러(movable mirror)(19)의 회전을 가능하게 하는 구동 수단(drive means)(6) 외에, 이동 가능한 미러(19)의 병진 운동을 부과하기 위한 수단 및/또는 이동 가능한 미러(19)의 경사를 변경하기 위한 수단이 존재할 수 있다(미러(19)는 2 개 이상의 평행하지 않은 방향으로 기울어질 수 있고 미러(19)의 경사를 변경할 수 있는 구동 수단이며, 이들 구동 수단은 예를 들어 압전 시스템이다). 미러(19)의 병진 운동과 회전 운동을 결합하는 점은 미러(19)과 역-반사 시스템(21) 사이의 상대적인 회전 운동에 의해, 포커싱 수단(9)의 하류로의 출사 광빔(7)의 세차 운동, 그리고, 미러(19)과 역-반사 시스템(21) 사이의 상대 병진 이동에 의해, 기판(11)과의 조사각(107)를 변경한다. 구동 시스템의 예는 전기 모터, 브러시리스 모터이다.
광학 시스템(2)에 포함된 역-반사 시스템(21)은 예를 들어 도브 프리즘(Dove prism) 및 직각 이등변 프리즘(angled isosceles prism)을 포함한다. 역-반사 시스템의 다른 실시 예는, 예를 들어 도브 프리즘, 직각 이등변 프리즘, 반파 블레이드, 지붕 프리즘 및 편광 반-반사 미러를 포함한다.
도 3a, 3b 및 3c는 포커싱 수단(9)의 하류로의 세차 운동 동안 광학 시스템(2)으로부터 3 개의 상이한 위치에서 출사 광빔(7)을 도시한다. 도 3a, 3b 및 3c는 포커싱 수단(9)의 상류(upstream)에 있는 포커싱 수단(9)의 광학 중심(optical centre)(106) 주위에 공간적으로 오프셋 된 출사 광빔(7)을 생성할 수 있는 광학 시스템(2)을 도시한다. 포커싱 수단(9)은 예를 들어 수렴 렌즈이다. 수렴 렌즈의 상류에서, 도 3a는 수렴 렌즈의 광학 중심의 좌측으로 출사 광빔(7) 오프셋을 도시하고, 도 3b는 수렴 렌즈의 광학 중심(106)의 앞뒤로 오프셋 되는 출사 광빔(7)을 도시하고, 도 3c는 광학 중심(106)의 오른쪽으로 오프셋 되는 출사 광빔(7)을 도시한다. 바람직하게는, 도 3b에 도시된 광학 중심(106)에 대한 전방 또는 후방 오프셋은 도 3a 및 3c의 광학 중심(106)으로부터의 왼쪽 또는 오른쪽 오프셋과 동일한 거리에 해당한다. 　바람직하게는, 수렴 렌즈(9)의 상류 표면에서 출사 광빔(7)에 의해 나타내는 투영은 원형이다. 바람직하게는 수렴 렌즈(9)의 상류 표면에서 출사 광빔(7)에 의해 나타내는 원의 중심은 수렴 렌즈(9)의 광학 중심과 일치한다.
도 3a, 3b 및 3c는 수렴 렌즈상의 출사 광빔(7)의 위치가 출사 광빔(7)의 조사각(107)를 변경하여 기판(11)의 상부 표면(16)에 대한 법선(106)으로 변경될 수 있음을 보여준다. 출사 광빔(7)의 조사각(107)는 수렴 렌즈의 선택 및 수렴 렌즈의 광학 중심에 대한 출사 광빔의 측면 오프셋에 의해 제어된다. 렌즈의 상류로의 출사 광빔(7)의 회전 운동은 선택될 수 있는 조사각을 갖는 수렴 렌즈(9)의 하류로 세차 운동을 생성할 수 있게 한다. 선택된 조사각(107)에 따라, 기판(11)은 제어된 코니시티로 구성되거나 기계 가공된다. 조사각(107)의 제어는 예를 들어 제로 코니시티로 구조화 또는 기계 가공을 얻기 위해 레이저 빔의 에너지 분포를 보상할 수 있게 한다. 조사각(107)의 제어는 예를 들어 음의 코니시티로 구조화 또는 기계 가공을 얻기 위해 레이저 빔의 에너지 분포를 보상할 수 있게 한다.
