KR20230036548A

KR20230036548A - 보호 코팅 재료 도포 방법

Info

Publication number: KR20230036548A
Application number: KR1020227046444A
Authority: KR
Inventors: 게랄드 미텐도르퍼
Original assignee: 에베 그룹 에. 탈너 게엠베하
Priority date: 2020-07-15
Filing date: 2021-06-08
Publication date: 2023-03-14
Also published as: EP4182739A1; EP4182739B1; US20230287571A1; DE102020118733B4; WO2022012816A1; CN115836035A; DE102020118733A1; JP2023538211A

Abstract

본 발명은 보호 코팅 재료를 구조층에 도포하여 보호 코팅을 형성하는 방법에 관한 것이다.

Description

보호 코팅 재료 도포 방법

본 발명은 보호층 재료를 도포하는 방법에 관한 것이다.

업계에서는 최종 사용자가 새로운 종류의 통신에 접속할 수 있도록 하기 위해 훨씬 더 복잡한 광학 시스템을 개발하고 있다. 최신 광학 시스템은 여전히 나노미터 및/또는 마이크로미터 범위의 구조물을 포함한다. 따라서 이들은 다음 텍스트에서 단지 구조층으로만 나타날 것이다. 그러나 구조물은 몇 밀리미터 또는 심지어 센티미터에 걸쳐 일부 구조층에 분포되므로, 구조 크기에 비해 상대적으로 넓은 면적을 형성한다. 오랫동안, 이러한 구조층을 보호해야 한다는 문제가 존재했다.

상대적으로 작은 거시적 치수를 갖는 구조층은 환경으로부터 보호하기 위해 바람직하게는 캡슐화되거나 코팅된다. 그러나 언급된 새로운 구조층은 상대적으로 넓은 면적에서 생성된다. 이들은 전혀 분리되지 않거나 후속 공정 단계에서 상대적으로 넓은 면적으로 분리된다. 따라서 면적이 클수록 구조층의 캡슐화 가능성이 낮아진다. 또한, 대부분의, 특히 넓은 면적의 구조층은 일반적으로 임의로 형성된 표면에 적용되거나 심지어 동일한 표면에서 생성되어야 한다. 복잡한 형성은 캡슐화를 더욱 불가능하게 만든다. 따라서 캡슐화는 이러한, 특히 넓은 면적의 구조층에 대해 적어도 부차적인 관심 대상이다. 또한, 이러한 캡슐화를 구현하기 위해 다수의 공정 단계가 일반적으로 필요하다.

따라서 종래 기술에서는, 대응하는 구조층을 최적의 방식으로 보호할 수 있도록 코팅 공정이 주로 사용된다.

구조층 재료가 코팅에 의해 파괴될 수 있기 때문에, 모든 코팅 공정이 상기 구조층을 코팅하기에 적합한 것은 아니다. 코팅 또는 후속 경화 공정은 종래 기술에서 고온을 요구한다. 또한, 구조층의 광학적 특성을 변화시키지 않거나 심지어 개선하는 보호층을 생성하는 것이 추구된다. 이는 코팅에 이용 가능한 보호층 재료에 추가 제한을 부과한다. 따라서 보호층 재료로서 산화물, 특히 규소 산화물만이 실제로 고려된다. 이러한 산화물은 비교적 높은 온도에서 PVD(물리적 기상 증착) 또는 CVD(화학적 기상 증착)와 같은 표준 코팅 공정에 의해 또는 실온에 가까운 온도에서 졸-겔 공정에 의해 증착된다. 그러나 후자의 경우 경화 공정에 의해 졸-겔이 실제 보호층으로 전환되어야 한다. 이 경화 공정은 부분적으로는 여전히 종래 기술에서 열적으로 수행된다.

보호층 재료는 저온에서 증착될 수 있고 무엇보다도 저온, 특히 실온에서 경화될 수 있다. 구조층 재료, 특히 구조층에서 생성된 구조물은 저온에 의해 파괴되지 않는다. 구조층 위에 보호층을 생성한 결과, 구조층은 화학적, 기계적 및 열적 영향에 대해 보호된다. 보호층은 구조층의 광학적 특성을 유지하기 위해, 반드시 기술적으로 관련된 파장 범위에 대해 투명한 보호층 재료로부터 제조되어야 한다.

광학 산업은 임프린트 리소그래피(imprint lithography)의 도움으로 수년간 구조층을 생산했다. 연질 또는 경질 스탬프는 추가 공정 단계에서 경화되는 구조층 재료로 압착된다.

이렇게 생성된 구조층은 가장 다양한 역경을 겪는다. 이들은 화학적 영향, 특히 주위 분위기에 의한 영향, 기계적 영향 등을 포함한다. 따라서 이러한 구조층은 지금까지 가능한 한 캡슐화되었다. 캡슐화는 주위 분위기, 분진, 액체 및 기체로부터 가장 최적의 분리를 허용한다.

