KR20110124374A - 구조화된 표면을 구비한 제품 생산 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 유리 또는 유리와 유사한 층들에 마이크로구조들을 공정하는 것에 기초한다.
이러한 목적을 위하여, 구조화된 표면(20a)를 구비한 보조 기판(10, 20)이 사용되는데, 상기 표면은 생산될 제품에 관한 음각 금형을 정의한다. 그 후, 유리의 층(30) 또는 유리와 유사한 물질이 상기 보조 기판의 구조화된 표면(20a)에 증발 코팅에 의하여 도포된다. 그 후, 상기 보조 기판은 예를 들어 습성 화학적 수단에 의하여, 양각 구조가 커버되지 않는 방식으로 제거된다.
본 발명은 마이크로렌즈들과 같은 뛰어난 마이크로채널들 및 광학적 마이크로구조들을 생산하는 것을 가능하게 한다.

Description

구조화된 표면을 구비한 제품 생산 방법{METHOD FOR PRODUCING A PRODUCT HAVING A STRUCTURED SURFACE}
본 발명은 구조화된 표면을 구비한 제품 생산을 위한 방법, 그리고 일반적으로 이러한 유형의 제품들에 관한 것으로, 보다 구체적으로 유리에 마이크로 구조를 발생하기 위한 방법에 관한 것이다.
유리는 그의 우수한 광학적 및 화학적 특성에 의해 광범위한 응용분야에서 가치가 있으며 사용된다. 예를 들어, 유리는 물과 수증기에 매우 내구성이 높고, 그리고 특히 산과 염기와 같은 반응성 강한 성분에 또한 내구성이 높다. 또한, 다른 조성물이나 첨가물의 사용에 의해, 유리는 매우 가변성이며, 이에 따라 매우 넓은 범위의 응용 분야에 적합하다.
유리에 관한 주요한 한 응용 분야는 광학 및 광전자공학이다. 예를 들어, 데이터 전송의 분야에서 광학적 구성부품들을 사용하지 않는 것은 이제 상상도 할 수 없는 일이다.
특히 이러한 응용 분야에서, 상기 구성부품들은 매우 작아지고 있고, 결과적으로 상기 부품들의 정확성에 대한 요구가 지속적으로 증가하고 있다. 극히 높은 광학적 품질의 광영향, 예를 들어 굴절성 또는 회절성 요소들에 관한 강한 요구가 존재한다. 이러한 관점에서, 단지 예로서 광학적 마이크로렌즈가 언급될 수 있다.
유리의 우수한 광학적 특성들 때문에. 유리는 이러한 목적에 매우 적절하다. 그러나 반면에, 유리는 사용에 있어 특정한 어려움을 보인다. 예를 들어, 유리의 정확한 기계가공, 특히 정밀 구조화가 문제된다.
습식 화학적 수단 또는 건식 화학적 수단에 의해 유리를 식각하는 것이 잘 알려져 있는데, 특히 유리의 경우에 있어서만 낮은 식각율로 수행되고, 결과적으로 이러한 유형의 공정은 느리고, 이에 의해 대량 생산은 매우 고비용으로 된다.
예를 들어, 포투란(FOTURANTM)과 같은 광구조화가능한 유리들을 이용하는 것이 또한 알려져 있다. 그러나 이러한 유형의 유리들은 매우 비싸다.
레이저를 사용하여, 유리 상에 정확한 구조가 또한 형성될 수 있는데, 이러한 기술도 역시 매우 느리고, 유사하게 대량 생산은 매우 고비용으로 된다.
또한, 다수의 공지된 기계적 기계가공 공정, 예를 들어, 연삭(grinding) 및 연마(polishing)가 존재하는데, 그러나 이러한 공정들은 일반적으로 다른 공정들에 의해 달성될 수 있는 정확도나 정밀도를 얻지 못한다.
그러므로, 본 발명은 구조화된 표면을 구비한 제품을 단순하고 저비용으로 생산할 수 있는 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 정확하고 정밀하게 위치되고 및/또는 다양한 구조화를 허용하는, 구조화된 표면을 구비한 제품을 생산하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유리에 적합하거나 또는 유리 구조를 가지는 물질에 적합하거나, 그 물질들에 한정됨 없이 구조화된 특히 마이크로 구조화된 표면을 구비한 제품을 생산하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 대량 생산에 적합하고 종래 기술의 단점들을 없애거나 적어도 감소시키는 구조화된 표면을 구비한 제품의 생산 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 단순히 독립 청구항들의 내용에 의해 매우 단순하게 달성된다. 본 발명의 유익한 개선점들은 종속 청구항들에서 정의된다.
본 발명은 소정의 방식으로, 특히 마이크로 구조들, 예를 들어 마이크로 렌즈들 및/또는 마이크로 채널들을 유리 내에 또는 유리로부터 생산하기 위한 구조화된 표면을 구비한 제품을 생산하는 공정을 제공한다. 상기 공정은 보조 기판을 제공하는 단계와, 상기 보조 기판의 적어도 한 표면을 구조화하는 단계와, 그리고 상기 보조 기판의 구조화된 표면에 제 1 물질의 제 1 층을 도포하는 단계를 포함한다.