도 3a, 3b 및 3c는 음의 코니시티 구조, 홀 또는 기계 가공을 가능하게 하는 포커싱 된 출사 광빔(7)의 위치를 도시한다. 음의 코니시티는 예를 들어, 기판(11)의 상부 표면(16)에 대한 법선(106)에 의해 나타나는 음의 코니시티 각도(negative conicity angle)(108) 및 포커싱 된 출사 광빔(7)에 의해 구조화되거나 기계 가공된 부분의 에지를 특징으로 한다. 예를 들어 기판을 구조화하거나 가공할 때, 수렴 렌즈(9)의 위치는 렌즈의 이미지 초점의 위치를 변경하고 따라서 출사 광빔(7)의 점, 스폿 또는 작은 초점 표면을 변경하기 위해 기판의 상부 표면(16)에 대해 변경된다. 구조화의 깊이는 예를 들어, 세차의 속도, 각 광 펄스 사이의 간격, 각 광 펄스의 에너지 양, 광빔의 파장, 기판의 흡수 계수, 기판의 물리적 특성 ?? 에 의해 비 배타적인 방식으로 정의된다.
도 4는 본 발명의 제 2 양태에 따른 실시 예에 따라 구조화된 기판을 도시한다. 도 4는 본 발명에 따른 방법에 따라 형성된 그루브(groove)(17) 형태의 2 개의 평행한 구조 또는 패턴(17)을 도시한다. 이들 그루브(17)는 방법에 따라, 특히 다음 단계: a) 장치(100)를 제공하는 단계; b) 포커싱 된 출사 광빔(7)과 관련하여 이동 장치(60)에 의해 이동될 수 있도록 기판(11)을 제공하는 단계; c) 상부면(16)으로부터 기판(11)을 에칭 할 수 있는 입사 광빔(1)을 광원(33)으로 생성하는 단계; d) 입사 광빔(1)이 광학 시스템(2)을 통과한 다음 포커싱 수단(9)을 통해, 기판(11)의 상부 표면(16)과 관련하여 세차 운동을 나타내는 포커싱 된 출사 광빔(7)을 생성하는 단계; e) 상기 기판(11)의 상부 표면(16)으로부터 패턴(17), 특히 그루브(17)를 에칭 하기 위해 이동 장치(60)에 의한 세차 운동을 나타내는 포커싱 된 출사 광빔(7)에 대하여 기판(11)을 상대적으로 이동시키는 단계 - 그루브(17)는 기판(11)의 상부 표면(16)에서 개구(4)를 통해 개구되는 공동(3)을 포함하여 형성되는 - 를 수행함으로써 형성된다.
도 4와 5에서, 각각의 패턴 또는 형성된 그루브(17)은 공동(3) 및 측벽(side wall)(8)을 포함하며, 실질적으로 상부 표면(16)에 수직인 평면으로 나타나는 공동(3)는, 개구(4)에서 기판(11)의 상부 표면(16)상의 개구(51)에서 상부 표면(16)과 측벽(side wall)(8) 사이의 교차점에 의해 정의되는 제1 단부(51) 및 제2 단부(52)를 포함한다. 개구(4)의 제 1 단부(51)와 제 2 단부(52) 사이의 거리에 의해 개구폭(opening width)(5)을 정의하는 것이 가능하다. 공동(3)의 최대폭(maximum width)(6)은 기판(11)의 상부 표면(16)과 평행하므로, 공동(3)의 최대폭(6)은 공동의 측벽(8)과 함께 최대폭(6)의 제 1 단부(61) 및 제 2 단부(62)를 정의한다. 공동(3)의 최대 깊이(maximum depth)(7)는 또한 기판(11)의 상부 표면(16)과 관련하여 그루브(17)의 깊이 또는 구조화(17)로서 나타낼 수 있다. 도 4 및 5에서, 공동(3)의 개구폭(5)은 공동(3)의 최대폭(6)보다 절대적으로 작다. 공동(3)은 그루브(17) 또는 표면 구조로서 도 4에 도시된 공동이다. 최대폭(6)보다 작은 공동(3)의 개구폭(5) 또는 표면 아래의 폭을 갖는 그루브 또는 구조물을 음의 코니시티 그루브 또는 구조물이라 한다.
