KR20040093704A - 서브 미크론 공동을 포함하는 컴포넌트 - Google Patents

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KR20040093704A
KR20040093704A KR10-2004-7012035A KR20047012035A KR20040093704A KR 20040093704 A KR20040093704 A KR 20040093704A KR 20047012035 A KR20047012035 A KR 20047012035A KR 20040093704 A KR20040093704 A KR 20040093704A
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요하네스 에드링거
클라우스 하이네-켐프켄스
오쓰마르 쥬게르
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어낵시스 발처스 리미티드
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Abstract

광학 컴포넌트 또는 분석적 플랫폼은 기판, 기판 상의 마이크로 구조 (3)의 배열 및 인접한 마이크로 구조들의 측벽에 의해 형성된 마이크로 채널 (15, 15')을 포함하고, 마이크로 채널의 폭은 기판으로부터의 거리의 함수로써 변화하고, 상기 폭은 하나 이상의 거리-간격 내에 있는 기판으로부터의 거리가 증가함에 따라서 연속적으로 감소한다. 그러한 컴포넌트 또는 그러한 플랫폼을 제조하는 방법에 있어서 표면 마이크로 구조들의 배열을 가진 기판은 코팅 메카니즘의 쉐도우잉 (shadowing) 효과들이 마이크로 구조들의 측벽들의 상부 폭의 적어도 일부를 좁아지게 하여 적어도 부분적으로 내장된 (embedded) 마이크로 채널을 형성하게 하는 방식으로 증기 처리 내에서 코팅된다.

Description

서브 미크론 공동을 포함하는 컴포넌트{Component Comprising Submicron Hollow Spaces}
미크론 또는 서브 미크론 표면 구조들을 포함하는 광학 컴포넌트들은 광범위하게 사용되고 있다. 그러한 컴포넌트들에 관련된 광학 분야는 회절성 광학 분야이다. 다른 제품들 가운데 가장 유명하고 대표적인 한가지는 개략적으로는 금속으로 코팅된 플라스틱 기판 내의 그레이팅 (grating) 구조라고 말할 수 있는 컴팩트 디스크이다. 다른 예들로는 마이크로-전기 기계에 관한 시스템과 공명 그레이팅 장치들 뿐만 아니라 반사 방지 그레이팅들 (antireflection gratings), 그레이팅 커플러 (coupler) 및 와이어 그리드 폴러라이저들 (wire grid polarizers)이 있다.
이러한 시스템들 중 다수는 그들의 광학 성능을 향상시키거나 또는 표면에 전기적으로 접촉하기 위해서나 또는 구조들을 보호하기 위해서 코팅되어야 한다. 그러한 종류의 구조들에 일반적으로 사용되는 코팅들 가운데 네 가지 다른 부류가있다:
ㆍ 보존 코팅들 (conserving coatings): 주로 표면 구조를 보존하기 위해서, 얇은 동질층으로 표면의 전체 부분들을 커버하기 위해 필요한 코팅들 (도 l a 참조).
· 채움 코팅들 (filling coatings) : 구조들을 완전히 채울 필요가 있는 코팅들. 이러한 부류의 코팅은 표면 프로파일이 코팅 표면에 재현될 필요가 있는 코팅 (도 1b 왼쪽 측면 참조) 과 구조가 스미어-아웃될 (smeared out) 필요가 있는 코팅들 (도 1b 오른쪽 측면 참조)로 더 세분화될 수 있다.
· 선택적 코팅들 (selective coatings) : 구조의 일부분만이 코팅되어야 한다. 다른 부분들은 코팅되지 않아야 한다 (도 1c 참조).
ㆍ 커버 층들 (cover layers): 골들 (valleys) 에 침투하지 않고 단지 구조만커버하는 코팅들, 즉, 구조들 내의 지수 (index) 분포는 주로 변화되지 않도록 하면서 구조들을 묻거나 (burying) 또는 내장함 (embedding) (도 1d 참조).
보존 코팅들은 적어도 실질적으로 표면 구조를 보존하기 위한 것이다. 코팅은 표면 피처들 (features)의 방위 (orientation) 에 관계없이 주로 균일한 두께이어야 한다. 이것은 예를 들어 화학적 기상 증착 (CVD) 법에 의해 실현될 수 있는데, 이 방법에서 코팅될 표면은 화학적으로 활성이고 화학 반응은 균일한 방식으로 기판의 모든 부분에 재료를 증착하게끔 한다.
채움 (filling) 코팅들을 실현하기 위해서, 화학적 기상 증착이 또한 사용될 수 있다. 그러나, 입자들의 증착이 사용되는 반응 기체의 흐름에 엄청나게 의존적이며, 작은 구조들은 흐름 (flux) 불균일 (inhomogenities) 뿐만 아니라 난류를 생성하기 때문에, 그 결과로써 코팅 두께 내의 불균일이 나타날 수 있다. 게다가, 증착 속도 (시간 단위 당 증착되는 입자들의 수로 정의됨) 는 범위 (area) 내에 제시된 표면에 비례하고, 이러한 유형의 코팅 기술은 매우 효율적으로 구조를 스미어-아웃 (smear-out) 하는 경향이 있다. 만약 구조가 코팅 내에 재생되어야 한다면 (도 1b 참조), 이러한 종류의 채움 기술 (filling technique)은 사용될 수 없다.
스퍼터링 (sputtering) 같은 다른 기술들이 또한 구조를 채우는데 사용될 수 있다. 그러나, 특히 적은 최소 배선폭 (feature size) 과 높은 영상비 (aspect ratio) (영상비 = 최소한의 최소 배선폭에 관계된 구조의 깊이), 를 갖는 구조들의 경우에 있어서, 이것은 종종 매우 어려운데, 이 자기 약화적 (self-attenuating) 쉐도우잉 (shadowing) 효과들은 구조들을 돌출시키고, 코팅 두께의 불균일성을 가져올 수 있기 때문이다. 이것은 반도체 장비용 코팅들에 잘 알려진 문제라는 것을 주목하시오. DE 197 02 388 에 기재된 바와 같이, 적은 최소 배선폭을 갖는 반도체 장비들에 대한 스퍼터링 공정은 정확하게 상술한 불리한 점을 나타낸다.
선택적 코팅들을 실현하기 위해서, 다소간 멀리 떨어진 포인트 소스 (point source) 로부터 증발이 실시될 수 있다. 만약 공정이 그러한 방식으로 실현되면, 코팅 입자들의 평균 자유 경로는 코팅되어야 할 소스로부터의 거리보다 멀며, 코팅은 방향상의 공정이 될 것이고, 또한 입자 움직임의 방향을 한정할 것이다. 만약 방향이 기판의 법선 (normal)과 평행하다면, 구조들의 수직 인터페이스들 상에는 입자가 거의 증착되지 않을 것이다.
때때로, 표면 구조들은 보존될 필요가 있고, 주로 수직 표면들이 코팅될 필요가 있다. 이 경우에 조준 장치 (collimating device)가 사용될 수 있다. 게다가 심지어는 미국 특허 제 6,210, 540 호에 개시된 바와 같은 스퍼터 소스들도 적용가능하다. 여기에서 코팅 마스크는 기판의 법선에 평행한 방향들 내에 전파된 입자 흐름 (flux) 을 기계적으로 막는다. 코팅 지대 (zone) 는 코팅될 기판의 법선에 대한 입자 흐름의 입사각이 비스듬한 범위들로 제한된다.
이 경우에 코팅 물질의 많은 퍼센트가 마스크 상에 증착되고 그리하여 기판 상을 코팅하지 못한다는 것을 주목하시오. 이것은 스퍼터 타켓 사용에 대한 낮은 효율뿐만 아니라 낮은 증착율을 가져온다.
때때로 비스듬한 (tilted) 방향의 선택적 코팅들과 쉐도우잉 효과들을 결합하여 사용하여 구조의 상부에 에칭 마스크를 생성하는데, 단지 상부 부분들만을 커버하고 구조의 하부 부분들은 보호되지 않은 채로 후속하는 에칭 절차를 위해 개방된다. 이것은 또한 포인트 소스들과 코팅 입자들의 충분한 평균 자유 경로들 또는 조준 (collimating) 마스크들을 사용하여 실시될 수 있다.