본 명세서에서, 상기 보조 기판의 상기 구조화된 표면은 상기 보조 기판의 실제 구조화된 표면을 의미하는 것으로 이해될 필요가 없고 오히려 상기 보조 기판에 도포된 층의 구조화된 표면도 포함된다고 이해되어야 한다. 그렇지만, 상기 보조 기판 역시 직접적으로 구조화될 수 있다.(도 4a, 도 4b 및 도 4c를 참조하라)
보조 기판을 구조를 정의하는 요소로서 사용하는 것은, 추가된 층들에 적합한 경우, 본 발명에서 매우 유리한 것으로 밝혀졌는데, 이는 이러한 보조 기판의 물질이 구조화가능 특성들에 근거하여 선택되거나 조정될 수 있기 때문이다. 특히, 상기 보조 기판은 반드시 투명할 필요가 없는데, 이는 다시 제거되어서 최종적인 생산품의 일부가 되지 않기 때문이다. 상기 제거가능한 보조 기판은 적당하다면 재사용가능하고, 따라서 비용 감축에 또한 기여하게 된다.
따라서, 상기 보조 기판은 바람직하게는 상기 제 1 층을 도포한 후에, 만일 적당하다면 추가적인 공정 단계들 후에, 특히 상기 제 1 층으로부터 또는 생산품으로부터 분리되거나 다시 제거될 수 있다. 달리 말하면, 상기 제 1 층은 상기 구조화된 표면을 유지하는 동안 상기 보조 기판으로부터 분리되거나 제거될 수 있다.
그러므로, 특히. 본 발명에 따른 방법에서, 소정의 형태로 구조화된 표면을 구비하는 음각(negative) 마스크 또는 금형(mold)이 제공되고, 상기 제 1 층에서 상기 네거티브 마스크의 구조화된 표면의 양각 인상(positive impression)을 생성하기 위하여, 상기 제 1 층이 상기 음각 마스크 상에 증착된다.
제 3 물질, 특히 유리, 유리 구조를 구비한 물질 또는 다른 것, 특히 투명한 재료로 만들어진 자기 지지형 캐리어 또는 제품 기판 물질이 상기 제 1 층에 도포되는 것이 바람직하다.
기판 상에 구조화된 층, 특히 제품 기판을 생성하기 위한 본 발명에 따른 공정은, 기존 공정에서와 같이 상기 층이 상기 제품 기판으로부터 분리되어 성장되지 않고 오히려 생산될 제품의 측면에서, 상기 제품 기판을 향해 성장되기 때문에 매우 놀라운 접근이라는 점이 명백할 것인 바, 이는 사용된 음각 기술은 상기 구조화 층이 상기 보조 기판 상에서 성장됨을 의미하기 때문이다.
본 발명에 따른 상기 방법은, 유리에 마이크로 구조를 생성하는데 단순하고, 빠르고, 그리고 저비용이라는 점에서, 특히 유리하다. 또한, 대응하는 음각 금형들을 정의하는 상기 보조 기판의 표면을 구비하는 상기 층 표면에 매우 작은, 특히 회절성 또는 굴절성인 구조들, 예를 들어 마이크로 렌즈들 또는 마이크로 채널들을 생성하는 것이 가능하다.
또한, 상기 표면 구조는 사용되는 상기 음각 기술에 의해 정확하게 미리정해지고 제어될 수 있어서, 균일한 제품 품질 및 높은 표면 품질을 달성하는 것이 가능하다.
상기 제 1 물질은 유리이거나 유리와 유사한 물질인 것이 바람직하고, 따라서 상기에 개략적으로 설명한 이점들을 가지는 소정의 형태로 구조화된 유리 층을 생산하는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 유리, 유리와 유사한 물질 또는 다른 투명한 물질로 만들어진 예를 들어 마이크로 렌즈인 마이크로 구조는 유리 섬유 광학의 분야에서 매우 광범위한 잠재적인 응용들을 가진다.
유리와 유사한 적합한 층은 특히 CVD(화학적 기상 증착:chemical vapor deposition)에 의해 증착되고 예를 들어 인 및/또는 붕소로 도핑되는 SiO2 층이다. 인 및 붕소는 유사하게 증기 상(vapor phase)으로 증착된다. 이러한 유형의 층은 리플로(reflow) 온도가 유리의 경우보다 낮은 점에서 이점을 가진다.
본 발명에 따라 구조화된 제품이 마이크로 유체공학에서의 사용에 매우 적합하다는 본 발명의 추가적인, 예상 못한 이득이 알려졌다. 본 명세서에서, 마이크로 채널들을 구비한 상기 유리 층이 높은 화학적 안정성을 특징으로 하는 것은, 특히 유리하다.
유리는 그 열적, 기계적 그리고 광학적 특성의 측면에서 고도의 가변성을 특징으로 하고 있다.
상기 제 1 층 또는 유리 층이 상기 보조 기판 상에, 증발 코팅(evaporation coating)에 의해서 증착되는 것이 특히 바람직하다. 전자 빔 증발 코팅 공정 또는 스퍼터링(sputtering) 공정이 특히 적합하다고 알려졌다. 본 명세서에서는, 증발 코팅 유리, 예를 들어 Schott사에서 생산된 증발 코팅 유리 8329가, 상기 보조 기판 상에서 증기를 응결시키고 유리화하면서(vitrify), 전자 빔에 의해 진공 챔버에서 증발될 때까지 가열되는 것이 바람직하다.