그루브(17)의 벽(8)과 법선(106) 사이에서 기판(11)의 상부 표면(16) 사이에 나타나는 음의 코니시티 각도(108)는 표면의 구조화를 정의할 수 있게 한다. 각도(108)가 0과 같거나 매우 근접할 때 그루브의 0의 코니시티를 얻는 것이 또한 가능하다. 양의 코니시티는 또한 본 발명의 장치 및 방법에 의해 얻어질 수 있다.
구조화의 개구(4)의 폭(5)은 바람직하게는 1 mm 내지 10 μm, 보다 바람직하게는 500 μm 내지 30 μm, 더욱 바람직하게는 150 μm 내지 50 μm로 구성된다. 구조화의 최대폭(6)은 바람직하게는 1.1 mm 내지 15 μm, 보다 바람직하게는 550 μm 내지 45 μm, 더욱 바람직하게는 200 μm 내지 60 μm로 구성된다.
홈은 1㎛ 내지 2mm, 더욱 바람직하게는 5 내지 500㎛, 더욱 더 바람직하게는 10 내지 200㎛의 깊이(7)를 갖는다. 본 발명자들은 이 마지막 깊이 간격(depth interval)(7)이 구조화된 기판(11)을 제 2 재료로 접착하기에 최적이라는 것을 발견했다. 50㎛ 내지 150㎛의 깊이(depth)(7)가 특히 바람직하다.
도 6은 본 발명의 특정 실시 예를 위해 형성된 그루브의 예를 도시한다. 도 6은 기판(11)의 상부 표면(16)에 본질적으로 직각인 평면에서 그루브가 형성되고 공동(3)을 포함하는 것을 도시한다. 이들 형성된 그루브는 변할 수 있는 폭을 갖지만 바람직하게는 기판(11)의 상부 표면(16)에 대한 법선(106)과 관련하여 0이 아닌 코니시티 각도(108)를 갖는다. 다른 실시 예에서, 이들 그루브는 기판의 두께에서 일정한 폭을 가지며, 기판(11)의 상부 표면(16)에 대한 법선(106)과 관련하여 0이 아닌 코니시티 각도(108)를 갖는다. 법선(106)에 대해 각진 이들 그루브는 법선(106)의 방향으로, 기판의 상부 표면(16) 아래에 위치한 공동(3)의 일부와 개구(4) 아래에 위치한 공동의 일부를 갖는다. 두께에서 폭(5) 인 상부 표면(16)에 관련된 각이 형성된 다수의 그루브가 도 6에 도시된 바와 같이, 즉 절단면에서 서로에 대해 대칭을 가짐으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 그루브에 대해, 모든 제 2 그루브는 절단 계획에서 동일한 배향을 갖는다. 이들 각진 그루브의 형성은 예를 들어, 이동 가능한 미러(19)을 요구하는 광학 시스템(2) 및 간단한 미러 일 수 있는 방향 전환 시스템(redirection system)을 필요로 한다. 이러한 그루브는 예를 들어 도 4에 도시된 그루브에 의해 얻어진 것과 비교되는 제 2 재료를 갖는 조립 특성을 얻을 수 있게 한다. 실제로, 도 6에 도시된 그루브는 도 4에 도시된 그루브의 기계적 앵커링 특성의 분해로 볼 수 있다. 제 2 재료의 기계적 앵커링은 개구(4) 아래뿐만 아니라 기판의 표면 아래에 존재하는 제 2 재료에 의해 생성된다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같은 각진 그루브는 이들이 충분히 가깝다면, 도 4의 그루브에 의해 생성된 것과 유사한 제 2 재료의 기계적 앵커링 효과를 얻을 수 있게 한다. 법선(106)을 갖는 각진 그루브의 벽(8)의 각도는 바람직하게는 0이 아니며, 보다 바람직하게는 0도 내지 30도, 더욱 바람직하게는 1도 내지 20도이다. 예를 들어, 각진 그루브는 이들 그루브를 따라 변할 수 있고 원뿔형 프로파일(conical profile)을 가질 수 있는 개구폭(5)을 갖는다. 기판(11)의 상부 표면(16)에 2 개 또는 그 이상의 공동(3)의 형성은 제 2 재료의 양호한 기계적 앵커링을 얻고 기계적 테스트 동안 제 2 재료에서 응집성 파열(cohesive rupture)을 얻을 수 있는 구조물의 생성을 가능하게 한다.
