KR20240031352A - 반사 방지 속성을 위한 주기적인 도트 구조를 갖는 기판의 레이저 간섭 구조화를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조들을 갖는 패터닝 기판들의 분야에 관한 것으로서, 특히 레이저 간섭 구조화에 의해 투명 기판의 표면들 및 내부를 구조화하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조들을 갖는 이러한 방식으로 생산되는 패턴은 현저한 반사 방지 속성을 특징으로 한다. 게다가, 본 발명은 주기적인 도트 구조를 포함하는 반사 방지 속성들을 갖는 패턴화된 기판에 관한 것이다.

Description

반사 방지 속성을 위한 주기적인 도트 구조를 갖는 기판의 레이저 간섭 구조화를 위한 장치 및 방법

본 발명은 기판들을 구조화하는 분야에 관한 것으로서, 특히 레이저 간섭 구조화에 의해 투명한 기판의 표면들 및 내부를 구조화하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 게다가, 본 발명은 주기적인 도트 구조를 포함하는 반사 방지 속성들을 갖는 구조화된 기판 - 여기서 평탄 기판들, 특히 소위 반사 방지 글레이징(glazing)이 예시됨 - 에 관한 것이다.

표면들을 처리하기 위한 방법들은 투명한 기판들, 특히 유리뿐만 아니라, 고체 중합체들의 표면이 기판의 반사가 감소될 수 있는 그러한 방식으로 개질될 수 있는 선행 기술로부터 공지되어 있다. 전형적인 프로세스들은 반사 방지가 되도록 기판의 표면 상에 추가적인 재료를 적용하며(소위 구조 또는 층 구축 프로세스들), 여기서 다양한 재료들의 굴절률은 상이하다.

미국 8,557,877 B2에서, 예를 들어, 가능한 층 구축(layer-building) 프로세스가 설명되어 있다. 이러한 프로세스에서, 제1 코팅 용액은 적어도 2개의 화학적 시재료로부터 생성되며, 그 다음, 코팅 용액의 pH 값은 감소되고 선택적으로 코팅 용액이 원하는 기판에 적용되기 전에 추가 용액으로 희석된다. 이러한 유형의 코팅 프로세스는 종종 부정적인 환경 영향을 갖고 폐기 및 취급하기에 비싸고 시간-소비적인 다양한 화학적 물질을 사용한다.

이러한 유형의 프로세스는 상쇄 간섭을 통한 반사율의 감소에 기초한다. 여기서, 코팅을 위해 사용되는 재료의 굴절률은 코팅될 기판 및 기판을 둘러싸는 매질(보통 공기)에 매칭되어야만 한다. 모든 코팅 재료가 동일한 방식으로 처리될 수 있는 것은 아니므로, 그러한 절차는 상이한 기판 재료들을 코팅하기 위한 상이한 프로세스들의 사용을 필요로 한다.

따라서, 미국 10,459,125 B2는 소위 나방-눈(moth-eye) 구조가 중합체 필름을 기판에 적용함으로써 기판 상에 화학적으로 생성되는 프로세스를 설명한다. 이러한 유형의 구조는 나방의 눈의 원리 상에서 모델링되고, 그 표면 상에 치수들이 그들 상에 입사되는 광의 파장보다 더 작은 규칙적으로 배열된 나노구조들이 있다. 이것은 기판을 둘러싸는 매질과 기판 자체 사이의 전이(transition)에서 점진적인 굴절률을 갖는 층을 생성하며, 이는 반사를 상당히 감소시킨다.

이러한 방식으로 생성되는 필름은, 반사의 감소가 코팅을 위해 사용되는 재료의 굴절률에 의존하지 않음에 따라, 코팅될 기판과 독립적으로 사용될 수 있다. 그러나, 코팅 방법은 여전히 이미 위에서 언급된 단점들을 갖는 화학적 물질들에 기초한다.

게다가, 이러한 방식으로 생성되는 코팅은 기계적 응력(마모, 충격 등)에 민감하고 따라서 빠르게 노화된다. 일정 시간 후, 코팅은 따라서 종종 기판으로부터 분리되고/되거나 그것의 반사-감소 속성들을 상실한다.