커버층들에 대해서는 상황은 매우 다르다. 이러한 층들은 주로 밑에 있는 (underlying) 구조들을 보호하기 위해 주로 사용된다. 상술한 방법들 중 어떤 것도 추가적인 생산비용이 들 수 있는 주요 변경들을 행하지 않고는 사용될 수 없다. 미국 특허 제 6,288,840 호에 개시된 바와 같이 현 기술수준은 예를 들어 내장된 (embedded) 와이어 그리드 폴러라이저에 필요한 그러한 구조들을 교수한다. 그러나, 그러한 커버 시트들이 어떻게 실현될 수 있는 지에 대해서는 아무 것도 알려지지 않았다. 오늘날의 적용에 있어서, 기계적으로 구조들에 접합된 (cemented) 얇은 유리 커버 시트들을 사용하여 구조들을 보호하는 것이 통상적이다. 구조들을 채울 것이고 장비의 광학 성능에 영향을 줄 것이기 때문에 구조 지역 (region)에 어떠한 접착제도 사용할 수 없는 많은 경우가 있음을 주목하시오. 게다가, 적은 피처들 (features) 을 완전히 보호하기 위해서. 그러한 장비들은 종종 밀봉되어야 한다. 이것은 실현하기에 매우 비싸며 유리 시트로 인한 광학적으로 불리한 영향은 종종 제거될 수 없다.
기재된 선행기술의 절차에 따라서는 구조들 내의 홈들을 거의 완전하게 채우지 않고 마이크로 구조들을 어떻게 실용적으로 커버할 수 있는지 알 수 없다는 것은 상술한 기재로부터 명백하다. 예를 들어 미국 특허 제 6,288,840 호 (이하, '840 으로 칭함) 에서 논의된 바와 같은 와이어 그리드 폴러라이저를 가지고, 금속로드들 (rods) 사이의 홈들 (grooves)에 중공들을 형성할 필요가 있는데, 그 이유는 그레이팅 홈들 내의 굴절율의 증가는 컴포넌트의 성능에 직접적으로 영향을 미치기 때문이다. 그러나 '840에서 논의된 바와 같이, 내장된 (embedded) 와이어 그리드 폴러라이저를 사용하는 것이 유리하다. '840에 기재된 바와 같이, 그러한 폴러라이저는 제 1 및 제 2 층들 사이에 끼워진 제 1 층, 제 2 층 및 평행의, 연장된, 서로 공간적으로 떨어진 구성요소들의 배열을 포함한다. 발명자들은 바람직한 구현예에서 홈들 내부의 물질은 공기 또는 진공일 것이지만, 실용적인 이유로 다른 물질들이 사용될 수 있음을 언급한다. 내장된 (embedded) 홈 구조를 실현하는 것은 실용적이지 않다고 결론 내릴 수 있다.
발명의 간단한 요약
본 발명의 목적은 상술한 선행기술의 문제점을 극복하는 것이다. 내장된 (embedded) 마이크로미터 또는 서브마이크로미터 범위 내의 소정의 형상의 중공들 또는 채널들 또는 부피들을 갖는 실용적이고 실현가능한 컴포넌트들을 개시하는 것이 본 발명의 목적이다. 마이크로미터 또는 서브마이크로 미터 범위 내의 소정의 형상의 중공들 또는 채널들 또는 부피들에 대한 집합적 용어로써 용어 "마이크로 채널들"이 사용될 것이다. 실용성과 수익성을 희생하지 않고 그러한 컴포넌트들을 제조하는 방법을 개시하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다. 그러한 장비들에 기초한 다수의 광학 및/또는 분석 시스템들을 개시하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.
상술한 종래 기술들의 문제점들은 독립항들의 주제에 의해 극복된다. 본 발명의 추가의 구현예들의 이로운 특징들은 종속항으로부터 유래한다.
광학 컴포넌트들은 전자기장이 광학 컴포넌트 내 또는 경계에서 성립될 때 소정의 방식으로 특히 전자기장들에 영향을 미치는 수단을 포함한다.
본 발명의 한 구현예에서, 광학 컴포넌트는
기판;
기판 상의 마이크로 구조들의 배열; 및
인접 마이크로 구조들의 측벽들에 의해 형성된 마이크로 채널을 포함하며, 마이크로 채널의 폭이 기판에 대한 거리의 함수로써 변화하고, 상기 폭은 하나 이상의 거리-간격 내에 있는 기판으로부터의 거리가 증가함에 따라서 감소한다.
큰 오물 또는 먼지 입자들이 마이크로 채널에 침범하지 못하도록 하여야 하기 때문에, 기판에 대한 거리가 증가함에 따라서 마이크로 채널의 폭이 감소됨에 따라서 마이크로 구조들은 환경에 대해 덜 개방적이고, 그리하여 보호된다.
본 발명에 따른 광학의 다른 구현예에서, 상기 마이크로 구조들의 배열의 적어도 일부는 그 상부가 커버에 의해 코팅된 중심체를 포함하고, 상기 커버는 중심체의 측벽들의 적어도 일부를 커버하여 상기 폭이 중심체의 상부 위쪽에서 로컬 (local) 최소 (minimum)을 갖는 방식으로 중심체의 상부에 걸쳐 확장하는 마이크로 구조 측벽 형상 (geometry)을 형성한다.
중심체의 물질은 커버의 물질에 따라서 다를 수 있다. 중심체의 형상이 직사각형으로 선택될 수 있고, 그 결과 마이크로 채널 내의 공기와 함께 광학 효과를 가져올 수 있는 이점이 있다. 커버는 중심체-마이크로 채널 배열 (configuration)을 보호하지만, 상기 광학 효과에 대해서 부정적인 영향을 주지 않으면서 커버 영역 내의 마이크로 채널의 폭이 좁아지도록 선택될 수 있다. 커버의 폭이 좁아지기 때문에 중심체의 상부 위쪽에서 적어도 로컬 최소 초과가 실현된다. 적어도 로컬 최소는 상응하는 마이크로 채널의 폭의 일반적 최소일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 광학 컴포넌트의 로컬 최소는 0과 같고, 마이크로 채널은 컴포넌트의 환경으로부터 완전히 분리된다.
그러한 컴포넌트를 갖는 마이크로 채널은 완전하게 보호되고, 심지어 추가로 보호용 코팅을 하거나 또는 추가의 공정, 예를 들어 유리 프리즘들 사이의 장비를 마이크로 구조들에 접촉시키거나 그들의 성능을 방해하지 않고 접합하는 추가의 공정도 가능하다.
본 발명의 구현예들의 한가지의 부가적인 특징은 상기 구성요소들은 적어도 대략적으로 연장된 로드들 (rods)을 갖고 적어도 국부적으로 주기적인 그레이팅 구조를 형성하는 것이라고 말할 수 있다.
사용되는 파장에 관계되는 그레이팅 주기에 따라서 주기적 그레이팅 구조들이 굴절 그레이팅들, 반사방지 그레이팅들 또는 다른 것들 중에서는 복굴절하는 코팅층들로 사용될 수 있다. 그들의 성능은 그레이팅 홈들 내의 물질에 강하게 의존한다. 구현예에서 기재하였던 바와 같이, 그레이팅 홈들 내의 지수 (index) 분포는 거의 유지되기 때문에, 그러한 그레이팅 구조는 광학 성능의 손실 없이 내장된 (embedded) 구조로 실현될 수 있다. 이것은, 예를 들자면 와이어 그리드 폴러라이저를 실현하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 로컬 최소는 적어도 0에 근접하고 적어도 거의 폐쇄된 마이크로 채널이 실현된다.
이 최소는 5 ㎚ 또는 그 미만의 적은 것이 선택될 수 있다. 그러한 컴포넌트들을 실현하기 위한 본 발명에 따른 공정은 마이크로 채널들의 폭의 최종 최소치를 매우 정확하게 조정하게끔 한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 중심체는 하나 이상의 금속성 층을 갖는 제 1 층 시스템을 포함하고 커버는 하나 이상의 절연층을 갖는 제 1층을 포함한다.