이러한 측면에서, 본 발명은 본원 출원인과 동일한 이름으로 출원된 다음의 특허출원과 관계있는 바, 이들 출원은 참조로써 본 명세서에 인용된다.
DE 202 05 830.1, 2002년 4월 15일 출원
DE 102 22 964.3, 2002년 5월 23일 출원
DE 102 22 609.1, 2002년 5월 23일 출원
DE 102 22 958.9, 2002년 5월 23일 출원
DE 102 52 787.3, 2002년 11월 13일 출원
DE 103 01 559.0, 2002년 1월 16일 출원
하기의 파라미터들은 유리의 연속 층을 도포하는 데에 유리하다.
기판의 표면 거칠기 : < 50㎛
증발 동안의 BIAS 온도 : ≒ 100℃
증발 동안의 기압 : 10-4 mbar
상기 제 1 층을 증발 코팅에 의하여 증착 또는 도포하는 것은 플라즈마 이온 보조 증착(PIAD)에 의하여 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 상기 기판 상에 추가적으로 이온빔이 가해진다. 이온 빔은 플라즈마 소스, 예를 들어 적당한 가스의 이온화에 의하여 발생될 수 있다. 상기 플라즈마에 의하여 상기 층은 더욱 더 고밀도화되고, 느슨하게 부착된 입자들이 상기 기판 표면으로부터 제거된다. 이에 의하여 특히 고밀도이며, 낮은 결함의 증착층들이 얻어진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제 1 층은 그 층이 도포 또는 증착된 후에 예를 들어 화학적으로 및/또는 기계적으로 평탄화된다. 이러한 목적을 위한 적절한 공정들에는 습식 화학적 식각 또는 상기 유리 층의 연삭(grinding) 및/또는 연마(polishing) 공정이 포함된다. 이러한 경우에, 상기 제품 기판은 하기의 평탄화가 이루어진 후에 부여되는 것이 바람직하다.
상기 제품 기판, 특히 자립되고 상기 제품에 안정성을 제공하는 상기 제품 기판이 상기 평탄화된 제 1 층 또는 유리 층에 적용되는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 상기 제품 기판은, 예를 들어 상기 제 1 층에 대해 양극 접합된다. 양극 접합은 생산된 제품에 높은 화학적 부하(chemical load)를 가할 수 있게 한다는 점에서 유익하다.
대안적으로 또는 추가적으로, 상기 제품 기판은 상기 제 1 층에 접착 결합된다. 특히 이러한 경우에, 상기 접착제에 의해 비평평함이 보완되기 때문에, 상기 평탄화는 생략되는 것이 유익하다. 이러한 예에서, 상기 평탄화는 말하자면, 상기 접착제에 의해 영향을 받는다. 이러한 간단한 실시예는 비광학적 제품들, 예를 들어, 마이크로 유체공학에 관한 제품들에 특히 적당하다. 상기 사용된 접착제는 예를 들어, 에폭시(epoxy) 특히 투명한 에폭시 수지이다.
양극 접합 동안, 그리고 접착식 결합 동안 모두 에폭시를 사용하는데, 고정되고 영속성이 있는 샌드위치식 합성물이 양극 접합 또는 상기 에폭시 수지에 의해 구현되는 바, 상기 합성물은 상기 제품 기판, 상기 제 1 층 또는 유리 층, 및 상기 접합 층을 포함하고, 상기 합성물은 본 발명에 따른 공정에 의해 생산가능하거나 생산된 상기 보조 기판의 제거 후에 중간 생산물 또는 최종 생산물로서 얻어진다.
특히, 상기 제품 기판 및/또는 제 1 층은 투명하고, 이에 의해 상기 합성물은 특히, 바람직하게는 가시광선 또는 적외선 영역에서 빛이 투과될 수 있거나 또는 빛에 투명하다. 즉, 본 발명에 따라, 광학적 예를 들어 굴절성 또는 회절성의 합성물 소자가 생성된다. 그러므로, 예를 들어 본 발명은 마이크로 렌즈 어레이 전체를 생성하는데 이용될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 예를 들어 반사 방지 코팅 및/또는 적회선 흡수 층과 같은 추가적인 층들이, 상기 평탄화된 제 1 층에, 즉 상기 제 1 층과 상기 제품 기판 사이에 도포되는 것이 바람직하다. 그러나 이러한 타입의 층 또는 층들은 또한 상기 제 1 층으로부터 대향하는 면에 있는 결합된 층 상에서 상기 제품 기판에 도포될 수 있다. 이러한 방식으로, 추가적인 광학적 구성부품들이 통합된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 보조 기판은 제 2 물질로 만들어진 또는 그러한 물질로 구성된 자립 캐리어를 포함한다. 상기 사용된 제 2 물질은 바람직하게는 유리가 아니고, 실리콘 및/또는 세라믹 및/또는 예를 들어 알루미늄인 금속 및/또는 금속 합금이다.
본 발명의 임의의 실시예에 따라, 상기 보조 기판, 보다 정확하게는 상기 제 2 물질은 직접 구조화되고, 결과적으로 반드시 추가적인 층들이 도포될 필요는 없지만 상기 유리 층의 증착에 앞서, 추가적인 층들이 도포될 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 보조 기판은 상기 구조화하는 단계에 앞서서 또는 적당하다면 상기 구조화하는 단계 후에, 화학적 또는 기계적 방식에 의하여, 예를 들어 평면 래핑(plane-lapping)에 의하여 평탄화된다.