보호층의 생성은 구조층의 보호에 대한 추가의 가능성을 나타낸다. 보호층 재료에 의한 구조층의 직접 코팅은 지금까지 많은 문제에 직면해 왔다. 종래 기술에는 보호층의 생성 및 그에 따른 코팅 및/또는 경화를 위한 수많은 방법이 있지만, 이는 상대적으로 높은 온도에서 수행되어야 한다. 그러나 이러한 높은 온도는 특히 분해 온도가 상대적으로 낮은 구조층 재료로 구성된 경우 보호층 아래에 있는 구조층을 파괴할 수 있다.

다른 공정, 특히 이러한 문제를 회피하기 위해 시도하는 코팅 공정이 종래 기술에 공지되어 있다. 스핀 코팅 공정의 도움으로, 졸-겔 재료 등급의 보호층 재료가 구조층에 침착된다. 그러나 추가 공정 단계에서, 구조층 재료는 특히 상대적으로 높은 온도에서 경화되어야 한다. 따라서 코팅이 저온에서 수행된 경우에도 다음 경화 공정은 여전히 상대적으로 높은 온도에서 이루어져야 한다.

따라서, 본 발명의 문제는 종래 기술의 결점을 극복하고 특히 보호층 형성을 위한 개선된 방법을 특정하는 것이다.

이 문제는 청구항 1의 특징으로 해결된다. 본 발명의 유리한 발전은 종속항에 주어진다. 명세서, 청구범위 및/또는 도면에 언급된 적어도 두 가지의 특징의 모든 조합은 또한 본 발명의 범위 내에 속한다. 언급된 값 범위에서 언급된 한계 내에 있는 값은 제한 값으로 개시된 것으로 간주되어야 하며 모든 조합으로 청구될 수 있다.

본 발명의 주제는 구조층 상에 보호층, 바람직하게는 산화물 층, 더욱 바람직하게는 이산화규소 층을 형성하기 위해 구조층 상에 보호층 재료를 도포하는 방법이며, 여기서 보호층 재료의 도포는 200℃ 미만, 바람직하게는 100℃ 미만, 더욱더 바람직하게는 75℃ 미만, 가장 바람직하게는 50℃ 미만, 가장 바람직하게는 실온의 온도에서 일어난다.

바람직하게는 보호층 재료의 도포가 졸-겔 공정으로 이루어지도록 제공된다.

또한 바람직하게는 보호층 재료가 바람직하게는 실온에서, 구조층 상에 도포된 후 보호층의 형성을 위해 암모니아 기체로 경화되도록 제공된다.

또한 바람직하게는, 바람직하게는 액체 보호층 재료가 보호층으로 전환되도록 제공되며, 여기서 보호층은 유리 유사이다.

또한 바람직하게는 구조층이 구조물을 포함하도록 제공되며, 여기서 구조물은 광학 시스템으로서 구성된다.

따라서 본 발명은 보호층에 의해 구조층을 보호하는 방법에 관한 것이다. 구조층은 보호층 재료로 코팅된다. 도포는 바람직하게는 졸-겔 공정으로 일어나거나 코팅 공정이 바람직하게는 졸-겔 공정이다.

구조층을 보호층 재료로 코팅한 후, 보호층 재료는 바람직하게는 가능한 최저 온도, 더욱더 바람직하게는 실온에서 보호층용 암모니아 기체로 경화된다.

본 발명의 기저 발상은 특히, 바람직하게는 사용된 액체 보호층 재료가 저온, 특히 실온에서 공정에 의해 유리 유사 보호층으로 전환된다는 것이다.

본 발명의 기본 발상은 특히, 보호층 재료, 특히 졸-겔을 저온에서, 특히 가열 없이, 바람직하게는 실온에서 및/또는 분위기압 영역에서, 특히 별도의 압력을 가하지 않고 구조층에 도포하여 구조층을 코팅한 다음 이를 경화시키는 것이다.

다시 말해서, 본 발명은 특히, 비교적 낮은 온도, 특히 실온에서 특히 보호층으로서 구성되는 나노결정질 세라믹 코팅, 특히 산화물 코팅, 매우 특정하게 이산화규소 코팅을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이산화규소 코팅은 바람직하게는 구조층을 코팅하기 위해서만 사용되지만, 기능적 특징을 포함할 수도 있다.

구조층

본 발명에 따르면, 구조층의 구조물은 특히 광학 시스템인 것으로 이해된다.

본 발명은 특히, 임프린팅된, 특히 이미 경화된 구조층 재료를 저온, 바람직하게는 실온에서 특히 보호층으로서 구성된 세라믹 층, 바람직하게는 이산화규소로 코팅하는 방법에 관한 것이다. 특히 바람직하게는, 광학 시스템이 임프린팅된 구조층 재료가 광학 산업을 위해 본 발명에 따른 구체예로 코팅된다.