이것은 마이크로 구조들의 이점들을 가진 박막 다층성 스택들 (thin film multilayer stacks) 의 잘 알려진 광학 효과들과 결합하는 것을 가능하게끔 한다.
분석적 플랫폼들은 그러한 측정 시료들이 컴포넌트들 내부 또는 표면에 존재할 때 적어도 유체, 기체 또는 고체 측정 시료들을 처리하기 위한 보조수단을 포함하는 컴포넌트들이다.
본 발명의 한 구현예에서 분석적 플랫폼은
기판;
기판 상의 마이크로 구조들의 배열;
마이크로 구조들을 포함하는데, 마이크로 채널들의 폭은 기판에 대한 거리의 함수로써 변화하고, 상기 폭은 하나 이상의 거리-간격 내에 있는 기판으로부터의 거리가 증가함에 따라서 연속적으로 감소한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 분석적 플랫폼은 주어진 크기의 유체를 여과하도록 설계된다. 이 구현예에서 상기 거리-간격 내 또는 밖에 있는 상기 폭의 최소 치수는 유체에서 여과될 수 있는 입자들의 최소 치수와 같거나 약간 미만의 것이다.
주어진 크기의 입자들을 유체로 여과하기 위한 본 발명의 한 방법에 의하면 다음의 단계들을 포함한다 :
- 하기를 포함하는 분석적 플랫폼을 제공하는 단계:
기판;
기판 상의 마이크로 구조들의 배열; 및
마이크로 구조들을 포함하며, 마이크로 채널들의 폭이 기판에 대한 거리의 함수로써 변화하고, 상기 폭은 하나 이상의 거리-간격 내에 있는 기판으로부터의거리가 증가함에 따라서 연속적으로 감소하며, 상기 거리-간격 내 또는 상기 거리-간격 밖의 최소 치수는 유체에서 여과될 수 있는 입자들의 최소 치수와 같거나 약간 미만의 것이다
- 여과될 유체를 플랫폼의 표면에 적용하는 단계;
- 여과될 유체가 마이크로 채널로 들어오게 하고 여과된 입자들이 마이크로 채널에 들어오는 것을 막기 위해 모세관력을 사용하는 단계;
- 마이크로 채널들을 따라서 여과된 유체를 여과될 어떤 유체도 표면에 적용되지 않았던 분석적 플랫폼의 범위 내로 퍼지게 하기 위해서 모세관력, 중력, 및 원심분리력 중 하나 이상을 사용하는 단계.
본 발명의 다른 구현예에서 적어도 부분적으로 내장된 (embedded) 마이크로 채널의 배열을 제조하는 방법은 다음의 단계들을 포함한다 :
기판을 제공하는 단계;
표면 마이크로 구조들을 상기 기판에 적용하는 단계;
상기 기판을 증기 처리로 안내하는 단계;
물리적 증착 기술을 사용하여 상기 마이크로 구조들에 커버를 증착하여 코팅 입자들을 상기 마이크로 구조들에 안내하는 단계;
마이크로 구조들의 측벽들의 상부 폭의 적어도 일부를 좁아지게 하기 위해 코팅 메카니즘의 쉐도우잉 효과를 사용함으로써 적어도 부분적으로 내장된 (embedded) 마이크로 채널들을 형성하는 단계.
본 발명을 요약하자면, 내장된 (embedded) 마이크로 구조들의 배열들은 선행기술에 나타난 바와 같이 마이크로 구조들의 상부를 커버할 뿐 아니라 내장된 (embedded) 마이크로 구조들의 측벽들의 적어도 일부분을 커버하는 커버 물질을 포함한다. 이 측벽 코팅이 본래 코팅되지 않은 구조의 상부로 확장하는 방식으로 새로운 측벽 형태를 형성하여 본래 중심체의 상부가 최소를 갖는 것이 본 발명의 주제이다. 이 최소는 0일 수 있고, 마이크로 채널을 환경으로부터 완전히 분리한다. 반도체 컴포넌트들 내에 많은 적용들을 함으로써 분리된 실현들, 즉 마이크로 채널들이 표준 스퍼터링 기술들에 의해 우연히 제작된다. 이러한 적용들에서는 그러한 구조들을 피하기 위해서 엄청난 노력과 추가적인 공정이 투자된다. 광학 컴포넌트 및/또는 분석적 플랫폼들의 설계에 그러한 구조들을 포함하는 것이 본 발명의 일부분이다. 중심체들의 커버뿐만 아니라 중심체들이 다른 광학 상수들, 예를 들어 다층 스택 (multilayer stack)들을 갖는 물질들의 층 시스템들을 포함할 수 있고 층 시스템들의 설계는 광학 성능을 향상시키기 위해서 선택될 수 있거나 또는 부가적인 특징들, 예를 들어 광학적, 화학적 또는 기계학적 특성들을 부가하기 위해 선택될 수 있다.
확장된 측벽 코팅을 실현하기 위해서 코팅되어야 하는 기판 표면에 도달하는 코팅 입자들의 증착 속도를 조작할 수 있는 것이 또한 본 발명의 일부이다. 본 발명의 주제는 코팅 조건들의 선택에 따라서 정해진 방식으로 이 각 증착 속도에 영향을 주고 코팅 마스크들을 사용하지 않기 위한 것이다.
본 발명은 내장된 (embedded) 마이크로 채널 (microchannel)을 포함하는 광학 및 분석적 컴포넌트들에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 광학 및 분석적 컴포넌트들을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 광학 및 분석적 컴포넌트들의 용도에 관한 것이다.
도 1a는 선행 기술의 보존 코팅을 가진 구조의 단면도이다.
도 1b는 선행 기술의 충전 코팅을 가진 구조의 단면도이다.
도 1c는 선행 기술의 선택적 코팅을 가진 구조의 단면도이다.
도 1d는 선행 기술의 커버층을 가진 구조의 단면도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 환경으로부터 분리된 마이크로 채널들을 가진 코팅된 구조의 단면도이다.
도 2b는 본 발명에 따라 구조화된 코팅 스택 (stack)과 환경에 연결된 마이크로 채널을 가진 코팅된 구조의 단면도이다.
도 2c는 본 발명에 따라 얇게 연장된 채널들을 형성하는 마이크로 채널을 가진 코팅된 구조의 단면도이다.
도 3은 코팅 절차의 개략적인 세 장의 스냅 사진들, 즉 a) 코팅 소스로 움직이는 기판 b) 코팅 소스에 인접한 기판 c) 코팅 소스를 지난 기판을 보여준다.
도 4는 a) 공기로 가득 채워진 및 b) 유체로 가득 채워진 환경에 연결된 마이크로 채널들을 가진 구조의 단면도이다.
도 5는 분석적 플랫폼으로써 사용되는 환경에 연결된 마이크로 채널을 가진 구조로, a) 단면도 (crosssection) 및 b) 평면도 (top view) 이다.
이하 논의될 본 발명의 다양한 구성요소들과 바람직한 구현예들에서 도면들을 참조할 것이다.
A. 장치들
도 2에 도시된 장비들은 내장된 (embedded) 마이크로 채널 15,15'이 있는 컴포넌트 1이다. 이 컴포넌트 1은 기판 3, 그레이팅 영역 G 및 코팅 영역 C를 포함한다. 그레이팅 영역 G는 제 1 구조 도메인들 5와 제 2 구조 도메인들 7을 포함한다. 제 1 구조 도메인들 5는 공기와 다른 물질들을 포함한다. 제 1 구조 도메인들 5는 유전체 물질 또는 유전체 물질층들의 조합 또는 금속 또는 다른 금속층들의 조합일 수 있다. 이것은 또한 유전체층들과 금속층들의 조합을 포함할 수 있다.
제 2 구조 도메인들 7은 마이크로 채널 15,15'의 하부를 포함한다. 코팅 영역 C 내의 제 1 구조 도메인들 5의 상부는 코팅 9이다. 도 2에서 알 수 있듯이, 제 1 구조 도메인들 5의 측벽들의 적어도 상부는 측벽 커버들 11에 의해 커버된다. 커버 9와 측벽 커버들 11에 대하여 제 1 구조 도메인들은 적어도 부분적으로 캡슐화된 중심체들을 형성한다. 그레이팅 영역 G 내의 측벽 커버들 11과 커버 영역 C의 코팅과 함께 제 1 구조 도메인들은 마이크로 구조들을 형성한다. 인접 마이크로 구조들은 마이크로 채널 15,15'의 측벽들을 형성한다.