상기 유리 층의 증착 후에 상기 유리 구조를 노출시키기 위하여, 상기 보조 기판은, 특히 상기 제 2 층은 실질적으로 완전히 또는 적어도 부분적으로 식각되어 제거되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 실리콘 보조 기판의 경우에, 상기 실리콘 보조 기판은 수산화 칼륨에 의해 화학적으로 용해된다.
상술한 실시예에 대안적으로 또는 추가적으로, 다른 실시예에 따라서 상기 보조 기판은 제 2 물질로 만들어진 자기 지지 캐리어 및 상기 캐리어에 도포되는 구조화 층을 포함한다. 이러한 경우에, 상기 캐리어가 아닌 구조화 층의 쪽이 구조화되는 것이 바람직하다.
상기 구조화 층은 특히 레지스터 또는 포토레지스트를 포함하거나 그들로 구성된다. 그레이 스케일 레지스트는 특히 아날로그 구조, 예를 들어 렌즈들을 생산하는데 이용된다. 상기 유리 층의 증착에 이어서, 상기 구조화 층이 그 후 완전히 또는 적어도 부분적으로 식각되어, 특히 화학적으로 용해됨으로써 제거된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 하나 이상의 중간 층들이 또한 상기 캐리어와 상기 구조화 층 사이에 배치된다. 상기 중간 층 또는 층들은 바람직하게 레지스트를 포함하거나 또는 레지스트로 구성된다. 특히, 상기 중간 층의 레지스트 및 상기 구조화 층의 레지스트는 다른 물질로 만들어지고, 이에 의해 상기 레지스트들은 선택적으로 식각되어 제거될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 보조 기판 또는 구조화 층은 리소그라피 방식에 의해 구조화된다. 그러나, 대안적으로 또는 추가적으로 상기 구조화는 정밀 마스터에 의하여, 예를 들어 압축, 특히 필름이나 포일(foil)안으로 압축함으로써 기계적으로 생성되는 것이 또한 가능하다. 이러한 단순화 과정에서도, 마이크로미터 범위에서의 정확성을 달성하는 것이 가능하다.
예를 들어 상대적으로 낮은 정확성이 요구되는 구조들에 관하여, 상기 구조화는 스크린 프린팅에 의하여 생성될 수 있다.
미리 구조화되거나 마이크로구조화된 필름이나 포일을 상기 보조 기판에 적용 또는 접착식으로 결합하는 것은 특히 단순한 것이며, 이에 따라 바람직하다.
또한, 본 발명은 202년 4월 15일에 출원한 독일 실용신안 출원 U-202 05 830.1 및 202년 5월 23일에 출원한 독일 특허 출원 DE-102 22 609.1에 제시된 발명에 관련되어 있다. 그러므로, 상기 두 출원들의 내용은 본 명세서에 참조로서 인용한다.
하기에서, 본 발명은 도면을 참조하여 예시적인 실시예들에 근거하여 보다 상세히 설명될 것이다.
구조화된 표면을 구비한 제품을 단순하고 저비용으로 생산할 수 있는 방법이 제공된다.
도 1a 내지 도 1i는 본 발명의 제 1 실시예에 따라서, 본 발명에 따른 제품의 생산을 도시한다.
도 2f 내지 도 2g는 본 발명의 제 2 실시예에 따라서, 본 발명에 따른 제품의 생산을 도시한다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제 3 실시예에 따라서, 본 발명에 따른 제품의 생산을 도시한다.
도 4a, 도 4c, 및 도 4d는 본 발명의 제 4 실시예에 따라서, 본 발명에 따른 제품의 생산을 도시한다.
도 5f 및 도 5g는 본 발명의 제 5 실시예에 따라서, 본 발명에 따른 제품의 생산을 도시한다.
도 6a, 도 6d 및 도 6f는 본 발명의 제 6 실시예에 따라서, 본 발명에 따른 제품의 생산을 도시한다.
도 7은 TOF-SIMS 측정 결과를 도시한다.
도 8은 현미경 이미지의 사진을 도시한다.
도 9는 누설차단(leaktightness) 테스트에 관한 홀 마스크를 구비한 웨이퍼를 도식으로 도시한다.
하기에서, 예로서, 본 발명의 6개의 실시예들이 설명되는 바, 다양한 실시예들의 특징들은 서로 간에 조합될 수 있다.
도면들은 대응하는 생산 단계에서 상기 제품의 도식적인 단면도를 도시한다.
명료화를 위하여, 동일하거나 유사한 생산 단계를 나타내는 도면들은 같은 문자들로 표시되었고, 결과적으로 임의의 문자들은 도면의 순서에서 생략되었다. 도면에서 동일하고 유사한 부분들은 같은 참조 부호들로 나타난다.
실시예 1
도 1a는 실리콘으로 만들어진 보조 기판(10)을 도시한다.
다음 공정 단계에 따라서, 도 1b에 도시된 포토레지스트 층, 보다 구체적으로 그레이 스케일 레지스트(20)가 상기 기판(10)의 상부면(10a)에 도포된다. 상기 그레이 스케일 레지스트는 아날로그 구조들을 생성하는 것이 또한 가능하다는 장점을 가진다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 그레이 스케일 레지스트(20)에 그레이 스케일 리소그라피에 의하여 구조들(21 내지 24)이 생성된다. 상기 구조들(21 및 22)은 두 개의 볼록 렌즈에 관한 음각 금형으로서 설계된 두 개의 회전식의 대칭적인 중공(hollow)을 나타낸다. 상기 구조(23)는 삼각 구조에 관한 음각 금형을 형성하고 상기 구조(24)는 사각형의 이원(binary) 회절 구조에 관한 음각 금형을 나타낸다.