구조화된 기판의 그루브에 제 2 재료를 도입함으로써, 도파관을 생성할 수 있다. 이어서, 제 2 재료는 기판의 상부 표면에 의해 음의 코니시티 구조로 삽입된다. 바람직하게는, 제 2 물질은 음의 코니시티 구조 내에서 중합되는 중합체이다. 제 2 재료는 기판의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는다. 제 2 재료는 중합체 재료, 및 보다 바람직하게는 폴리(메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate))를 포함한다. 금속, 유리, 세라믹 또는 중합체 재료를 포함하는 기판은 예를 들어 제 2 재료와 조합하여 사용될 수 있다. 제 2 재료를 포함하는 음의 코니시티 구조화는 제어된 방식으로, 즉 구조화에 대해 종 방향으로 전자기파의 전달을 가능하게 한다. 구조화는 예를 들어 직선이거나 곡선 또는 둘 다를 설명한다. 다른 광학 장치와 도파관의 광학적 결합은 기판의 측면 중 하나에서 수행될 수 있다. 두 번째 재료로 채워진 음의 코니시티 구조는 광섬유를 통한 다중 반사(기판(11)과 제 2 재료 사이의 계면 및 제 2 재료와 공기 사이의 표면)에 의해 파동의 전파를 가능하게 한다.
본 발명의 제 3 양태에 따른 기판(11)을 포함하는 전기 회로는 음의 코니시티 구조에 전도성 재료를 삽입함으로써 형성된다. 전도성 물질은 예를 들어 200 nm 내지 2000 nm의 파장 범위에서 기판(11)의 흡수 계수보다 높은 흡수 계수를 갖는다. 전도성 재료는 예를 들어 주석이며, 이는 기판(11)보다 융점이 낮다. 기판은 높은 전기 저항을 갖는 재료이다. 전도성 재료는 예를 들어 음의 코니시티 구조화를 적어도 부분적으로 채우기 위해 음의 코니시티 구조화 내부에서 용융 및 주조된다.
바람직하게는 기판(11)은 전기 절연성, 즉 전기 전도성 요소를 서로 전기적으로 절연할 수 있다. 예를 들어, 점성 상태의 전도성 물질은 모세관 작용에 의해 도입된다. 기판(11)은 예를 들어 절연 특성 및 기계적 유연성을 위해 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET) 또는 폴리(에틸렌 나프탈레이트)(PEN) 유형의 투명 재료이다. 가요성 재료는 최소 직경 1cm의 원통형 지지대를 감쌀 수 있는 재료이다. 가요성 재료는 롤-투-롤(roll-to-roll)의 연속적인 증착 프로세스에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판은 베이클라이트(bakelite)로 만들어진다. 예를 들어, 음의 코니시티의 개구(4)를 통해 전도성 물질과 접촉하는 전기적으로 연결될 구성 요소를 부착하고 원하는 위치에서 전도성 물질을 가열 레이저로 국부적으로 가열함으로써 전기적 연결이 이루어질 수 있다. 가열 레이저는 예를 들어 투명 기판을 통해 투과된다. 전도성 재료는 바람직하게는 금속, 주석 또는 금속 입자를 포함한다.