WO 2019/166836 A1은 기판의 표면이 레이저를 사용하여 처리되어 그것에 반사 방지 속성들을 제공하는 반사 방지 구조를 생성하기 위한 방법을 설명한다. 기판 재료는 포커싱된 레이저 빔으로 개질되며, 그것에 의해 레이저-유도된 주기 표면 구조들(laser-induced periodic surface structures; LIPSS)을 사용하는 자체-조립 프로세스들을 통해 나노구조를 생성한다. 준-주기적(quasi-periodic) 반복 구조는 레이저 플루엔스(fluence)의 적절한 선택 및 기판 표면 상의 빔 초점들의 중첩에 의해 생성될 수 있다. 이것은 반사 방지 표면을 야기한다. 화학물질들은 요구되지 않고 다양한 기판 재료들이 이러한 방식으로 처리될 수 있다.

그러나, 이러한 방법은 연속적으로 작동하고 LIPSS의 기본 자체-조립 프로세스로 인해 시간 소비적이다. LIPSS가 인근 표면 영역들을 반복적으로 처리함으로써만 형성됨에 따라, 단일 단계로 넓은 영역에 걸쳐 나노구조들을 생성하는 것은 가능하지 않다. 게다가, 구조의 규칙성이 특정 프로세스 및 환경 조건들에 의존함에 따라, 표면 상태의 편차들(약간 상이한 재료, 미세한 오염)은 변경된 결과들을 초래할 수 있다.

EP 2 431 120 A1은 박막의 직접 구조화를 위한 방법을 개시하며, 여기서 주기적인 구조들은 간섭 레이저 빔들에 의해 얇은 금속 필름들에 생성될 수 있다. 이러한 프로세스에서, 수개의 펄스형 레이저 빔은 박막 상으로 지향되며, 그것에 의해 이들은 박막의 재료가 높은 강도의 영역들에서 기화되도록 간섭 영역에서 간섭한다. 프로세스는 결과적인 구조가 레이저 빔들의 강도를 조정하거나 필름을 z-방향으로(즉, 입사된 레이저 빔들의 방향으로 또는 이들로부터 멀어지는 방향으로) 이동시킴으로써 생성된 구조가 변경될 수 있다는 사실을 특징으로 한다. 추가적인 광학 요소들은 레이저 빔들 사이의 위상 변이(shift)를 생성하기 위해 사용되며, 이는 간섭 패턴에 영향을 미친다. 입사된 레이저 빔들은 포커싱 요소에 의해 박막의 표면 상으로 포커싱되고 그것에 의해 크기가 감소되어, 박막의 재료가 기화되는 높은 강도의 영역들을 야기한다.

이러한 프로세스는 입사된 레이저 빔들의 강도를 수정하는 방식을 필요로 한다. 이것은 특정 레이저 방사원을 지정함으로써 또는 레이저 빔의 강도를 제어하는 유닛(unit)을 사용함으로써 수행될 수 있다. 강도는 박막 재료의 증발 임계값에 따라 설정되어야만 한다. 따라서, 상이한 레이저 방사원들은 상이한 재료들에 대해 사용되어야만 하거나, 강도 제어를 위한 추가적인 요소가 요구된다. 광학 요소들을 이동시키는 것은 결과적인 간섭 패턴의 제어를 허용하지 않는다. 높은 증발 임계값을 갖는 재료들을 처리할 때, 레이저 빔의 광학 경로 내의 광학 요소들에 대한 손상이 또한 가능하다.

미국 2004/0227927 A1에서, 간섭계용 장치가 개시되며 이는 초점에서 가변 주기성을 갖는 간섭 패턴을 생성하도록 설계되며, 여기서 장치는 이동 가능한 빔 분할기 요소 및 입사된 레이저 빔을 2개의 레이저 서브-빔으로 분할하고 레이저 서브-빔들 중 적어도 하나를 편향시키는 이동 가능한 반사기를 포함하며, 여기서 주기성은 빔 분할기 요소 및 반사기를 이동시킴으로써 가변될 수 있다. 빔 분할기 요소 및 반사기는 전동식 플랫폼에 의해 이동된다.

이러한 장치는, 생성된 간섭 패턴의 주기성에 영향을 미치기 위한 빔 성형이 2개의 광학 요소, 즉, 빔 분할기 요소 및 반사기를 이동시킴으로써만 실현될 수 있음에 따라, 복잡하고 마모되기 쉬운 구조를 갖는다. 게다가, 빔 분할기 요소와 반사기 사이의 거리는 고정되고 전동식 플랫폼 상의 그들의 배열은 공간-소비적이다.