측벽 커버들 11에 의해 형성된 적어도 상부에 있는 그레이팅 영역 G 내의 마이크로 채널 15,15'의 측벽들은 계속하여 커버 영역 C로 확장하여, 마이크로 채널15,15'의 상부 측벽들을 형성한다. 마이크로 채널 15,15'의 상부의 단면은 병의 숄더 (shoulder)의 단면의 형상을 가진다. 도 2a에서 병목 (bottleneck) 들은 완전히 폐쇄되고 그리하여 마이크로 채널 15는 환경으로부터 분리된다. 그러나, 도 2b에서 알 수 있듯이, 마이크로 채널 15는 또한 연결 채널들 17에 의해 환경과 연결될 수 있다. 어떠한 경우라도 마이크로 채널 15, 15'의 폭은 기판에 대한 거리의 함수로써 변화하고 하나 이상의 거리-간격 내에 있는 기판 3에 대한 거리가 증가함에 따라서 지속적으로 감소한다.
인접 마이크로 구조들의 거리는 기껏해야 수 미크론인 기판에 적용된 공간적으로 떨어진 많은 수 (5 초과)의 마이크로 구조들은 마이크로 채널 15,15'의 배열을 형성한다.
제 1 구조 도메인들 5의 측벽들의 적어도 상부는 측벽 커버들 11에 의해 코팅되어 있다. 본 발명에 따라서 그러한 컴포넌트들을 제조하기 위한 과정에 의해 마이크로 채널 15,15'의 바닥의 코팅뿐만 아니라 제 1 구조 도메인들 5의 하부들의 코팅까지 피할 수 있다.
이미 언급하였던 바와 같이 마이크로 채널 15,15'은 도 2b에 나타낸 바와 같이 연결 채널들 17에 의해서 환경에 연결될 수 있다. 마이크로 구조들의 2 이상을 커버하는 커버 영역의 상부에 유체의 작은 방울 (droplet) 이 적용된다면, 마이크로 채널들 15,15'은 유체로 채워질 수 있고, 따라서 하나 이상의 연결 채널 17을 밀봉하며, 그 후, 모세관력은 하나 이상의 마이크로 채널 15,15'로 유체를 끌어들인다. 이 유체는, 예를 들어, 금속의 용융물 (melt) 또는 생물학적 에세이(essay) 일 수 있다. 연결 채널들 17의 폭은 마이크로 채널들 15,15'으로 들어갈 수 있는 입자들의 크기를 결정한다. 이 여과 효과 (filtering effect) 는 하기에서 설명될 분석적 적용들에서 사용될 수 있다.
추가로 도 2b에는 영역 C 가 구조화된 다층 스택 (multilayer stack) 9'을 포함하도록 하는 것이 가능함을 나타내고 있다. 본 발명의 컴포넌트가 광학 컴포넌트라면 이것은 특히 흥미진진하다. 이 구조화된 다층 스택 (multilayer stack) 9'은 반사방지층으로써 역할 하도록 고안될 수 있다. 이것은 언급할 만한 가치가 있는데, 그 이유는 대부분의 경우 석영 또는 BK7과 같은 투명 유리 기판들 또는 폴리카보네이트 또는 PMMA와 같은 투명 플라스틱 기판들을 사용하는 것이 바람직하기 때문이다. 다른 가능성은 구조 상에 컬러 필터 또는 중성 밀도 필터를 실현할 수 있는 것이다. 마이크로 구조들과 마이크로 채널 15,15'의 치수들이 크기 (magnitude) 의 순서 또는 광학 컴포넌트에 작용하는 전자기장들의 파장 미만에 있는 경우라면, 엄밀한 회절 이론 또는 효과적 매개물 이론들이 광학 특징들을 흉내내고 코팅 구조의 설계를 최적화하기 위해서 적용될 수 있다. 만약 연결 채널들 17이 밀폐되면, 도 2a 나타낸 바와 같이 구조화된 다층 스택 (multilayer stack)은 비구조화된 다층 스택 (multilayer stack)에 의해 커버될 것이다. 게다가, 기판 3과 그레이팅 영역 G 사이에 추가적인 다층 스택 (multilayer stack)들을 포함하는 컴포넌트들이 실현될 수 있다.
도 2c에는 마이크로 채널 15'이 얇게, 연장된 채널들을 형성할 수 있도록 제 2 구조 도메인들 7의 바닥이 코팅된 컴포넌트를 나타내었다. 여기에서 또한 이 채널들을 유체로 채우기 위해서 모세관력이 사용될 수 있다.
B. 제작 (Fabrication )
상기에서 논의된 바와 같이, 선행기술은 많은 경우에 적고 깊은 구조들에 표준 스퍼터 기술들이 적용되어 중공을 형성한다는 것을 교수하며 (DE 197 02 388) 이 기술분야의 당업자는 이러한 중공들을 피하기 위해서 노력한다. 마이크로 채널 15,15'을 가져올 이러한 중공들의 잘 한정된 형태가 실현되는 방식으로 기판 상에 입자 증착 속도의 각 분포를 조절하는 것이 본 발명의 주제이다. 코팅 입자들의 각 분포는 다양한 코팅 파라미터들 (parameters) 에 의존한다.
각 분포는 타겟 구조가 결정질인지, 다결정질인지 (polycrystalline) 또는 무정형인지에 의존한다. 이것은 또한 타겟의 형상 (geometry) 이 평평한지 또는 구부러져 있는지에 의존한다. 각 분포는 또한 입자들이 타겟 소스로부터 어떻게 여기하는지, 예를 들어 조준된 (collimated) 또는 초점이 맞추어진 여기 빔에 의하는지에 의존하며, 여기 빔의 입사각이 둔각인지 예각인지에 또한 의존한다. 코팅 입자들의 각 분포는 또한 어떤 종류의 여기 빔이 사용되는지, 또한 사용된다면 다른 것들 중에서, 기체, 이온들, 전자들, 레이저광이 가능하다.
일단 입자들이 타겟으로부터 여기되면, 기체 압력, 사용되는 기체의 원자 질량, 기체의 흐름, 및 어느 정도까지는 기체의 흐름의 방위 (orientation) 에 의존하는 산란 (scattering) 의 가능성이 있다. 또한 산란의 가능성은 기판을 치기 전에 입자가 전파해야 하는 경로에 의존한다.
코팅되어야 하는 제 1 구조 도메인들 5를 가진 기판이 타겟과 아주 근접한 거리를 통과하는 코팅 절차에서 (도 3a 내지 3c 참조), 동력 조절 또는 플라즈마 주파수의 조절은 기판 상의 제 1 구조 도메인들 5에 영향을 미치는 코팅 입자들의 각 분포에 영향을 주게끔 한다. 이 각 분포는 마이크로 구조들의 최종 형상을 결정하고, 그리하여 마이크로 채널 15,15'의 형상도 결정한다.
제 1 구조 도메인들 5의 측벽들의 쉐도우잉 (shadowing) 효과들은 이 과정에서 중요한 역할을 한다. 예로써, 우리는 표면 그레이팅 구조를 가진 기판을 연구하였다. 그레이팅 구조는 그레이팅 영역 G가 500 ㎚ 두께이고 제 1 구조 도메인들 과 제 2 구조 도메인들 7이 250 ㎚의 폭을 가지는 엷은 판상의 (lamellar) 제 1 구조 도메인들 5를 포함한다. 제 2 구조 도메인들 7 은 영상비 (aspect ratio) 500 ㎚/250 ㎚ = 2를 가진다 (영상비는 피쳐 (feature) 폭에 대한 피쳐 높이의 비이다). 우리는 비-원뿔형 평면을 그레이팅 벡터와 기판의 표면상의 법선에 의해 스팬된 (spanned) 평면으로 정의한다. 그레이팅 영역 G 상과 안에 작용하는 코팅 입자들의 전파 벡터는 비-원뿔형 평면에 평행한 벡터-컴포넌트를 가질 수 있다. 만약 우리가 이 벡터-컴포넌트가 기판의 표면의 법선에 대해 45° 이상 기울어져 있도록 코팅시 코팅 입자들을 제한한다면, 측벽들의 상부 반만이 코팅된다. 이것은 측벽들의 하부 반이 인접 마이크로 구조의 대향 측벽에 의해 쉐도우 되기 때문이다. 측벽들의 상부 반의 코팅 두께가 증가함에 따라서 코팅된 측벽들 간의 거리는 감소하고 그 결과 쉐도우잉 효과가 증가하기 때문에 이 효과는 심지어 자기-약화적 (self-attenuating) 이다.