본 발명은 또한 다음과 같이 설명될 수 있다. 기판(11)을 구조화하는 방법에 관한 것으로, 방법은: 광원(21), 입사 광빔(8)에 대해 공간적으로 오프셋 된 출사 광빔(7)을 획득하기 위한 광학 시스템(3), 및 이 공간 오프셋을 변경하기에 적합한 출사 광빔(7)을 포커싱 하기 위한 포커싱 수단(9), 기판 홀더, 출사 광빔(7)과 기판(11) 사이의 이동을 발생시키기 위한 이동 장치(60)을 포함하는 장치(2)를 제공하는 단계, 기판(11)을 기판 홀더 상에 제공하고 배치하는 단계, 광학 시스템(3)에 의해 부과된 출사 광빔(7)과 입사 광빔(1) 사이의 공간적 오프셋에 대해 1도 보다 큰 조사각(107)을 갖는 포커싱 된 출사 광빔(7)으로 기판(11)을 에칭 하는 단계를 포함한다.

Claims (26)

  1. 상부 표면(16) 및 하부 표면을 갖는 기판(11)을 구조화하는 방법에 있어서,
    a) 다음을 포함하는 장치(100)를 제공하는 단계:
    - 상기 기판(11)의 상기 상부 표면(16)을 기계 가공할 수 있는 구조화하는 입사 광빔(1)을 생성하기 위한 광원(33);
    - 상기 입사 광빔(1)으로부터 상기 입사 광빔(1)과 관련하여 공간적으로 오프셋 된 출사 광빔(7)을 획득하기 위한 광학 시스템(2) - 상기 광학 시스템(2)은 상기 입사 광빔(1)과 상기 출사 광빔(7) 사이의 공간 오프셋을 변경할 수 있는 -;
    - 상기 출사 광빔(7)을 포커싱 하기 위한 포커싱 수단(9);
    - 기판 홀더(59);
    - 상기 출사 광빔(7)과 상기 기판 홀더(59) 사이에 상대 이동(41)을 생성시키기 위한 이동 장치(60);
    b) 상기 포커싱 수단(9)을 향해 법선(106)을 특징으로 하는 상부 표면(16)을 가지도록 상기 기판 홀더(59) 상에 상기 기판(11)을 제공하고 배치하는 단계;
    c) 상기 광원(33)으로 상기 입사 광빔(1)을 생성하는 단계;
    d) 상기 입사 광빔(1)으로부터, 상기 입사 광빔(1)이 광학 시스템(2)을 통과하고, 다음에 포커싱 수단(9)을 통해서, 상기 출사 광빔의 포커싱 포인트에서, 상기 광학 시스템(2)에 의해 부과된 입사 광빔(1)과 출사 광빔(7) 사이의 어떠한 공간적 오프셋에 대하여, 1도보다 큰 조사각(107)의 상기 기판의 상기 상부 표면(16)의 상기 법선(106)으로 나타내는 포커싱 된 출사 광빔(7)을 생성하는 생성시키는 단계; 및
    e) 상기 기판(11)의 상부 표면(16)으로부터 패턴(17)을 에칭하기 위해 상기 기판(11)을 지지하는 상기 기판 홀더(59)와 상기 포커싱된 출사 광빔(7) 사이의 상대 이동을 개시하는 단계 - 형성된 패턴(17)은 기판(11)의 상부 표면(16)에서 개구(4)를 통해 개구되는 기판(11) 내의 공동(3)을 포함함 -
    를 포함하고,
    형성된 패턴(17)의 공동(3)가 상기 기판(11)의 상기 상부 표면(16)과 상기 하부 표면 사이에서 관통되지 않도록, 상기 입사 광빔을 생성시키기 위해 단계 e)에서 시작된 상기 상대 이동에 따라서 상기 광원(33)의 파라미터를 정의하는
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판(11)과 상기 출사 광빔(7) 사이의 상기 상대 이동은,
    포커싱 된 출사 광빔(7)은 1cm²보다 큰 면적을 갖는 본질적으로 평평한 표면상의 상부 표면(16)으로부터 패턴(17)을 에칭 할 수 있도록,
    상부 표면(16)에 평행한 평면에서의 상대 이동인
    방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광학 시스템(2)에 의해 부과된 상기 입사 광빔(1)과 상기 출사 광빔(7) 사이의 공간 오프셋은,
    공동(3)을 갖는 패턴을 에칭하도록 포커싱 수단(9)에 대하여 고정된 공간 오프셋이고,
    상기 공동은,
    - 상기 기판(11)의 상기 상부 표면(16)상의 개구(4)에서, 기판(11)의 상기 상부 표면(16)에 본질적으로 수직인 평면에 정의된 제 1 단부(51) 및 제 2 단부(52);
    - 상기 개구(4)의 상기 제 1 단부(51)와 제 2 단부(52) 사이의 거리에 의해 형성된 개구폭(5); 및
    - 상기 기판(11)의 두께를 따라 상부 표면(16)으로부터 본질적으로 감소하는 상기 개구폭(5)에 실질적으로 평행하게 정의된 공동폭(3)
    을 포함하는 방법.　