도 1d에 도시된 바와 같이, 제 1 층 또는 유리 층(30)이 PVD(물리적 기상 증착:physical vapor deposition)에 의해 상기 레지스트(20)의 상부면(20a) 상에 증착된다. 이러한 예에서, 상기 Schott Glas사에서 생산된 증착 코팅 유리 8329가 상기 유리 층(30)에 대한 물질로서 사용된다. 그러나 대안적으로 증발 코팅에 적합한 다른 임의의 유리를 실제 사용하는 것도 또한 가능하다. 그러나, 유리가 아닌 다른 물질들, 예를 들어 Al2O3 또는 SiO2를 증착하는 것도 또한 가능하다.
도 1d에 도시된 바와 같이 상기 유리 층(30)의 평평하지 않은 표면(30a)을 평탄하게 하기 위하여, 상기 층이 평탄화된다.
본 예시적인 실시예에서, 상기 평탄화는 상기 보조 기판(10)으로부터 떨어진 상기 유리 층(30)의 그 면(30a)에서 상기 유리 층(30)을 연삭 및 연마함으로써 이루어진다. 결과적으로, 상기 유리 층(30)은 평평하게 연마된 표면(30b)이 된다. 상기 평탄화 단계 후의 결과는 도 1e에 도시된다.
도 1f에 도시된 바와 같이, 상기 보조 기판(10)과 동일하지 않은 제품 기판(50)이 상기 유리 층(30)의 표면(30b)에 양극 접합되는데, 상기 접합은 도 1f에서 참조 번호(40)로 표시된다.
예를 들어, 사용된 상기 제품 기판(50)은 압연한 판, 특히 Schott사에서 생산된 D263이다. 임의의 응용에 따라, Schott사에서 생산된 AF45, AF37와 같은 알칼리가 포함되지 않은 유리가 또한 유익하다. 대안적으로, 상품명 "Tenaer Glas"로 알려진 Schoot사에서 생산된 Borofloat 33과 같은 플로트 유리(float glass)가 사용된다. 상기 제품 기판(50)은 자기 지지이고 생산될 제품을 안정화하고, 결과적으로 이러한 예에서, 상기 유리 층(30)은, 요구되는 경우 자기 지지일 수 있으나, 자기 지지가 아니다.
그 후, 상기 보조 기판(10) 및 상기 그레이 스케일 레지스트(20)가 상기 그레이 스케일 레지스트를 식각함으로써 제거되고, 이에 의해 도 1g에 도시된 바와 같이 잔여하는 것은 상기 제품 기판(50), 상기 유리 층 또는 유리 구조(30) 및 상기 양극 접합(40)이다. 상기 유리 층(30)은 상기 음각 구조들(21 내지 24)에 상보적인 양각 구조들(31 내지 34)을 가진다. 상기 양각 구조들은 약 1mm의 지름을 가지는 두 개의 회전식의 대칭적인 볼록 렌즈들(31 및 32), 삼각 돌출부(33) 및 사각 구조(34)를 포함한다. 상기 구조들(33 및 34)은 상기 도면의 평면에 수직 방향으로 확장된다. 그러나 당업자에게는 본 발명에 따른 공정이 상기 유리 층(30) 내의 다른 바람직한 이원 또는 비 이원 구조를 실제로 생성하는데 이용될 수 있음이 명백할 것이다. 특히, 500㎛, 200㎛, 100㎛, 50㎛, 20㎛ 및 10㎛보다 작은 구조들을 생산하는 것도 가능하다. 도 1g에 도시된 상기 제품은 이미 마이크로구조화된 표면을 구비한 광학적으로 투명한 제품을 나타냈다. 그러나, 이러한 예시적인 실시예에 따르면, 이중 면의 구조화된 표면들을 구비하는 제품을 얻기 위하여 상기 제품은 도 1h 및 도 1i에 도시된 바와 같이 더 공정된다.
도 1h에서, 반사방지 코팅(60)이 상기 유리 층(30)과 떨어져 있는 상기 제품 기판(50)의 상부면(50a)에 도포된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 예를 들어 적외선 흡수 층 및/또는 다른 광학적 층들을 도포하는 것 역시 가능하다.
도 1i에 도시된 바와 같이, 제 2 구조화된 유리 층이 양극 접합(70)에 의해서 반사방지 코팅(60)에 도포된다. 상기 제 2 구조화된 유리 층(80)은 상기 제 1 구조화된 유리 층(30)과 같은 공정을 사용하여 생산된다. 이 명세서에서, 상기 제 2 구조화된 유리 층(80)이 관련된 포토레지스트 및 보조 기판(도시되지 않음)과 함께, 즉 도 1e에 대응하는 단계에서, 상기 반사방지 코팅(70)에 도포되고, 그 후 상기 제 2 유리 층(80)에 관련된 상기 포토레지스터 및 보조 기판(도시되지 않음)은 단지 식각되어 제거되는 것이 유리하게 될 것이다.