직접 레이저 간섭 패터닝을 위한 방법은 과학 간행물들("Microfabrication and Surface Functionalization of Soda Lime Glass through Direct Laser Interference Patterning", Soldera et al., Nanomaterials 2021)로부터 공지되어 있다. 그러나, 이들 방법들은 생성된 구조들을 제어하기 위해 광학 경로에서 하나보다 많은 광학 요소의 복잡한 수정 및 재정렬을 필요로 한다. 원하는 구조 폭들에 대한 다양한 요건들에 따라 구조화될 기판들의 높은 처리량을 갖는 산업적 응용들에서, 이것은 광학 경로에서 광학 요소들의 규칙적인 이동 및 조정을 필요로 하며, 이는 프로세스를 덜 유연하게 하고 광학 요소들의 각각의 새로운 조정의 결과로서 각각의 활용과 함께 광학 요소들을 더 큰 마모 및 손상의 위험에 노출시킨다.

더욱이, 직접 레이저 간섭 구조화에 의해 생성될 수 있는 최소 구조 치수들은 마이크로미터 범위로 제한된다. 생성될 수 있는 최소 치수들은, 간행물들에서 발견되는 바와 같이, 일부 경우들에서 가시 스펙트럼의 방사선의 파장보다 상당히 더 큰 범위에 있다. 이러한 방식으로 생성되는 반사 방지 구조는 특히 단파장의 광에 대해 바람직하지 않은 회절 패턴들을 나타낼 수 있고 이들 파장 범위들에서 반사를 방지하거나 가시광의 전체 스펙트럼으로부터 입사된 광선들의 투과를 보장하는 데 적합하지 않다.

다른 간행물("Improving throughput and microstructure uniformity in Direct Laser Interference Patterning utilizing top-hat shaped beams", El-Khoury et al., Research Square 2021)은 기판 상에 간섭 패턴을 생성하기 위한 광학 장치(optical setup)에서 가우스 및 탑햇(top-hat) 프로파일들을 갖는 레이저 빔들의 사용을 개시하며, 여기서 광학 장치는 레이저 빔 소스, 제1 편향 요소, 빔 성형 요소, 빔 분할기 요소, 추가 편향 요소, 및 포커싱 요소를 포함한다. 간섭 패턴의 주기성은 광학 요소들을 서로 관련하여 이동시킴으로써, 특히 레이저 (서브-) 빔들의 광학 경로에서 추가 편향 요소를 이동시킴으로써 조정될 수 있다.

여기서, 다수의 광학 요소는 간섭 패턴을 생성하기 위해 요구되어, 복잡하고 마모되기 쉬운 설정을 필요로 한다. 더욱이, 생성될 수 있는 구조 주기는 최소 6.7 ㎛로 제한된다.

더욱이, 레이저-패턴화된 스탬프들을 사용하여 계층적 마이크로텍스처들을 생성하기 위한 방법이 공지되어 있으며("Hierarchical Microtextures Embossed on PET from Laser-Patterned Stamps", Bouchard et al., Materials 2021), 여기서 레이저-패턴화된 스탬프는 직접 레이저 기록(using Direct Laser Writing; DLW) 및 직접 레이저 간섭 패터닝(Direct Laser Interference Patterning; DLIP)을 사용하여 생성된다. 고정된 광학 장치가 사용되었으며, 이는 간섭 패터닝에 대해 3.1 ㎛의 미리 결정된 구조 폭을 생성한다. 이러한 방식으로 생성되는 간섭 패터닝은, 낮은 마이크로미터 범위의 치수들로, 직접 레이저 기록에 의해 생성되는 레이저 패터닝 상에 중첩된다. 여기서, 레이저 빔은 최대 강도의 영역에서 기판 상에 구조, 특히 원뿔 형상의 구조를 생성하기 위해 재료 상으로 직접 직접 지향된다. 여기서, 구조의 직경은 전형적으로 대략 110 ㎛이며, 이는 간섭 구조화에 의해 생성되는 구조 주기들의 배수이다. 2개의 구조를 중첩함으로써 기판에 생성되는 구조는 계층적 구조로서 지칭된다.