도 3은 3개의 일반적인 코팅의 스냅 사진들로 어떻게 쉐도우잉 효과가 실용적으로 실현될 수 있는지를 보여준다 : 코팅 소스 21 은 코팅 입자들을 생성하는 타겟을 포함한다. 구조화된 기판 23은 회전 마운트 (mount)의 위치 3b 내에서 구조화된 표면은 코팅 소스를 향하며 그레이팅 선들이 회전 마운트의 회전축에 적어도 거의 평행하도록 회전 기판 마운트 27에 고정된다. 코팅 과정은 기판이 바로 타겟의 앞에 있는 한은 중지 (switching-off) 될 수 있다 (도 3b 참조). 도 3a 및 3c 에 따른 위치들에서 코팅 과정을 진행 (switching-on) 함으로써 제 1 구조 도메인들 5의 측벽들 뿐만 아니라 제 1 구조 도메인들 5의 상부도 대칭적인 방식으로 우세한 코팅의 결과를 가져온다. 단지 3a 또는 단지 3c 에 의한 위치들에서 코팅 과정을 진행함으로써 측벽들의 비대칭 코팅을 낳는다. 만약 제 2 구조 도메인들의 영상비가 충분히 높다면, 특히 1을 초과한다면, 모든 위치들 3a 3b 및 3c 에서 코팅 과정을 진행하는 것 또한 쉐도우잉 효과들을 가져올 수 있다는 것을 주목하시오. 다른 증착 속도들이 연속적인 방식으로 선택될 수 있는데, 이것은 공정이 온-오프 단계 함수 (function) 에 제한되지 않는다는 것을 의미한다 : 증착 속도는 선택해야 할 다소 연속적인 함수이다. 게다가 비대칭 코팅들에 대해서 예를 들어, 만약 두 가지 다른 타겟들이 사용된다면 한가지 물질이 한쪽 면에 코팅될 수 있고, 다른 물질이 다른 면에 코팅될 수 있다 (미도시). 이것은 예를 들어 효과적인 블레이즈된 (blazed) 그레이팅 등 (예를 들어, 미대칭 그레이팅들) 을 제작할 수 있는 가능성을 열어준다.
증착 속도를 조절하기 위해서. 전력 조절 기술들이 적용될 수 있다. 다른가능성은 플라즈마 주파수를 변경하는 것일 것이다. 발명자들은 플라즈마 주파수를 임의의 주파수 상한선까지 증가시키면 증착 속도가 감소하고, 그 한계를 초과하면 (100kHz 이상) 증착 비율은 본래 0이라는 것을 발견하였다. 증착 속도의 빠른 변화가 필요하기 때문에 (기판의 움직임과 동일한 속도로 진행하는) 이 고주파수 효과를 이용하는 것이 유리하다. 미국 특허 6,210,540 호와 반대로 타겟의 마스킹 (masking)이 필요하지 않음을 주목하시오.
일단 다른 공정 파라미터들에 대한 코팅 입자들의 가능한 각 분포들이 평가되면 예를 들어, 입자 전달, 산란 및 증착 모델들에 기초하여 코팅될 구조화된 기판의 표면 상의 위치에 대한 함수로써 기판 상에 증착하는 것을 시뮬레이션하는 것이 가능하다. 다른 공정 파라미터들은 다른 코팅 형상들을 낳고, 상기 형상들은 또는 기판 내의 마이크로 구조의 실제 형상에 의존한다. 이러한 시뮬레이션들에 기초하여, 가능하게는 입자 증착 속도들의 각 분포의 동적인 조정들을 포함하는 최적 코팅 전략을 결정하는 것이 가능하다. 따라서 코팅 물질의 타입과 그들의 입자들의 에너지는 코팅 공정을 하는 동안 코팅 입자들 증착 속도의 각 분포의 적극적이고 동적인 조절과 함께 채택된다. 예를 들어 그레이팅 주기가 전자기장의 파장 보다 아주 짧은 그레이팅 구조들을 포함하는 광학 컴포넌트들에 대해 컴포넌트는 (0차 그레이팅들) 주기가 파장보다 아주 짧은 한은 대부분의 경우에서 광학 성능이 그레이팅 주기에 대한 약한 의존성을 나타냄을 명확하게 보여준다. 따라서, 그레이팅 주기는 다소 자유롭게 선택될 수 있고 코팅 요구조건들에 맞추어 채택될 수 있다. 같은 두께의 그레이팅 영역 G 와 더 짧은 그레이팅 주기들은 제 1 구조 도메인들의 높은 영상비들을 가져온다.
C. 적용들
내장된 (embedded) 마이크로 채널을 포함하는 컴포넌트들을 적용하는 많은 수의 시스템들이 있다. 마이크로 채널이 공기로 채워진 채로 있는 시스템들과 공기로 채워진 마이크로 채널들을 포함하는 컴포넌트로 그 컴포넌트는 중간 프로덕트 (product) 이며 최종 시스템 내에서 마이크로 채널들은 공기와 다른 물질로 채워진 그러한 컴포넌트들을 구별하는 것이 가능하다.
a) 마이크로 채널이 공기로 채워진 채로 있는 적용들.
i) 광학 코팅 기술 내에서 유용한 광학 코팅 물질들의 범위는 제한된다. 유용한 하드 코팅 물질들의 굴절율의 하한선은 MgF2에 대해 대략 1.38이다. 더 낮은 굴절율을 가진 물질들이 있지만, 그러한 것들은 일반적으로 소프트 코팅의 결과를 가져오고 널리 사용되지 않는다.
유전체 (dielectric) 서브 미크론 그레이팅 구조들에 대해서 그레이팅 주기가 사용되는 빛의 파장보다 상당히 짧으면, 그레이팅 층들은 인공 굴절율 (index of refraction)을 갖는 인공 물질로써 행동한다. 이 굴절율은 이 그레이팅 층 내에 사용되는 물질들 굴절율들의 평균과 같은 것이다. 알려진 "효과적 매개물 이론 (effective medium theory)" (0차 그레이팅들과의 관계에 있어서) 은 인공 굴절율을 결정하게끔 한다. 이것에 의해서 MgF2의 지수 (index) 보다 상당히 적은 지수(index)를 갖는 이 안정한 인공 코팅 층들이 가능하다.
엷은 판의 제 1 도메인 구조들과 엷은 판의 제 2 도메인 구조들을 갖는 기판 상의 0차의 2원 (binary) 그레이팅 구조를 고려해보자. 제 1 도메인 구조들은 MgF2로 채워지고, 제 2 도메인 구조들은 비어 있거나 또는 공기로 채워진다. 인공 굴절율은 제 1 도메인 구조의 그레이팅의 그레이팅 주기의 비율인 듀티 (duty) 싸이클에 의존하는 순수 MgF2의 굴절율 미만일 것이다. 이러한 구조들은 잘 알려져 있지만, 현재까지 그렇게 낮은 지수 (index) 물질에 기초하여 다층 (multilayer) 구조들을 사용하지 못하였는데, 제 2 도메인 구조들을 충전하지 않고 표면 구조들을 오버코트하는 것이 어렵기 때문이다. 본 발명에 따른 절차에서 내장된 (embedded) 마이크로 채널을 실현하는 것이 이제 가능하다. 제 2 도메인 구조들의 대부분의 부분들 (parts)은 비어있거나 또는 공기로 채워져 있다. 구조는 완벽하게 폐쇄될 수 있으므로, 추가적인 연속적 또는 구조화된 층들을 적용하는 것이 가능하다.
ii) 복굴절 층들(Birefrigent layers).