대안적으로, 상기 보조 기판(10) 및 상기 포토레지스트(20)가 상기 제 1 구조화된 유리 층(30)으로부터 식각되어 제거되기 전에, 즉 도 1f에 도시된 단계에서 상기 제 2 구조화된 유리 층(80)이 또한 상기 제품 기판(50)에, 만일 적당한 경우라면 상기 반사방지 코팅(60) 및/또는 다른 층들과 함께 도포될 것이다. 이러한 과정은 상기 제 1 및 제 2 구조화된 유리 층들(30, 80)에 관련된 상기 포토레지스트들 및 보조 기판들이 동시에 식각되어 제거될 수 있다는 점에서 이득이다.
실시예 2
도 2f는 양극 접합이 아닌 에폭시 층(41)에 의해 접착식으로 결합된 제품을 도시한다. 그의 다른 점은 도 2f에 도시된 단계까지 상기 제품은 도 1a 내지 도 1d에 도시된 단계들과 같은 방식으로 생산된 것이다.
그러므로, 상기 제품 기판 또는 캐리어(50)를 접착식으로 결합하는데 사용되는 시작 점은 상기 유리 층(30)을 평탄화하는 단계에 앞선 제품이다. 상기 제품 기판(50)은 에폭시에 의해서 상기 평평하지 않은 유리 층(30)에 접착식으로 결합된다. 도 2f에서 도시되는 바와 같이, 상기 에폭시(41)는 상기 유리 층(30)의 비평평함을 보완한다.
도 2g에서, 상기 보조 기판(10) 및 상기 포토레지스트(20)는 상기 제 1 실시예에의 방식으로 식각되어 제거된다.
도 2g에 도시된 제품(1)은 상기 이원 구조(34) 대신에 삼각 이원 구조(35)를 더 갖는다는 점에서 도 1d에 도시된 제품과 다르다. 0.1 내지 2 ㎕ 범위의 부피를 가지는 마이크로 채널(36)이 상기 도면의 평면에 수직으로 연장하는 상기 두 개의 삼각 구조들(33, 35) 사이에 형성된다. 그러므로, 상기 제품(10)은 특히 유리의 생물학적 중립성 때문에, 예를 들어 DNA 프로세서로 알려진 마이크로 유체공학용에 매우 적합하다.
도 2g에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 상기 제품(1)에서, 상기 접합된 또는 부착된 층(41)이 양쪽 면에서 평면이 아니기 때문에, 상기 구조화된 유리 층(30) 및 상기 제품 기판(50)의 것과 유사한 굴절율을 갖는 에폭시를 사용하는 것이 이득이라고 밝혀졌다.
한 성분에 근거한 광학적 에폭시 접착제, 예를 들어 Delo에서 생산된 "Delo Katiobond 4653"인, 굴절률 n=1.5이고 무용매(solvent-free)의 UV 접착제가 특히 에폭시 41로서 사용하는데 적합하다고 알려졌다.
이러한 경우에서, 상기 굴절률은 다음과 같이 선택된다.
제품 기판(50) 글라스 AF45 n=1.52
에폭시 층(41) Delo Katiobond 4653 n=1.50
유리 층(30) 증발 코팅 글라스 8329 n=1.47
Borofloat(33)(n=1.47) 또는 D263(n=1.52)가 상기 제품 기판(50)을 위한 물질로서 사용되는 경우, 굴절률 차이가 작음으로 인하여, 같은 에폭시로 작업하여도 잘 기능한다. 다른 유리들이 상기 유리 층(30) 또는 상기 제품 기판(50)에 사용되는 경우, 그에 대응하는 굴절률을 갖는 에폭시가 선택된다. 굴절률이 1.3 내지 1.7인 에폭시들이 이러한 목적에 유효하다.
실시예 3
도 3a 내지 도 3f는 독특한 이원 구조들을 구비한 본 발명의 제 3의 실시예에 따른 제품의 생산을 도시한다.
우선, 도 3a에서 실리콘으로 만들어진 자기 지지 보조 기판(10)이 공급된다. 그 후, 제 1 중간 층(15)이 상기 보조 기판(10)에 도포된다. 상기 중간 층(15)은 포토레지스트이거나, 또는 예를 들어 플라스틱 물질로 만들어진 광학적으로 반응하지 않는 단순한 중간 층일 수 있다.
포토레지스트 층(20)이 상기 중간 층(15)에 도포되고, 예를 들어 포토리소그라피에 의하여 이원 형태로 구조화된다. 그 결과가 도 3c에 도시된다.
그 후, 도 3d에서 유리 층(30)이 증발 코팅에 의해 도포된다. 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 유리 층(30)이 평탄화되고 제품 기판(50)이 상기 평탄화된 유리 층(30)에 양극 접합된다.
그 후, 상기 보조 기판, 상기 중간 층(15) 및 상기 포토레지스트 층(20)이 식각되어 제거되고, 이에 의해 상기 유리 층(30)의 상기 구조화된 표면(30c)이 노출되고, 결과적으로 도 3f에 도시된 바와 같이, 상기 광학적 제품(1)이 생산된다.
이러한 경우에, 상기 중간 층(15)은 상기 증발 코팅 유리(30)가 상기 보조 기판(10)에 접착식으로 접합되는 것을 방지한다. 결과적으로, 상기 언급한 실시예는 그레이 스케일 레지스트가 이용되지 않는 이원 구조들의 생산에 특히 유리하다.