그러나, 주어진 방법은, 구조화 프로세스가 수개의 프로세스 단계(먼저 DLW, 그 다음 DLIP를 사용하는 연속적인 구조화)로 구성되고, 동일한 설정을 사용하여 생성될 수 있는 최소 구조 치수들이 지정된 치수들(3.1 ㎛)에 제한됨에 따라, 광범위한(extensive) 기판 상에 반사 방지 코팅을 생성하는 데 적합하지 않다. 따라서, 도시된 장치 및 설명된 방법은 하나의 구조화 단계 내에서 그리고 가시광의 전체 스펙트럼에서 전자기파들에 대한 반사 방지 속성들을 갖는 가변 구조 폭들을 갖는 균일한 반사 방지 구조를 생성하는 데 적합하지 않다.

US 2001/035991 A1은 입사된 레이저 빔이 2개보다 많은 섹션("서버- 빔들")으로 분할될 수 있고 3차원 표면 구조가 얇은 포토레지스트 층에 형성될 수 있는 간섭 리소그래피 시스템을 개시하며, 그것에 의해 이러한 표면 구조는 원통형 또는 컵 형상의 홀들로서 형성될 수 있다. 그러나, 특허 명세서는 그러한 구조화된 기판들이 반사 방지 속성들을 갖거나 그러한 구조들이 반사 방지 속성들을 생성하기 위해 어떻게 설계되어야만 하는지를 개시하지 않는다.

EP 2 596 899 B1은 광범위한 샘플들의 간섭 구조화를 위한 장치 및 방법을 개시한다. 장치는 레이저 빔을 샘플 볼륨으로 포커싱하는 포커싱 배열을 포함한다. 레이저 빔은 또한 제1 공간 방향과 평행하지 않은 추가 공간 방향으로 포커싱될 수 있다. 장치는 확장 및 분리 배열을 포함하며, 이는 포커싱 배열 뒤의 광학 경로에 위치되고 이는 레이저 빔을 확장시킨다. 레이저 빔을 2개의 부분 빔으로 분할하는 데만 적합한 단지 하나의 그러한 빔 분할기가 확장 및 분할 배열의 일부이다.

따라서, 본 발명의 목적은 재료 반사 방지 속성들을 제공하는 표면들, 예를 들어 투명한 및/또는 광범위한 표면들의 직접 패터닝이 환경적으로 유해한 화학물질들의 사용없이 생성될 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

게다가, 본 발명의 목적은 가능한 한 견고하고 투명 기판의 사용을 통해 그것의 효율성을 상실하지 않는 패터닝을 생성하는 것이다. 게다가, 그것은 짧은 시간 내에서 광범위한 샘플들을 구조화하는 것이 가능해야만 한다.

본 발명의 추가 목적은 레이저 방사원의 강도와 독립적인 레이저 간섭에 의해 패터닝하는 방법을 제공하는 것이다. 방법은 광학 요소들이 패턴화될 기판 상의 높은 강도들에서도 손상되지 않도록 구성되어야 한다.

본 발명은 레이저 간섭 패터닝에 의해 기판들, 예를 들어 광범위한 및/또는 투명한 기판들의 패터닝을 가능하게 하는 장치를 제공한다. 이러한 장치에 의해, 마이크로- 및 서브마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 주기적인 도트 구조들이 투명 기판들의 표면 상에 또는 내부에 생성될 수 있으며, 이는 기판에 반사 방지 속성들(증가된 투과율)을 제공한다.

본 목적들은 청구항 13항에 따라 기판 - 예로서, 광범위한 및/또는 투명한 기판들이 본원에 언급됨 -의 직접 레이저 간섭 패터닝을 위한 레이저 간섭 패터닝 장치에 의해 본 발명에 따라 달성되며,

- 레이저 빔을 방출하기 위한 레이저 방사원(1),

- 레이저 빔의 광학 경로(3)에 배열되는 빔 분할기 요소(2),

- 레이저의 광학 경로에서 빔 분할기 요소에 연속하여 배열되고 서브-빔들이 간섭 영역에서 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상에서 또는 볼륨 내에서 간섭가능한 그러한 방식으로 서브-빔들이 그것을 통과하도록 구성되는 포커싱 요소(4)를 포함하며,

여기서 빔 분할기(2)는 광학 경로(3)에서 그것의 광축을 따라 자유롭게 이동 가능하고, 여기서 빔 분할기(2)는 레이저 방사원(1)에 의해 방출되는 입사된 레이저 빔을 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개의 서브-빔, 보다 바람직하게는 적어도 4개, 특히 4개 내지 8개, 즉 4, 5, 6, 7 또는 8개의 서브-빔으로 분할하도록 배열된다.