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광학 시스템(2)은,
    - 미러(19) - 상기 입사 광빔(1)으로부터 제 1 투사 광빔(4)으로부터의 제 1 반사 광빔(23)을 얻기 위해 법선(26)에 의해 정의된 실질적으로 평탄한 반사면을 갖고, 이동 가능함 -;
    - 상기 이동 가능한 미러(19)을 이동시키기 위한 구동 수단(6);
    - 방향전환 시스템 - 상기 제 1 반사 광빔(23)으로부터 상기 미러(19)에 제 2 투사 광빔(8)을 얻기 위하여, 상기 이동 가능한 미러(19) 상에 상기 제 2 투사 광빔(8)의 반사로부터 상기 출사 광빔(7)을 얻기 위하여, 상기 미러(19)와 관련하여 위치됨 -
    을 포함하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광학 시스템(2)은:
    - 미러(19) - 상기 입사 광빔(1)으로부터 제 1 투사 광빔(4)으로부터의 제 1 반사 광빔(23)을 얻기 위해 법선(26)에 의해 정의된 실질적으로 평탄한 반사면을 갖고, 그것의 법선(26)이 3차원 공간에서 궤적을 나타낼 수 있도록 이동 가능한 -;
    상기 미러(19)의 상기 제 1 투사 광빔(4) 및 상기 법선(26)은 상기 이동 가능한 미러(19)의 모든 가능한 위치 및 배향에 대해 0도 내지 15도의 각도(15)만큼 분리되도록 구성되는 상기 광학 시스템(2);
    - 상기 이동 가능한 미러(19)을 이동시키기 위한 구동 수단(6); 및
    - 역-반사 시스템(21) - 상기 미러(19)의 모든 위치 및 배향에 대하여 상기 제 1 반사 광빔(23)으로부터 상기 미러(19)에 제 2 투사 광빔(8)을 얻기 위하여, 상기 이동 가능한 미러(19) 상에 상기 제 2 투사 광빔(8)의 반사로부터 상기 출사 광빔(7)을 얻기 위하여, 상기 미러(19)와 관련하여 위치되는, 및 상기 이동 가능한 미러(19)의 모든 가능한 위치 및 배향에 대해 상기 제 1 반사 광빔(23)에 평행하게, 상기 미러(19) 상에 상기 제 2 투사 광빔(8)을 제공할 수 있음 -;
    을 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광학 시스템은,
    상기 미러(19)의 상기 제 1 투사 광빔(4) 및 상기 법선(26)은 상기 이동 가능한 미러(19)의 모든 가능한 위치 및 배향에 대해 0.01도 내지 10도의 각도(15)만큼 분리되도록 구성되는
    방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 조사각(107)은,
    상기 광학 시스템(2)에 의해 부과된 입사 광빔(1)과 출사 광빔(7) 사이의 어떠한 공간적 오프셋에 대하여, 1도 내지 15도인
    방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광학 시스템(2)은,
    상기 기판(11)의 상부 표면(16)과 관련하여 상기 포커싱 된 출사 광빔(7)의 세차 이동을 유도할 수 있는
    방법.