1차원의 (one-dimensional) 0차 (zero order) 그레이팅 구조들에 대해, 이전에 언급한 효과적 매개 이론 (effective medium theory) 은 방위 (orientation) 의존성 효과적 지수 (effective index) 를 가져온다. 그레이팅 선들에 평행한 효과적 지수 (index)는 그레이팅 선들과 수직한 효과적 지수 (index)와 다르다. 본 발명에 기초하여 다층 스택 복굴절 층들 (multilayer stack birefringent layers) 을 실현하는 것이 가능하다. 이것은 각 의존적이지 않은 광대역 편광성 빔 스플리터들 (broadband polarizing beam splitters), 비편광성 컬러 필터 및 각 의존성을 나타내지 않는 유전체 거울 (dielectric mirror) 을 설계하고 제작하는 것을 허용한다.
더욱 구체적인 실시예로써 각 의존적이지 않은 편광성 빔 스플리터 (polarized beam splitter)를 만들 수 있는 가능성에 대해서 논의되었다. 비-원추형 입사각에 대해서 빛은 TM-편광 빛과 TE-편광 빛으로 직교되어 분리될 수 있다. TM-편광 빛에 대해 전기장 벡터는 이전에 정의한 바와 같이 비-원추형 평면인 입사각 평면으로 진동한다. TE-편광 빛에 대해서 전기장 벡터는 입사각 평면에 수직으로 진동한다. 편광성 빔 스플리터의 기초는 1.48의 굴절율을 갖는 석영 기판이다. 이 석영 기판 상에서 TiO2에 기초한 유전체 0차 그레이팅이 실현되며, 그것의 듀티 싸이클은 TM 편광에 대해서 인공 지수 (index)가 n (TM) =1.48에 상응하도록 선택된다. 이것이 1차원 구조이므로 TE-편광 빛의 인공 지수는 상당히 초과할 것이다. 본 발명의 절차에 따라서 이 그레이팅 구조는 n=1.48 에 근접한 굴절 지수를 가진 SiO2코팅에 의해 커버된다. 다른 TiO2그레이팅이 바람직하게는 같은 인공 지수들을 가진 것들을 가져오기 전과 같은 듀티-싸이클 (duty-cycle)을 가진 시스템에 적용된다. 그러한 방법을 가지고 다층 (multilayer) 스택을 만들 수 있다. 또한 커버 물질이 석영일 경우, TM-편광 빛은 n=1.48 에 근접한 굴절율에 항상 직면할 것이다. 반대로 TE-편광 빛은 높고 낮은 지수 층들을 번갈아 갖는 다층 (multilayer) 시스템 내에서 전파될 것이다. 이러한 층들의 두께는 조절되어 TE-편광 빛은 매우 효율적으로 굴절되는 반면, TM-편광 빛은 매우 효율적으로 투과될 것이다. 층들의 두께들이 입사하는 빛의 단지 일부만을 반사하여 예를 들어 이미지 투영 장치 (projection apparatus) 에 유용한 파장 의존적 편광성 빔 스플리터들을 가져올 수 있도록 고안될 수 있다는 것은 명백하다. 유리, 특히 BK7, SF1, SF2; 또는 플라스틱과 같은 다른 투명 기판 물질들이 사용될 수 있다. 만약 그렇다면, 구조들의 설계와 층들을 조절할 필요가 있다.
iii) 단순 오버코트 (overcoat).
환경에 개방되어 있는 미크론 또는 서브 미크론 표면이 먼지에 긁히거나 또는 다른 환경적 영향으로 인해 쉽게 못쓰게 될 수 있다는 것은 만연된 문제이다. 이것은 특히 제 1 구조 도메인들을 채우는 얇은 금속 와이어들과 공기로 채워진 채로 남아 있는 제 2 구조 도메인들을 가진 1차원 0차 그레이팅 구조들에 기초한 소위 와이어 그리드 폴러라이저에 대해 맞다. 선행 기술에 따라서 와이어 그리드들을 코팅하는 것은 폴러라이저의 광학 성능에 직접적으로 영향을 주는데, 그 이유는 이것이 코팅 물질로 제 2 구조 도메인들을 채우기 때문이다. 본 발명에 따라서 이러한 와이어 그리드 폴러라이저를 오버코트로 코팅함으로써 제 2 구조 도메인들을 거의 채우지 않고 이러한 구조들을 보호한다. 특히 오버코트가 다층 스택 (multilayer stack), 대체로 교호하는 물질들의 유전체 스택 (stack)을 포함한다면, 광학 특성들에 대해서 설계를 하는 동안 오버코트를 고려해 넣음으로써 광학 성능을 개선할 수 있는 잠재성을 가진다. 다른 측면은 은이 이러한 금속 그리드들에 대한 선택 물질이라는 것이다. 그러나, 보호되지 않고 환경에 노출된 은은 매우 짧은 시간 내에 퇴화되어 열등한 (minor) 광학 성능을 가져온다. 이것이 특히 알루미늄이 와이어 그리드들에 사용되는 이유이다. 은을 환경으로부터 보호하기 위해 제 2 구조 도메인들을 채우지 않거나 또는 그들을 완전히 채우지 않고 은 그레이팅들을 코팅할 수 있는 가능성은 그러한 적용들에 은 와이어 그리드들을 사용하는 것이 가능하게끔 한다. 이 경우에, 제 1 구조 도메인들을 포함하는 은을 추가적으로 보호하기 위해서 (얇은) 측벽 커버들 11을 마이크로 채널 15,15'의 바닥까지 확장하는 것이 도움이 될 수 있다.
b) 본 발명에 따른 컴포넌트가 중간 프로덕트 (product)인 적용들.
얇은 연결 채널들을 경유하여 환경에 연결되는, 그레이팅 구조 내에 마이크루채널들을 실현할 수 있는 가능성은 마이크로 채널을 유체들로 채울 수 있는 가능성을 열어준다. 채우는 공정은 모세관력에 기초할 수 있다.
i) 와이어 그리드 폴러라이저들.
도 2에 나타낸 바와 같이, 마이크로 채널 15,15'을 위한 다른 가능한 설계들이 있다. 몇몇 경우에 있어서, 하나의 편광은 효과적으로 전송하는 한편, 다른 편광은 반사되도록 하기 위해 금속 와이어의 모양은 최적에 근접하는 모양을 가져야한다. 그러한 바람직한 모양은 마이크로 채널들을 위한 도 4a에 나타낸 바와 같이 상부에서 와이어가 긴 연결 채널 17을 형성하고 바닥은 하나 이상의 날카로운 모서리들 19의 모양을 갖는 구조이다. 제 1 구조의 도메인 5, 코팅 물질 및 기판 물질이 같은 것일 수 있다는 것에 주목하시오. 금속 또는 용매의 용해물은 이제 장치의 상부에 적용되어 연결 채널들 17을 밀봉할 수 있고, 모세관력들은 이 유체를 마이크로 채널들 안으로 끌어들인다. 따라서, 마이크로 채널들은 이제 도 4b에 나타낸 바와 같은 바람직한 형상을 가진 와이어 그리드들을 형성하는 유체 37로 채워진다. 일단 유체 37이 마이크로 채널 내에 있는 이상, 이것은, 주어진다면, 예를 들어 용융물을 냉각시킴으로써 고체 상태로 변형될 수 있다.
ii) 유체들과의 적용들
같은 모세관력들이 2 차원의 컴포넌트 상의 스팟 A 에서 스팟 B로 액체 (또는 더욱 일반적으로는 화학적 시약들 또는 반응 프로덕트들) 를 끌어 당기는데 사용될 수 있다 (도 5 참조). 스팟 A는 한 면으로는 기능적일 수 있는데, 다시 말하면 그것의 기능은 예를 들어 본 발명에 따라서 방울 또는 액체를 그레이팅 상에 증착시켜 그레이팅 위에 소수성 오버코트에 의해 실현되는 시약을 한정할 수 있다. 이것은 또한 분석되어야 할 액체로부터 혈액의 고체 성분들 (components) 또는 침전된 펩타이드들을 여과하는 필터로써 역할을 할 수 있다. 그것에 의하여 마이크로 채널을 가진 그레이팅 구조는 화학 반응이 일어나는 스팟 B로의 전송 매개물로써 역할을 한다. 여기서 표면은 예를 들어 액체와 함께 반응할 수 있고, 예를 들어 형광 탐지 스킴 (scheme) 내에서 탐지될 수 있는 화학 약품에 의해 커버될 수 있다. 바람직한 구현예 내에서, 그레이팅의 오버코트와 표면의 화학 약품 검출 (sensibilization)은 스팟 A, 및 스팟 B 또는 장치 상의 추가적인 스팟들 간에 서로 독특하다.