임프린팅 재료, 특히 중합체, 가장 바람직하게는 졸-겔은 생성될 구조층을 위한 구조층 재료로서 사용된다. 이는 바람직하게는 증착 공정, 특히 분무 코팅, 더욱더 바람직하게는 스핀 코팅에 의해 기판에 증착되고, 이후 스탬프에 의해 임프린팅되고 경화된다. 구조층 재료로서, 다음이 특히 적합하다

o 폴리에틸렌 (PE)

o 폴리프로필렌 (PP)

o 사이클로올레핀 공중합체 (COC)

o 사이클로올레핀 중합체 (COP)

o 폴리비닐 클로라이드 (PVC)

o 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)

o 폴리아미드 (PA) 또는 폴리스티롤 (PS)

o 퍼플루오로폴리에테르 (PFPE)

o 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 (POSS)

o 폴리디메틸실록산 (PDMS)

o 테트라메틸 오트로실리케이트 (TMOS)

o 테트라에틸 오트로실리케이트 (TEOS)

o 테트라이소프로필 오트로실리케이트 (TPOS)

o 폴리(유기)실록산 (실리콘)

특히 바람직하게는 WO2014202127A1의 구조층 재료가 사용된다. 구조층의 확장에서, 나노입자는 구조층과 혼합되며, 이는 특히 구조층의 광학적 및/또는 기계적 특성을 변화시킨다.

보호층

특히, 구조층 상의 보호층, 특히 세라믹 층, 가장 바람직하게는 규소 산화물 층의 평균 층 두께는 특히 1μm 미만, 바람직하게는 100nm 미만, 더욱더 바람직하게는 10nm 미만, 가장 바람직하게는 1nm 미만이다.

본 발명에 따른 바람직한 구체예에서, 세라믹 층/규소 산화물 층의 두께는 구조층의 구조물이 세라믹 층/규소 산화물 층에 완전히 매립되고 보호층 재료로만 덮이지 않도록 선택된다. 본 발명에 따른 방법은 저온, 특히 실온에서 거의 모든 형상을 갖는 구조물의 코팅을 허용한다. 본 발명에 따른 공정에 의해, 세라믹, 특히 이산화규소가 또한 임프린팅된 구조물에 증착될 수 있다. 따라서 완전히 새로운 기회가 광학 산업에 이용 가능하게 된다.

특히, 중합체, 가장 바람직하게는 졸-겔이 보호층을 위한 보호층 재료로서 사용된다. 후자는 바람직하게는 스핀 코팅 및/또는 분무 코팅에 의해 기판에 증착되고, 선택적으로 스탬프에 의해 임프린팅되고 경화된다. 다음은 특히 보호층 재료로서 적합하다:

o 폴리에틸렌 (PE)

o 폴리프로필렌 (PP)

o 사이클로올레핀 공중합체 (COC)

o 사이클로올레핀 중합체 (COP)

o 폴리비닐 클로라이드 (PVC)

o 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)

o 폴리아미드(PA) 또는 폴리스티롤 (PS)

o 퍼플루오로폴리에테르 (PFPE)

o 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 (POSS)

o 폴리디메틸실록산 (PDMS)

o 테트라메틸 오트로실리케이트 (TMOS)

o 테트라에틸 오트로실리케이트 (TEOS)

o 테트라이소프로필 오트로실리케이트 (TPOS)

o 폴리(유기)실록산 (실리콘)

특히 바람직하게는 졸-겔이 사용된다.

본 발명에 따르면, 보호층은 이산화규소 층으로 구성된다. 본 발명에 따르면, 특히 이산화규소 층에 의해 보호되는 구조층이 눈에 띄는 손실 없이 여전히 전자기 복사선에 의해 도달될 수 있도록 제공된다. 또한, 구조물이 보호층에 완전히 매립되고 보호층 필름에 의해서만 덮이지 않을 때 구조층의 광학적 특성이 최소한으로만 변화됨이 밝혀졌다.

바람직하게는, 보호층은 수분 및/또는 기체의 통과 및/또는 기계적 손상에 대한 보호를 제공하는 기능성 코팅이다.

본 발명의 추가 구체예에서, 보호층은 또한, 보호 코팅으로의 전자기 광선의 진입에 영향을 미쳐, 바람직하게는 개선하여 따라서 구조층으로 계속하여 투과시키기 위해 임프린팅될 수 있다.

본 발명에 따른 추가 구체예에서, 기능 유닛은 특히 복수의 공정 단계에 의해 보호층에서 생성될 수 있다.

본 발명에 따른 양태는 특히, 구조층 재료로부터 임프린팅된 구조층을 코팅하기 위한 저온 코팅 공정의 사용에서 구성된다.