실시예 4
도 4a에서, 본 발명의 제 4의 실시예에 따라서 제품 생산을 위하여 보조 기판(10) 공급된다. 상기 보조 기판(10)은 연마된 실리콘 웨이퍼로 구성된다.
도 4c에서, 이원 음각 구조(10a)가 상기 보조 기판(10)에, 즉 상기 실리콘에 습식 화학적 식각에 의하여 직접 생성된다.
그 후, 상기 유리 층(30)이 증발 코팅에 의해 도포되고, 상기 제품은 나머지 실시예에 따라서 더 공정된다.
이러한 예시적인 실시예에서, 상기 보조 기판(10), 보다 구체적으로는 상기 실리콘은 상기 구조화된 표면(30c)을 노출시키기 위하여 KOH 용액에 의하여 용해된다.
실시예 5
도 5f는 도 3f에 대응하는 단계에서, 제 5의 실시예에 따라서 본 발명에 따른 제품을 도시하는 바, 약간 다르게 구조화된 표면(30c)을 보인다. 유리 층(30)의 상기 표면(30c)은 중앙에 리세스(35)가 있고 바깥쪽 변부에 상승된 돌출부(projection)들(36)이 있다.
도 5g에서, 제품(1) 상의 상기 유리 층(30)의 상기 돌출부들(36)의 아래 면은 제 2 양극 접합(70)에 의하여 제 2 돌출 기판(81)에 결합된다. 이는 MEMS(마이크로 전기기계 장치: micro-electromechanical system) 구조(82) 주변에 중앙의 캐비티(35)를 생성하는데, 이는 이러한 공정에 의하여 밀봉된다.
실시예 6
도 6a는 양각된 예를 들어 3M사의 롤 형태로부터 상업적으로 이용할 수 있는 것으로 미리 구조화된 플라스틱 필름(25)을 도시한다.
상기 미리 구조화된 필름(25)이 예를 들어 접착식 결합에 의하여 상기 보조 기판(10)에 도포된다. 그 후, 상기 유리 층(30)이 상기 플라스틱 필름(25)의 상기 구조화된 표면에 도포된다.
도 6f에서, 상기 유리 층(30)이 아래로 내려오고 상기 제품 기판(50)에 양극 접합된다. 그 후, 상기 보조 기판(10) 및 플라스틱 필름(25)이 예를 들어, 식각에 의하여 또는 다른 분리 방식에 의하여 제거된다. 그 후, 상기 유리 캐리어(50)에서 상기 구조화된 유리 층(30)의 형태의 한 면에서 구조화된 표면을 구비한 완전히 투명한 제품(1)을 생산한다.
하기에서는, 기상 코팅에 의하여 증착된 Glas 8329로부터 형성된 유리 층들 상에서 수행된 다수의 테스트들의 결과를 나타낸다.
도 7은 TOF-SIMS 측정의 결과를 나타내는 바, 계수 율(count rate)이 스퍼터링 시간(sputtering time)의 함수로서 도시된다. 상기 측정은 상기 유리 층내의 원소 농도의 프로필을 특정한다. 상기 층 두께의 일정성이 1% 미만인 것으로 상기 유리 층에 관하여 결정되었다.
도 8은 Glas 8329로부터 본 발명에 따라서 생산된 유리 구조들을 도시한다.
또한, Glas 8329로부터 형성된 카피 보호 층의 누설차단 테스트들이 다음과 같이 수행된다.
실리콘 웨이퍼가 식각 정지 마스크를 구비한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(97)는 9 개의 홀 영역들(98)(1㎝ ×1㎝)로 분리된다. 상기 영역에서 이격된 개별적인 홀은 다음과 같이 열에 따라서 변화한다.
제 1 열 : 1 ㎜ 홀 이격
제 2 열 : 0.5 ㎜ 홀 이격
제 3 열 : 0.2 ㎜ 홀 이격
모든 사각 홀들(99)은 15㎛의 가장자리 길이를 가진다.
상기 웨이퍼의 다시 구조화되지 않은 배면이 Glas 8329의 8㎛(견본 A) 또는 18㎛(견본 B)로 코팅된 후에, 상기 웨이퍼는 상기 홀 표면에서 상기 유리에까지 건식 식각된다. 투과된 광현미경하에서 상기 식각의 성공을 관찰하는 것이 가능하다.
모든 18개의 측정된 영역에 대하여, 헬륨 누설 테스트가 10-8mbar 1/sec보다 작은 누설율을 나타냈다.
각 측정 영역에서, 상기 관측 동안 상기 웨이퍼의 상당한 벤딩(bending)에도 불구하고 유리 층의 영역들의 고강도는 매우 놀라운 것이다. 200℃에서 가열한 후에도 상기 유리 구조에서는 어떤 변화도 없다.
또한, DIN/ISO에 따라서 상기 유리 층에서 내구성 측정이 행해졌다. 그 결과가 표 1에 나타난다.