이것은, 물론, 그 사이에 전송 영역을 갖는 두 스팟들 A 및 B 간에만 제한되는 것은 아니며, 스팟들의 배열 (array)에 확대된다.
스팟들의 크기는 0.05 ㎜ 특징적 치수에서 5 mm 특징적 치수까지 선택될 수 있다. 물론 이것은 생물학적 화학 반응들로 확장될 수 있다.
더 구체적인 예를 들기 위해서, 유체들 내의 입자들을 여과하기 위한 분석적 플랫폼이 기재되어 있다 (도 5 참조). 연결 채널들의 폭을 선택할 수 있는 가능성은 유체 33 내에 분산되어 있는 여과 입자들 35의 가능성을 연다. 만약 예를 들어 입장 채널의 폭 보다 큰 크기를 갖는 입자들을 포함하는 작은 물방울 (droplet)이 모세관력으로 인해 장치 상에 분산되면, 유체 33은 채널들 내로 유인되어 작은 물방울의 원래 위치로부터 떨어진 범위들 내의 채널들을 따라서 퍼져 나간다. 장치 상에서 남아 있는 큰 입자들은 분석될 수 있다. 채널들 내의 순수한 유체는 별도로 분석될 수 있다.
연결 채널들의 폭은 매우 정확하게 선택될 수 있다. 따라서, 마이크로 채널에 들어갈 수 있는 연결 채널들에 막혀있는 큰 입자들과 더 작은 입자들을 분리하는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 제조 공정을 가지고, 마이크로 채널들을 따라서 기울기 (gradient) 특성들을 실현하는 것이 가능하다. 이것을 실현할 수 있는다른 가능성들이 있다: 한가지 가능성은 그 사이에 빈 제 2 도메인 구조들 7을 가지며 길게 연장된 구성요소들인 기판 상의 도메인 구조들 5를 실현하는 것으로, 제 2 도메인 구조들 7의 폭 및/또는 깊이는 수 마이크로미터 이하의 범위이고 제 2 도메인 구조들의 폭은 연장된 구성요소들의 길이의 적어도 일부를 따라서 변한다. 본 발명에 따라서 제 1 도메인 구조들 5를 코팅함으로써 마이크로 채널의 길이의 적어도 일부를 따라서 변화하는 폭을 가진 마이크로 채널을 가져온다. 다른 가능성은 마이크로 채널의 폭의 변화를 실현하는 것이다. 연장된 구성요소들을 따라서 기판 상에 위치의 함수로써 코팅 파라미터들 내에 기울기를 도입함으로써 마이크로 채널의 폭의 변화를 실현하고, 그리하여 코팅 입자들의 각분포의 연장된 구성요소들을 따라서 코팅 입자들의 각분포의 의존성을 도입한다. 마이크로 채널들 내에 기울기 특성들을 실현함으로써 예를 들어 서로 다른 크기의 별개의 입자들을 더 분리하는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 적용에서 분석적 컴포넌트는 멤브레인, 특히 생물학적 멤브레인의 안정화 수단으로써 사용되고, 안정화는 공기 또는 유체들 내에서 멤브레인의 자유 스탠딩 (standing) 범위들을 제공한다. 이 분석적 플랫폼을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 분석적 플랫폼은 잘 한정된 폭을 가진 연결 채널들 17과 함께 사용된다. 멤브레인은 분석적 플랫폼의 커버 층 C의 상부에 직접적 또는 간접적으로 위치한다. 멤브레인들의 부분들은 연결되거나 또는 커버 9의 표면에 적어도 간접적으로 접촉한다. 멤브레인의 자유 스탠딩 부분들은 연결 채널들 17을 커버한다. 몇몇 경우에 있어서 코팅되지 않은 제 1 구조 도메인들 상의 멤브레인들을 안정화시키는 것도 가능하지만, 본 발명에 따라서 제 1 구조 도메인들을 코팅함으로써 자유 스탠딩 부분의 폭을 직접적이고 정확하게 조절할 수 있게 된다. 자유 스탠딩 부분들이 단백질들 또는 수용체들 또는 멤브레인들의 다른 기능성 수단들, 특히 생물학적 멤브레인들을 포함한다면, 거의 방해받지 않은 시스템의 반응 및/또는 역학들을 연구하는 것이 가능하게끔 한다. 유체들은 자유 스탠딩 부분 멤브레인의 양 측면들, 즉 마이크로 채널에 연결되는 측면과 마이크로 채널들의 반대의 멤브레인 측면에 적용될 수 있다. 한 측면의 유체는 다른 측면의 유체와 다를 수 있다. 예를 들어 다른 농도를 가진 이온들을 실현할 수 있고, 확산 공정들이 연구될 수 있다.
일부 생물학적 공정들 내에서 멤브레인의 한 측면 상의 특정 물질의 침투는 멤브레인의 다른 측면 상의 특정 반응을 가져온다. 예를 들어 환경으로부터 멤브레인으로 특정 물질을 커플링하는 것은 예를 들어 분석될 수 있는 마이크로 채널로 멤브레인이 확산하도록 하는 메신저 물질 내에 있을 수 있다. 일부 경우에 있어서 이것은 다른 광학 방법들에 의해 탐지될 수 있는 유체의 색의 변화를 가져올 수 있는 pH-수치의 변화를 가져온다.
다른 광학적 스킴들 (shemes)이 분석적 목적들에 사용될 수 있다. 예를 들어 제 1 구조 도메인들 5는 도판관 (waveguide) 을 형성할 수 있다. 이러한 도파관들은 이 도파관 내를 전파하는 빛이 마이크로 채널 15, 15' 내에 순간적 장을 성립시킬 수 있는 방식으로 설계될 수 있다. 도 5b에 추가로 나타낸 바와 같이, 도파관들의 안 또는 밖으로 빛을 커플링하기 위한 커플링 그레이팅들 31 이다. 그레이팅들은 중공들 밖의 빛을 커플링하기 위해 또한 사용될 수 있다. 일반적으로, 이것은 예를 들어 형광 마커들로 라벨링된 입자들의 탐지를 허용한다. 더욱 일반적으로 이 장치는 라벨 없는 탐지뿐만 아니라 라벨 탐지까지 가능하게 한다.
내장된 (embedded) 마이크로 채널을 가진 컴포넌트들이 서브 미크론 구조들의 기초 하에 어떻게 실현될 수 있는지 지금까지 보여줬다. 대체로 그러한 구조들은 20 ㎚ 와 1 ㎛ 사이의 특정 크기들을 가진 주기적 구조들이다. 깊이는 대체로 5 ㎚ 에서 3 ㎛의 범위이다. 그러나, 이러한 수들은 단지 특징적인 수치만을 나타낸다; 다른 치수들이 또한 가능하다. 실용적으로 생산가능한 마이크로 채널 형상 (geometry) 들에 적합한 광학적 및/또는 분석적 컴포넌트들의 설계를 선택하기 위한 기본적 개념은 이 개시의 다른 실시예들에 기재되어 있다. 게다가 특별한 코팅 기술들을 사용함으로써 마이크로 채널의 형상이 어떻게 영향을 받는지 설명되었다. 공기뿐만 아니라 일부 다른 물질들로 채워진 마이크로 채널을 가진 그러한 컴포넌트들로의 적용에 대한 실시예들이 주어졌다. 이것은 모세관력 때문에 가능하다고 이미 언급하였다. 그러나 압력, 자기력 또는 전기력과 같은 다른 힘들이 또한 적용될 수 있다는 것은 명백하다. 모세관력 외에 마이크로 채널 내의 유체들을 끌어내어 그들이 마이크로 채널로 들어가는 지점에서 멀리 떨어지도록 하기 위해서 표면 상태와 평행한 회전축을 가진 장치를 회전하여 생기는 원심력을 사용하는 것이 가능하다.