본 발명에 따른 방법의 도움으로, 다음 구조물, 특히 광학적 요소가 특히 코팅될 수 있다:

● 렌즈, 특히

o 양면 볼록 렌즈

o 평면 볼록 렌즈

o 양면 오목 렌즈

o 평면 오목 렌즈

o 볼록-오목 렌즈 또는 오목-볼록 렌즈

o 프레넬 렌즈

● 거울

● 회절 요소, 특히

o 회절 격자, 특히

● 회절 격자, 이의 회절 특성은 면적 또는 표면적에 따라 달라짐 (처프(chirped) 회절 격자)

● 홀로그램 회절 격자

● 에셸 회절 격자

● 물리적 특징에 따라

· ● 투과 회절 격자

● 반사 회절 격자

● 진폭 회절 격자

● 위상 회절 격자

● 추가 특성에 따라

● 영역에 따라

● 표면 회절 격자

● 부피 회절 격자

● 생산 유형에 따라

● 눈금 회절 격자

● 와이어 회절 격자

● 임프린트 회절 격자

● 자체 조립 회절 격자

바람직한 구체예에서 회절 격자는 주로 코팅된다.

특히, 본 발명에 따라 다음을 갖는 구조층 재료가 선택된다

a) ≥ 0℃ 및 ≤ 800℃의 화염점 및/또는

b) ≥ 20℃ 및 ≤ 850℃의 연소점 및/또는

b) ≥ 100℃ 및 ≤ 700℃,

바람직하게는 ≥ 150℃ 및 ≤ 500℃의 발화 온도.

본 발명에 따른 보호층은 특히 기체의 투과성 또는 불투과성과 관련하여 최적화될 수 있다. 이는 구조층 재료가 여전히 시간 경과에 따라 기체를 방출할 수 있고 증착된 보호층의 팽윤이 방지되어야 할 때 주로 적절할 것이다.

본 발명에 따른 보호층이 기체의 투과성을 위해 최적화되어야 할 경우, 보호층은 개방 다공성을 포함하는 방식으로 생성된다. 다공성은 다공도에 의해 정의된다. 본 발명에 따르면, 이는 기공 부피와 총 부피 사이의 비율로 정의된다. 재료에 기공이 없는 경우, 다공도는 이에 따라 0이다. 본 발명에 따른 투과성 세라믹 층의 다공도는 특히 0.0001% 초과, 바람직하게는 0.01% 초과, 더욱 바람직하게는 1% 초과, 가장 바람직하게는 5% 초과, 가장 바람직하게는 10% 초과, 가장 바람직하게는 25% 초과이다. 특히, 따라서 단위 시간당 얼마나 많은 분자가 보호층을 통과할 수 있는지 확립될 수 있다.

보호층은 아래에 있는 구조층의 광학적 특성을 변화시키지 않고 주로 구조층을 보호하기 위한 것이므로, 기공 크기는 구조층이 그에 대해 설계된 전자기 복사선의 자리수 범위에 있어서는 안 된다. 가시 광선에 대해, 이는 약 200nm - 700nm의 파장 범위일 것이다. 따라서 기공 크기는 200nm 미만, 바람직하게는 100nm 미만, 더욱 바람직하게는 50nm 미만, 가장 바람직하게는 25nm 미만, 가장 바람직하게는 10nm 미만이어야 한다. 특히, 그러나 기공은 여전디 보호층을 통해 빠져 나가는 기체의 통과할 수 있을 만큼 충분히 크게 유지되어야 한다.

투과성 보호층의 경우, 따라서 특히 적어도 보호층을 통과해야 하는 분자 유형의 평균 직경만큼 큰 평균 기공 직경 또는 평균 기공 크기는 본 발명에 따른 공정에 의해 선택될 것이다. 투과성 보호층의 경우, 따라서 평균 기공 직경은 바람직하게는 1nm 초과, 바람직하게는 10nm 초과, 더욱 바람직하게는 50nm 초과, 가장 바람직하게는 100nm 초과이다.

평균 기공 직경은 기공의 평균 직경을 의미하는 것으로 이해된다. 기공은 바람직하게는 방사상 대칭인 것으로 가정된다.

연신을 따른 복수의 기공 및 기공 튜브의 형성의 조합에서, 이는 따라서 평균 튜브 직경일 것이다. 평균 기공 직경은 특히 기공을 통해 보호층을 빠져 나갈 수 있어야 하는 분자의 분자 크기에 대한 상한 값을 나타낸다.

본 발명에 따른 보호층이 기체의 불투과성을 위해 최적화되어야 하는 경우, 보호층은 특히, 폐쇄 다공성을 갖고, 더욱더 바람직하게는 다공성이 없는 방식으로 도포되어야 한다. 다공도는 특히 25% 미만, 바람직하게는 10% 미만, 더욱 바람직하게는 5% 미만, 더욱더 바람직하게는 1% 미만, 가장 바람직하게는 0.01% 미만, 가장 바람직하게는 0.0001% 미만이다. 이러한 불투과성 보호층은 구조층이 더 이상 가스를 방출하지 않는 것을 필요로 한다. 그러나 이 경우, 압밀 보호층이 바람직한데, 이들이 모든 사건에서 아래에 있는 구조층을 주위 분위기로부터 완전히 분리하기 때문이다.