  9. 피스로 기판을 조립하는 방법에 있어서,
    패턴(17)을 포함하는 기판(11)의 구조화된 상부 표면(16)의 제 1 부분을 생성하기 위하여, 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 기판(11)의 상부 표면(16)을 구조화하는 단계;
    상기 기판(11)의 구조화된 상부 표면(16)의 제 1 부분의 융점보다 낮은 융점을 갖는 가용성 재료를 포함하는 제 2 표면 부분을 갖는 표면을 가지는 피스를 제공하는 단계;
    상기 기판(11)의 구조화된 상부 표면(16)의 제 1 부분을 피스의 표면의 제 2 부분과 접촉하도록 배치하는 단계;
    상기 기판(11)의 구조화된 상부 표면(16)의 제 1 부분과 피스의 표면의 제 2 부분 사이의 접촉을 유지하기 위해 압력을 인가하는 단계;
    용융시키기에 충분한 가용성 재료에서 온도 증가를 발생시키기 위한 히터를 제공하는 단계; 및
    가열 수단에 의해, 기판(11)의 구조화된 상부 표면(16)의 제 1 부분의 패턴(17)에서, 가용성 재료의 적어도 일부를 용융시키기에 충분한 온도에 도달하도록 가용성 재료를 가열하는 단계
    를 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 히터는,
    상기 기판(11)의 구조화된 상부 표면(16)의 제 1 부분을 조사함으로써 가열할 수 있는 레이저 빔을 생성할 수 있는 레이저이고,
    상기 피스는,
    빔에 대해 적어도 부분적으로 투명인
    방법.
  11. 조립체에 있어서,
    상부 표면(16) 및 하부 표면을 갖는 기판(11), 및
    상기 기판(11)을 구조화하기 위한 장치(100)
    를 포함하고,
    상기 장치(100)는,
    상기 기판(11)의 상기 상부 표면(16)을 기계 가공할 수 있는 구조화하는 입사 광빔(1)을 생성하기 위한 광원(33);
    상기 입사 광빔(1)으로부터 상기 입사 광빔(1)과 관련하여 공간적으로 오프셋 된 출사 광빔(7)을 획득하기 위한 광학 시스템(2) - 상기 광학 시스템(2)은 상기 입사 광빔(1)과 상기 출사 광빔(7) 사이의 공간 오프셋을 변경할 수 있는 -;
    상기 출사 광빔(7)을 포커싱 하기 위한 포커싱 수단(9);
    기판 홀더(59); 및
    상기 출사 광빔(7)과 상기 기판 홀더(59) 사이에 상대 이동(41)을 생성시키기 위한 이동 장치(60);
    를 포함하고,
    상기 기판(11)은,
    상기 포커싱 수단(9)을 향해 법선(106)을 특징으로 하는 상부 표면(16)을 가지도록 상기 기판 홀더(59) 상에 배치되고;
    상기 장치(100)는,
    상기 출사 광빔(7)의 포커싱 포인트에서 상기 포커싱 된 출사 광빔(7) 및 상기 기판(11)의 상기 상부 표면(16)의 상기 법선(106)이 1도 보다 큰, 상기 광학 시스템(2)에 의해 부과된 입사 광빔(1)과 출사 광빔(7) 사이의 어떠한 공간적 오프셋에 대한 조사각(107)에 의하여 분리되도록 구성되고,
    상기 광원(33)의 파라미터는,
    형성된 패턴(17)의 공동(3)가 상기 기판(11)의 상기 상부 표면(16)과 상기 하부 표면 사이에서 관통되지 않도록, 상기 입사 광빔을 생성시키기 위해 상기 상대 이동에 따라서 정의하는
    조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 이동 장치(60)는,
    포커싱 된 출사 광빔(7)은 1cm²보다 큰 면적에서 상기 출사 광빔(7)과 상기 기판(11) 사이의 상기 상대 이동을 생성할 수 있고,
    상기 상대 이동은,