본 발명의 범위가 설명을 이유로 주어진 실시예들의 범위를 벗어날 수 있다는 것은 명백하다. 명백하게, 본 발명의 범위는 기판 3과 그레이팅 영역 G 사이뿐만 아니라 기판 3의 후면 또는 커버 영역 C의 상부에 단일 또는 다층 스택 (multilayer stack)을 가질 수 있는 가능성이다. 이러한 스택 (stack)들은 스트레스 보상층들 (compensating layers)을 도입하기 위해, 광학 성능을 증가시키기 위해, 전도층들 또는 다른 전기적, 광학적, 기계적 및/또는 화학적 효과를 도입하기 위해서 사용될 수 있다.
참고들
1 컴포넌트
3 기판
5 제 1 구조 도메인들
7 제 2 구조 도메인들
9 코팅
9' 멀티스택 코팅
11 측벽 커버
15 마이크로 채널
15' 마이크로 채널
17 연결 채널
19 날카로운 모서리
21 코팅 소스
23 구조화된 기판
27 회전 기판 마운트
31 커플링 그레이팅들
33 유체
35 입자들
37 중공 내를 충전하는 금속
G 그레이팅 영역
C 코팅 영역
A 스팟
B 스팟

Claims (12)

  1. 기판;
    기판 상의 마이크로 구조들의 배열; 및
    인접하는 마이크로 구조들의 측벽들에 의해 형성된 마이크로 채널을 포함하는 광학 컴포넌트로, 마이크로 채널의 폭은 상기 기판에 대한 거리의 함수로써 변화하며, 상기 폭은 하나 이상의 거리-간격 내에 있는 기판으로부터의 거리가 증가함에 따라서 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 광학 컴포넌트.
  2. 바람직하게는 청구항 내에서 청구하고 있는, 특히 바람직하게는 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 구조의 배열의 적어도 일부가 상부가 커버에 의해 코팅된 중심체를 포함하고, 상기 커버는 적어도 부분적으로 중심체의 측벽들을 커버함으로써 상기 폭이 중심체의 상부 위에서 로컬 (local) 최소를 갖는 방식으로 중심체의 상부로 확장하는 마이크로 구조 측벽 형상 (geometry)을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 컴포넌트.
  3. 바람직하게는 청구항 내에서 청구하고 있는, 특히 바람직하게는 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 폭의 로컬 (local) 최소가 상응하는 마이크로 채널의 일반적 최소인 것을 특징으로 하는 광학 컴포넌트.
  4. 바람직하게는 청구항 내에서 청구하고 있는, 특히 바람직하게는 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로컬 (local) 최소는 0과 같고 마이크로 채널은 완전히 컴포넌트의 환경으로부터 분리된 것을 특징으로 하는 광학 컴포넌트.
  5. 바람직하게는 청구항 내에서 청구하고 있는, 특히 바람직하게는 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로컬 (local) 최소는 적어도 0에 근접하고 적어도 거의 폐쇄된 마이크로 채널이 실현되는 것을 특징으로 하는 광학 컴포넌트.
  6. 바람직하게는 청구항 내에서 청구하고 있는, 특히 바람직하게는 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 중심체는 하나 이상의 금속층을 가진 제 1 층 시스템을 포함하고 커버는 하나 이상의 유전층을 가진 제 2층 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 컴포넌트.
  7. 플랫폼, 특히 분석적 플랫폼으로서,
    기판;
    기판 상의 마이크로 구조들의 배열;
    마이크로 구조들을 포함하며,
    마이크로 채널들의 폭은 기판에 대한 거리의 함수로써 변화하고, 상기 폭은 하나 이상의 거리-간격 내의 기판으로부터 거리가 증가함에 따라서 연속적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 분석적 플랫폼.
  8. 유체에서 주어진 크기의 입자들을 여과하기 위한 제 7 항의 분석적 플랫폼에 있어서, 상기 거리-간격 내 또는 밖의 상기 폭의 최소 치수는 유체로부터 여과될 입자들의 최소 치수와 같거나 또는 다소 적은 것을 특징으로 하는 분석적 플랫폼.
  9. 유체로부터 주어진 크기의 입자들을 여과하는 방법에 있어서:
    - 기판;
    기판 상의 마이크로 구조들의 배열;
    마이크로 구조들을 포함하며, 마이크로 채널들의 폭은 기판으로부터의 거리의 함수로써 변화하고, 상기 폭은 하나 이상의 거리-간격 내의 기판으로부터의 거리가 증가함에 따라서 연속적으로 감소하며, 상기 거리-간격 내 또는 밖의 상기 폭의 최소 치수는 유체로부터 여과될 입자들의 최소 치수와 같거나 또는 다소 적은 것을 특징으로 하는 플랫폼을 제공하는 단계;
    - 여과될 유체를 플랫폼의 표면에 적용하는 단계;
    - 여과될 유체가 마이크로 채널로 입장하도록 하고 여과되어야 할 입자들이 마이크로 채널로 입장하는 것을 막도록 모세관력을 이용하는 단계;
    - 마이크로 채널을 따라서 여과될 유체가 퍼질 수 있도록 여과된 어떠한 유체도 표면에 적용되지 않은 플랫폼의 범위들에 모세관력, 중력 및 원심력 중 하나 이상을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체로부터 주어진 크기의 입자들을 여과하는 방법.
  10. 적어도 부분적으로 내장된 (embedded) 마이크로 채널들의 배열을 제조하는 방법에 있어서,
    기판을 제공하는 단계;
    상기 기판에 표면 마이크로 구조들을 적용하는 단계;
    상기 기판을 증기 처리에 안내하는 단계;
    코팅 입자들을 상기 마이크로 구조들로 안내하기 위해 물리적 증착 기술을 사용하여 상기 마이크로 구조 상에 커버를 증착하는 단계;
    적어도 부분적으로 마이크로 구조들의 측벽들의 상부들의 폭을 좁게 하기 위해서 코팅 메카니즘에 쉐도우잉 (shadowing) 효과들을 사용하고, 그리하여 적어도 부분적으로 내장된 (embedded) 마이크로 채널을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 부분적으로 내장된 (embedded) 마이크로 채널들의 배열을 제조하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 광학 컴포넌트를 포함하는 플랫폼.
  12. 적어도 주어진 크기의 유체의 밖으로 나온 입자들에 의해 추가로 처리되어야 할 프로덕트 (product)을 제조하는 방법에 있어서,
    - 기판;
    기판 상의 마이크로 구조들의 배열;
    마이크로 구조들을 포함하며, 마이크로 채널의 폭이 기판으로부터의 거리의 함수로써 변화하고, 상기 폭은 하나 이상의 거리-간격 내의 기판으로부터의 거리가 증가함에 따라서 연속적으로 감소하며, 상기 거리-간격 내 또는 밖의 상기 폭의 최소 치수는 유체로부터 여과될 입자들의 최소 치수와 같거나 또는 다소 적은 것을 특징으로 하는 플랫폼을 제공하는 단계;
    - 플랫폼의 표면으로 유체를 적용하는 단계;
    - 여과될 유체가 마이크로 채널로 입장하도록 하고 여과되어야 할 입자들이 마이크로 채널로 입장하는 것을 막기 위해 모세관력을 이용하는 단계;
    - 상기 유체의 퍼짐 및/또는 상기 입자들을 상기 프로덕트 (product) 로써 활용하여, 마이크로 채널을 따라서 여과될 유체가 퍼질 수 있도록 상기 유체 중 어느 것도 표면에 적용되지 않은 플랫폼의 범위들에 모세관력, 중력 및 원심력 중 하나 이상을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 주어진 크기의 유체의 밖으로 나온 입자들에 의해 추가로 처리되어야 할 생성물을 제조하는 방법.
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