불투과성 보호층의 경우, 평균 기공 직경은 특히 100nm 미만, 바람직하게는 50nm 미만, 더욱 바람직하게는 10nm 미만, 가장 바람직하게는 1nm 미만이다.

본 발명에 따른 매우 특히 바람직한 구체예에서, 보호층의 생성은 다단계 공정으로 구성된다. 제1 공정 단계에서, 보호층은 다공성으로 생성되어, 구조층의 기체 방출이 일정 시간 동안 여전히 가능하다. 제2 공정 단계에서, 이후 보호층은 경화되어, 기공의 수 및 크기가 최소화되고, 바람직하게는 완전히 사라진다.

본 발명에 따른 구체예에서, 저온 코팅 공정은 광학 시스템을 포함하는 제1 기판의 제1 면을 본 발명에 따른 세라믹 층, 특히 이산화규소 층으로 코팅하기 위해 사용된다. 세라믹 층의 층 두께는 특히 1μm 미만, 바람직하게는 100nm 미만, 더욱더 바람직하게는 10nm 미만, 가장 바람직하게는 1nm 미만이고 바람직하게는 전술한 다공성 특성 중 하나를 포함한다. 특히 바람직한 구체예에서, 광학적 요소는 완전히 매립된다.

또 다른 구체예에서, 저온 코팅 공정은 제1 기판의 양면을 본 발명에 따른 세라믹 층, 특히 이산화규소 층으로 코팅하기 위해 사용된다. 기판의 제1 면 상의 제1 세라믹 층의 두께는 특히 1μm 미만, 바람직하게는 100nm 미만, 더욱더 바람직하게는 10nm 미만, 가장 바람직하게는 1nm 미만이고, 특히 두 세라믹 층 모두와 관련하여, 바람직하게는 전술한 다공성 특성 중 하나를 포함한다. 특히, 기판의 제2 면 상의 제2 세라믹 층의 두께는 기판의 제1 면 상의 제1 세라믹 층의 두께와 동일하다. 그러나 두 세라믹 층의 두께는 또한, 두 면에서 이루어진 상이한 요구 사항을 고려할 수 있도록 상이할 수 있다. 이러한 방법은 광학 시스템이 양면에 임프린팅된 기판인 경우 주로 적절하다.

보호층의 확장에서, 나노입자는 보호층과 혼합되며, 이는 특히 구조층의 광학적 및/또는 기계적 특성을 변화시킨다.

코팅 공정

본 발명에 따른 구체예에서, 보호층은 구조층의 산화, 열분해(thermal decomposition 또는 pyrolysis)를 방지하는 저온 코팅 공정에 의해 생성된다. 특히 바람직한 공정은 규소 산화물 층이 암모니아 분위기에서 증착되는 저온 코팅 공정이다.

따라서 이 섹션에서, 이 특정 구체예를 위한 보호층 재료는 규소 전구체(규소 전구체, 즉 규소를 포함하는 분자)로 지칭된다.

제1 공정 단계에서, 물 함량이 50 vol-% 미만, 바람직하게는 25 vol-% 미만, 더욱더 바람직하게는 10 vol-% 미만, 가장 바람직하게는 5 vol-% 미만인 규소 전구체는, 규산염, 특히 소중합체 유기규산염, 더욱더 바람직하게는 규산 테트라메틸 에스테르 동종중합체를 용매와 혼합함으로써 생성된다. 소중합체 유기규산염은 전형적으로 그리고 특히 주로 규산 테트라메틸 에스테르 단량체로 구성된다. 이는 임의의 다른 단량체로 보충될 수 있다. 용매는 특히 알코올, 물 또는 알코올-물 혼합물이다. 규소 전구체는 바람직하게는 1 부의 기저 중합체에 대해 0.01-1 부의 물 대 0.02-100 부의 알코올의 양 비율로 구성된다. 전구체의 pH 값은 0 내지 14, 바람직하게는 3 내지 11, 더욱더 바람직하게는 5 내지 9, 가장 바람직하게는 7이다.

제2 공정 단계에서, 이 규소 전구체는 구조층에 도포된다. 도포는 다음 공정 중 하나에 의해 일어난다:

● 회전 코팅 (스핀 공정)

● 분무 코팅

● 화학적 기상 증착 (CVD)

● 플라스마 보조 화학적 기상 증착 (PE-CVD)

● 물리적 기상 증착 (PVD)

● 침지 코팅

● 전기화학적 코팅

● 무전류 증착

● 유기-금속 분해

● 졸-겔 공정

규소 전구체는 바람직하게는 졸-겔 공정에 의해 도포된다.

제3 공정 단계에서, 증착된 규소 전구체는 암모니아 함유 분위기에서 경화된다.