    상부 표면(16)에 평행한 평면에서 생성되어, 포커싱 된 출사 광빔(7)은 상부 표면(16)으로부터 패턴(17)을 에칭할 수 있는
    조립체.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 장치(100)는,
    상기 출사 광빔(7)의 포커싱 포인트에서 상기 포커싱 된 출사 광빔(7)과 상기 기판(11)의 상기 상부 표면(16)의 법선(106)이 1도 내지 15도의 조사각(107)만큼, 상기 광학 시스템(2)에 의해 부과된 입사 광빔(1)과 출사 광빔(7) 사이의 어떠한 공간적 오프셋에 대하여, 분리되도록 구성되는
    조립체.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 광학 시스템(2)은,
    미러(19) - 상기 입사 광빔(1)으로부터 제 1 투사 광빔(4)으로부터의 제 1 반사 광빔(23)을 얻기 위해 법선(26)에 의해 정의된 실질적으로 평탄한 반사면을 갖고, 이동 가능함 -;
    상기 이동 가능한 미러(19)을 이동시키기 위한 구동 수단(6);
    방향전환 시스템 - 상기 제 1 반사 광빔(23)으로부터 상기 미러(19)에 제 2 투사 광빔(8)을 얻기 위하여, 상기 이동 가능한 미러(19) 상에 상기 제 2 투사 광빔(8)의 반사로부터 상기 출사 광빔(7)을 얻기 위하여, 상기 미러(19)와 관련하여 위치됨 -.
    또는,
    미러(19) - 상기 입사 광빔(1)으로부터 제 1 투사 광빔(4)으로부터의 제 1 반사 광빔(23)을 얻기 위해 법선(26)에 의해 정의된 실질적으로 평탄한 반사면을 갖고, 그것의 법선(26)이 3차원 공간에서 궤적을 나타낼 수 있도록 이동 가능함 -;
    상기 미러(19)의 상기 제 1 투사 광빔(4) 및 상기 법선(26)은 상기 이동 가능한 미러(19)의 모든 가능한 위치 및 배향에 대해 0도 내지 15도의 각도(15)만큼 분리되도록 구성되는 상기 광학 시스템(2);
    상기 이동 가능한 미러(19)을 이동시키기 위한 구동 수단(6); 및
    역-반사 시스템(21) - 상기 미러(19)의 모든 위치 및 배향에 대하여 상기 제 1 반사 광빔(23)으로부터 상기 미러(19)에 제 2 투사 광빔(8)을 얻기 위하여, 상기 이동 가능한 미러(19) 상에 상기 제 2 투사 광빔(8)의 반사로부터 상기 출사 광빔(7)을 얻기 위하여, 상기 미러(19)와 관련하여 위치되는, 및 상기 이동 가능한 미러(19)의 모든 가능한 위치 및 배향에 대해 상기 제 1 반사 광빔(23)에 평행하게, 상기 미러(19) 상에 상기 제 2 투사 광빔(8)을 제공할 수 있음 -
    를 포함하는 조립체.
  15. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 장치(100)는,
    출사 광빔(7)을 오프셋 시키기 위해 상기 광학 시스템(2)과 상기 포커싱 수단(9) 사이에 위치된 편향 시스템
    을 더 포함하는 조립체.
  16. 기판(11)의 융점보다 낮은 융점을 갖는 가용성 재료를 포함하는 피스로 기판(11)을 조립하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 기판(11)의 상부 표면(16)을 구조화하기 위한 제11항 또는 제12항에 따르는 조립체;
    상기 피스(14)를 상기 기판(11)의 상기 상부 표면(16)과 접촉시키기 위한 수단;
    압축 수단; 및
    적어도 일부를 용융시키기 위해 상기 가용성 재료에서 충분한 온도 증가를 생성할 수 있는 히터
    를 포함하는 시스템.


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