시료 지정: 8329
ISO 719 에 따른 내가수분해성 등급 HCL의 소비(㎖/g) Na2O [㎍/g] 등가 해설
HGB 1 0.011 3 없음
DIN 12 116 에 따른 내산화성 등급 물질 제거[㎎/dm2] 총 표면적[cm2] 해설/가시적 변화
1W 0.4 2×40 변화없음
ISO 695 에 따른 내알카리성 등급 물질 제거[㎎/dm2] 총 표면적[cm2] 해설/가시적 변화
A2 122 2×14 변화없음
당업자에게는 상술한 실시예들이 단지 예로서 이해될 것이고, 그리고 본 발명이 이러한 실시예들로 제한되는 것이 아니며, 오히려 본 발명의 정신에서 벗어남 없이 다양한 방식으로 변경될 수 있다는 점이 명백할 것이다.
10: 보조 기판 10a: 상부면
20: 레지스트 20a: 상부면
30: 유리층 30a, 30b, 30c: 표면
31, 32, 33, 34: 양각 구조들 40: 접합
41: 에폭시 층 50: 제품 기판
50a: 상부면 60: 반사방지 코팅
70: 양극 접합 80: 유리층

Claims (12)

  1. 회절성 또는 굴절성의 유리 컴포넌트들을 포함하는 구조화된 표면(30c)을 갖는 제품을 제조하는 방법으로서,
    a) 보조 기판(10)을 제공하는 단계와;
    b) 유사한 구조들을 생성하도록 된 포토레지스트 또는 그레이 스케일 레지스트(20)를 상기 보조 기판 상에 도포하는 단계와;
    c) 상기 포토레지스트 또는 그레이 스케일 레지스트(20) 내에 보조의 구조화된 표면(20a)을 제조하는 단계와;
    d) 상기 보조의 구조화된 표면(20a)을 따르는 구조화된 표면(30c)을 형성하도록, 상기 보조의 구조화된 표면(20a) 상에 유리층(30)을 증착하는 단계와;
    e) 투명한 제품 기판(50)에 결합하기 위한 준비로서 상기 유리층(30)을 처리하는 단계와;
    f) 상기 유리층(30)을 상기 투명한 제품 기판(50)에 결합시키는 단계와; 그리고
    g) 상기 유리층(30)의 상기 구조화된 표면(30c)을 노출시키기 위해, 상기 유리층(30)으로부터 상기 보조 기판(10) 및 상기 포토레지스트 또는 그레이 스케일 레지스트(20)를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조화된 표면(30c)을 갖는 제품을 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 단계 e)는 상기 보조의 구조화된 표면(20a)으로부터 먼쪽의 상기 유리층(30)의 측(side)을 평탄화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조화된 표면(30c)을 갖는 제품을 제조하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 결합 단계 f)는 상기 제품 기판(50)을 상기 유리층의 평탄화된 측에 양극 접합(anodic bonding)(40)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조화된 표면(30c)을 갖는 제품을 제조하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 단계 e)는 상기 보조의 구조화된 표면(20a)으로부터 먼쪽의 상기 유리층(30)의 측에 에폭시(41)를 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조화된 표면(30c)을 갖는 제품을 제조하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 결합 단계 f)는 상기 에폭시(41)에 의해 상기 제품 기판(50)을 상기 유리층(30)에 접착식으로 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조화된 표면(30c)을 갖는 제품을 제조하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제거 단계 g)는, 상기 제품의 상기 구조화된 표면(30c)을 노출시키기 위해, 상기 보조 기판(10)을 적어도 부분적으로 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조화된 표면(30c)을 갖는 제품을 제조하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    제 1 구조화된 표면(30c)이 상기 제품 기판(50)의 제 1 측에 제조되고, 제 2 구조화된 표면(80)이 상기 제품 기판(50)의 제 2 측에 제조되는 것을 특징으로 하는 구조화된 표면(30c)을 갖는 제품을 제조하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    제 1 제품 기판(50)에 결합되는 상기 노출된 구조화된 표면(30c)은 제 2 제품 기판(81)에 양극 접합되는 것을 특징으로 하는 구조화된 표면(30c)을 갖는 제품을 제조하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조의 구조화된 표면은 미리 구조화된(pre-structured) 필름 또는 포일(foil)(25)로 형성되는 것을 특징으로 하는 구조화된 표면(30c)을 갖는 제품을 제조하는 방법.
  10. 회절성 또는 굴절성의 유리 렌즈들을 포함하는 마이크로 구조화된 표면을 갖는 광학적으로 투명한 제품으로서,
    - 투명한 제품 기판(50)과; 그리고
    - 상기 투명한 제품 기판에 결합되는 유리층(30)을 포함하며,
    상기 유리층(30)은 제 1 항의 a) 내지 d) 단계에 따라 형성되며, 상기 회절성 또는 굴절성의 유리 렌즈들을 포함하는 구조화된 표면(30c)을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 표면을 갖는 광학적으로 투명한 제품.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 투명한 제품 기판(50)은 반사 방지층 또는 적외선 흡수층으로 코팅(60)되는 측(50a)을 구비하며, 상기 측(50a)은 상기 구조화된 표면(30c)을 갖는 상기 유리층(30)으로부터 먼쪽에 있는 측인 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 표면을 갖는 광학적으로 투명한 제품.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 투명한 제품 기판(50)은 제 1 유리층(30)과 함께 제공되는 제 1 측 및 제 2 유리층(80)과 함께 제공되는 제 2 측을 구비하며, 상기 제 1 유리층(30) 및 상기 제 2 유리층(80)은 제 1 항의 a) 내지 d) 단계들에 따라 형성되는 구조화된 표면들을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 표면을 갖는 광학적으로 투명한 제품.
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