경화 공정

코팅 후, 도포된 전구체 층은 암모니아 분위기에서 암모니아에 노출된다. 특히 암모니아 분위기는 주로 물, 암모니아 및 알코올로 구성된다. 본 발명에 따른 경화를 위한 분위기는 특히 알코올 및 암모니아 용액의 액체 혼합물로부터 생성된다. 알코올 대 암모니아 용액의 부피비는 0.01 내지 100, 바람직하게는 0.1 내지 10, 가장 바람직하게는 1이다. 따라서 바람직하게는, 이러한 양의 알코올 및 암모니아가 사용된다. 예를 들어, 분위기를 생성하기 위해 바람직하게는 10 ml의 알코올, 10 ml의 암모니아 용액이 사용된다. 암모니아 용액의 농도는 5% 내지 50%, 바람직하게는 10% 내지 40%, 가장 바람직하게는 20% 내지 30%, 가장 바람직하게는 25%이다. 생성된 액체 혼합물은 증발하여 규소 전구체를 경화시키는 암모니아 분위기를 제공한다.

본 발명에 따른 바람직한 구체예에서, 작업 챔버 내로 암모니아 기체의 도입이 일어난다. 암모니아 기체는 바람직하게는 알코올, 특히 메탄올과 혼합된다. 또한, 알코올 및/또는 암모니아의 수송을 위해 캐리어 기체, 특히 질소의 첨가가 일어난다. 암모니아 기체의 도입에 의해, 액체인 암모니아 용액이 완전히 분배될 수 있다.

본 발명에 따른 두 구체예 모두에서, 작업 챔버에서 규소 전구체의 경화 동안의 압력은 10^-3 mbar 내지 10 bar, 바람직하게는 10^-1 mbar 내지 5 bar, 더욱더 바람직하게는 0.8 bar 내지 1.2 bar, 가장 바람직하게는 1 bar이다.

코팅된 구조층의 생성에서 높은 생성물 처리량을 달성하기 위해, 연속 경화기에서 규소 전구체의 경화를 수행하는 것이 유리한 것으로 나타났다. 이는 구조층 및 규소 전구체가 생성되거나 증착된 기판을 통과하는 장치이다. 연속 경화기는 입구, 본 발명에 따라 암모니아 기체로 헹구어지고, 필요한 경우 상응하게 온도 제어되는 경화 챔버 및 출구를 갖는다. 컨베이어 벨트는 바람직하게는 연속 경화제를 통과한다. 따라서 지속적인 생산 및 높은 처리량이 가능하다.

본 발명에 따른 보호층용 규소 전구체는 규소 전구체 경화를 위한 본 발명에 따른 공정에 의해 경화된다.

본 발명에 따른 본질적인 이점은 보호층의 생성이 실온에서 또는 적어도 매우 낮은 온도에서, 특히 구조층 재료의 화염점 및/또는 연소점 및/또는 인화점 아래의 온도에서 가능하다는 사실로 이루어진다. 그런 다음에만 보호층으로 본 발명에 따라 구조층을 코팅하는 것이 가능해진다.

본 발명의 추가적인 이점, 특징 및 세부 사항은 구체예의 바람직한 예에 대한 다음의 설명으로부터 도면의 도움으로 나타난다. 도면에서:
도 1a는 구조층의 생성을 위한 제1 공정 단계를 나타내고,
도 1b는 구조층의 생성을 위한 제2 공정 단계를 나타내고,
도 1c는 구조층의 생성을 위한 제3 공정 단계를 나타내고,
도 1d는 구조층의 생성을 위한 제4 공정 단계를 나타내고,
도 2a는 보호층의 생성을 위한 제1 공정 단계를 나타내고,
도 2b는 보호층의 생성을 위한 제2 공정 단계를 나타내고,
도 2c는 보호층의 생성을 위한 제3 공정 단계를 나타내고,
도 2d는 보호층의 생성을 위한 대안의 제2 공정 단계를 나타내고,
도 2e는 보호층의 생성을 위한 대안의 제3 공정 단계를 나타내고,
도 2f는 보호층의 생성을 위한 제4 공정 단계를 나타내고,
도 3a는 보호층의 개질을 위한 제1 공정 단계를 나타내고,
도 3b는 보호층의 개질을 위한 제2 공정 단계를 나타내고,
도 3c는 보호층의 개질을 위한 제3 공정 단계를 나타내고,
도 3d는 보호층의 개질을 위한 제4 공정 단계를 나타내고,
도 4는 도포된 구조층 및 보호층이 있는 구성요소를 나타낸다.
도면에서, 동일한 구성요소 또는 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조 번호로 표시된다.
특히, 임프린팅된 중합체 층의 구조물은 표면을 명확히 하기 위해 크게 확대되었으며 실제 척도로 재현되지 않았다.

도 1a는 기판(1) 상에 구조층(7)(도 1d 참조)의 생성을 위한 제1 공정 단계를 나타낸다. 구조층 재료(2)는 증착 시스템(3)에 의해 기판(1)에 증착된다. 증착 시스템은 상징적으로 배출구로 표현된다. 증착 시스템(3)은 바람직하게는, 보호층 재료(2)가 통하여 기판(1)에 증착되는 단순 호스 시스템이다. 그러나 증착 시스템(3)은 예를 들어 또한 CVD/PVD 시스템일 수 있다. 구조층 재료(2)의 분배는, 예를 들어 기판(1)의 회전에 의해, 나타나지 않은 추가의 공정 단계에서 수행된다.

도 1b는 기판(1) 상에 구조층(7)(도 1d 참조)의 생성을 위한 제2 공정 단계를 나타낸다. 스탬프(4)의 도움으로, 임프린팅이 일어나고 따라서 구조층 재료(2)의 구조화가 일어난다. 임프린팅에 의해, 구조물(5)은 특히 광학적 특성을 포함해야 하는 구조층 재료(2)에서 생성된다. 바람직하게는, 이는 회절 격자이다.

도 1c는 기판(1) 상에 구조층(7)(도 1d 참조)의 생성을 위한 제3 공정 단계를 나타낸다. 제3 공정 단계는 구조층 재료(2)의 경화 공정을 포함한다. 경화는 바람직하게는 영향(6)에 의해 일어난다. 영향(6)은 바람직하게는 전자기 복사선, 특히 UV 광 또는 열이다. 가장 바람직하게는, 그래픽으로 나타낸 바와 같이 경화가 스탬프(4)에 의해 일어난다.

도 1d는 기판(1) 상의 구조층(7)의 생성을 위한 제4 공정 단계를 나타낸다. 이 공정 단계에서, 경화된 구조층 재료(2')로부터 스탬프(4)의 탈형이 일어난다. 세부사항은 입자(8)가 검출될 수 있는 구조층(7)의 확대된 부분을 나타낸다. 입자(8')는 특히 광학적 및/또는 기계적 특성을 변화시키기 위해 구조층 재료(2, 2')와 혼합될 수 있다.

도 2a는 생성된 구조층(7) 상의 평균 두께 t1을 갖는 보호층 재료(9)의 증착을 위한 본 발명에 따른 제1 공정 단계를 나타낸다. 증착은 증착 시스템(3)에 의해 일어난다. 증착 시스템(3)은 바람직하게는, 구조층 재료(2)가 또한 증착된 동일한 증착 시스템(3)이다.

도 2b는 암모니아 함유 분위기의 도움으로 보호층 재료(9)를 실온 경화하기 위한 본 발명에 따른 가장 중요한 단계를 나타낸다.

도 2c는 구조층(7)을 위한 보호층(10)의 생성을 위한 추가의 선택적 공정 단계를 나타낸다. 공정 단계는 주로 층 두께 t2까지 이미 경화된 보호층 재료(9')의 평탄화 및/또는 제거를 포함한다. 이러한 공정은 추가의 공정 단계에서 보호층 표면(9o')을 기능화하려는 경우에 특히 필요하다 (도 3a-3d 참조). 세부사항은 입자(8')가 검출될 수 있는 보호층(10)의 확대된 부분을 나타낸다. 입자(8')는 특히 광학적 및/또는 기계적 특성을 변화시키기 위해 보호층 재료(9, 9')와 혼합될 수 있다. 구조층(7) 및 보호층(10)에서 상이한 입자(8, 8')의 사용은 구조층 재료(2') 및 보호층 재료(9')가 화학적으로 그리고 물리적으로 동일할 때 수정될 수 있다. 그러나 대부분의 경우에 그렇지 않다. 입자(8, 8') 사이의 차이를 강조하기 위해, 입자(8')에 대해 부분적으로 타원 기하 구조가 선택되었다.

도 2d는 스탬프(4')에 의한 보호층 재료(9)의 임프린팅에 의해 구별되는 대안적인 제2 공정 단계를 나타낸다. 보호층 재료(9)에서, 구조층(7)의 광학적 특성에 영향을 미치는 구조물(5')이 생성된다. 구조물(5')은 예를 들어 특정 파장을 갖는 광자를 편향시키는 회절 격자 또는 광자를 표적화된 방식으로 구조층(7)에 전달하기 위한 투과 격자일 수 있다. 본 예에서, 구조물(5')은 에셸 회절 격자의 일부인 한편, 구조물(5)은 표준 회절 격자의 일부이다. 따라서 이는 예로서 표현된 많은 가능한 구체예 중 단지 하나에 관한 것이다. 구조물(5)은 에셸 회절 격자로 형성되었을 수도 있다.

도 2e는 암모니아 함유 분위기의 도움으로 임프린팅된 보호층 재료(9)를 실온 경화하기 위한 본 발명에 따른 가장 중요한 단계를 나타낸다. 이 공정 단계는 도 2b의 공정 단계와 본질적으로 동일하다.

도 2f는 구조화된 구조층(10')을 갖는 본 발명에 따른 대안적인 최종 제품을 나타낸다. 세부사항은 입자(8')가 검출될 수 있는 보호층(10)의 확대된 부분을 나타낸다. 입자(8')는 특히 광학적 및/또는 기계적 특성을 변화시키기 위해 보호층 재료(9, 9')와 혼합될 수 있다.

다음 네 개의 도면은 복잡성으로 인해 구현하기 어려울 수 있는 공정을 설명한다. 그럼에도 불구하고, 해당 가능성이 여기에 개시되어야 한다.

도 3a는 보호층 표면(9o')의 가능한 표면 개질의 제1 공정 단계를 나타낸다. (다시 여기에 나타나지 않은 복수의 공정 단계에 의한) 표면에서의 기능 유닛(11)의 생성이 생각될 수 있을 것이다. 이 목적을 위해, 보호층 재료(9) 자체가 상응하는 기능 유닛(11)을 생성할 수 있도록 적합해야 하거나, 상응하는 재료가 보호층 재료(9)에 도입되어야 한다. 예를 들어, 단결정 재료를 증착하기 위해 원자층 증착의 사용이 가능할 것이다. 이후 상응하는 IC가 단결정 재료에서 생성될 수 있다. 또한 기능 유닛이 보호층 재료(9)에서 픽 앤 플레이스(pick-and-place) 작업에 의해 배치된 조립식 마이크로칩 또는 나노칩인 것을 생각할 수 있고 더웅ㄱ 바람직하다.

도 3b는 보호층 표면(9o'')을 형성하기 위한 보호층 표면(9o')의 가능한 표면 개질의 제2 공정 단계를 나타낸다. 기능 유닛(11)은 보호층 재료(9)의 추가 증착에 의해 덮일 수 있다.

도 3c는 보호층 표면(9")의 가능한 표면 개질의 제3 공정 단계를 나타낸다. 추가 공정 단계에 의해, 기능 유닛(11)을 서로 연결할 수 있는 소위 바이어스(12)가 제조될 수 있다.

도 3d는 보호층 표면(9''')의 가능한 표면 개질의 최종 상태를 나타낸다. 복수의, 특히 완전히 작동하는 기능 유닛(11)이 보호층 표면(9''')에 생성되어 있다. 기능 유닛(11)의 밀도, 간격 및 크기는 구조층(7)의 구조물(5)에 도달하도록 의도된, 전송된 전자기 복사선보다 훨씬 더 낮은 자릿수 범위에 있어야 한다. 그렇지 않으면, 기능 유닛(11) 및/또는 바이어스는 바람직하지 않은 산란 중심으로 작용하여 전체 제품의 기능성을 망칠 것이다.

도 4는 본 발명에 따라 기판 표면(1o')에 구조층(7)이 도포되고, 결국 보호층(10)으로 코팅된 기판(1')으로 구성된, 기하학적으로 복잡하게 형성된 예시적인 거시적 구성요소(13)를 보여준다. 도면은 본 발명에 따라 생성되고 코팅된 구조층(7)이 임의의 기하 구조의 표면(1o)에 잘 생성될 수 있고 적어도 전사 공정에 의해 증착될 수 있음을 보여주도록 의도된다. 보호층(10)의 경화에 사용되는 실온에서 도입된 기체는 또한 복잡한 구성요소 형상 주위로 흐를 수 있다. 또한, 일반적으로 이미 복수의 온도 민감성 구성요소로 구성될 수 있는 구성요소(13)은 어떠한 온도 부하도 받지 않는다.

구조층(7)을 기판(1')으로 전사하는 경우, 보호층(10)의 얇은 층 두께가 또한 임의의 기하 구조에 적합화되도록 긍정적으로 기여한다.

참조 번호 목록

1, 1' 기판

1o, 1o' 기판 표면

2, 2' 구조층 재료

3 증착 시스템

4, 4' 스탬프

5, 5' 구조

6 영향

7 구조층

8, 8' 입자

9, 9' 보호층 재료

9o, 9o' 보호층 표면

10, 10' 보호층

11 기능 유닛

12 바이어스

13 구성요소

t1, t2 층 두께

Claims

구조층(7) 상의 보호층(10, 10'), 바람직하게는 산화물 층, 더욱 바람직하게는 이산화규소 층의 형성을 위해 구조층(7)에 보호층 재료(9, 9')를 도포하는 방법으로서,
보호층 재료(9, 9')의 도포는 200℃ 미만, 바람직하게는 100℃ 미만, 더욱더 바람직하게는 75℃ 미만, 가장 바람직하게는 50℃ 미만, 가장 바람직하게는 실온의 온도에서 일어나는 것을 특징으로 하는 방법
제1항에 있어서, 보호층 재료(9, 9')의 도포는 졸-겔 방법으로 일어나는 방법.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 보호층 재료(9, 9')는 보호층(10, 10')의 형성을 위해, 바람직하게는 실온에서, 구조층의 도포 후에 암모니아 기체로 경화되는 방법.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 바람직하게는 액체 보호층 재료(9, 9')는 보호층(10, 10')으로 전환되고, 보호층(10, 10')은 유리 유사인 방법.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 구조층(7)은 구조물(5, 5')을 포함하고, 구조물(5, 5')은 광학 시스템으로서 구성되는 방법.