특히 바람직하게는, 빔 분할기(2)는 그것이 입사된 레이저 빔을 짝수의, 즉, 2, 4, 6 또는 8개의 서브-빔, 가장 바람직하게는 4개의 서브-빔으로 분할하는 그러한 방식으로 설정된다.

대안적으로 또는 이에 더하여, 빔 분할기(2)는 그것이 제1 빔 분할기 및 제1 빔 분할기에 연속하여 배열되는 적어도 하나의 추가 빔 분할기를 포함하는 그러한 방식으로 제공될 수 있으며, 여기서 제1 빔 분할기는 입사된 레이저 빔을 적어도 2개의 서브-빔으로 분할하고 추가 빔 분할기는 서브-빔의 적어도 하나의 광학 경로에 배열되고 이러한 서브-빔을 그것이 통과함에 따라 적어도 2개의 서브-빔으로 분할한다.

기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 레이저 간섭 패터닝을 위해, 레이저 방사원에 의해 방출되는 레이저 빔은 빔 분할기 요소(2)에 의해 적어도 3개, 바람직하게는 적어도 4개의 서브-빔으로 분할된다. 이중 빔 간섭(즉, 2개의 서브-빔의 간섭에 의한 패터닝)만이 종래 기술로부터 공지되어 있다. 그러나, 그러한 2-빔 간섭은 기판 상에 라인 패턴들만을 생성한다.

그 다음, 서브-빔들은 그들이 간섭 픽셀로서 또한 공지되는 간섭 영역에서 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상에서 또는 내부에서 간섭하도록 포커싱 요소(4)에 의해 편향된다.

이것은 마이크로- 및 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 2차원의, 주기적인 도트 구조가 생성되는 것을 허용하며, 그 구조 주기는 빔 분할기 요소(2)를 그것의 광축을 따라 이동시킴으로써 자유롭게 조정될 수 있다. 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 광범위한 처리가 가능하다.

추가의 유리한 실시예들은 설명 및 종속항들에서 발견될 수 있다.

일반적인 장점들

본원에 정의되는 장치의 하나의 장점은 이러한 장치 및 그것의 도움으로 실현될 수 있는 방법이 기판들을 패터닝할 때, 특히 반사 방지 속성들을 갖는 구조를 생성할 때 화학물질들의 사용 및 그들의 값비싼 폐기를 생략할 수 있다는 것이다. 게다가, 기판들의 정제가 또한 생략될 수 있다.

더욱이, 다양한 기판들, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판들, 특히 투명한 재료들이 장치로 처리될 수 있다. 프로세스는 기판에 대한 코팅 재료들의 굴절률 또는 접착력에 의존하지 않으므로, 따라서, 이러한 프로세스는 종래의 화학적 프로세스들보다 더 유연하다.

WO 2019/166836 A1과 비교하여, 본 방법에 따른 처리 시간은 상당히 더 낮으며, 이는 구조들의 주기성이 간섭 영역에서 입사된, 적어도 3개, 바람직하게는 적어도 4개의 서브-빔의 간섭에 의해 보장되고, 보다 시간-소비적인 자체-조립(self-assembly) 프로세스들의 결과가 아니기 때문이다. 종래의 방법들에 비해 다른 이점은 생성된 마이크로/나노구조들의 형상(구조적 설계; 기하구조)이 제어될 수 있다는 것이다. 구조들의 기하구조는 간섭 (서브-) 빔들의 수, 그들의 편광에 의해 그리고 프로세스 파라미터들을 설정함으로써 제어될 수 있으며, 그것에 의해 목표된 방식으로 반사 방지 속성들에 영향을 미칠 수 있다.

또한, 이러한 방식으로 생성되는 주기적인 도트 구조의 안정성을 언급할 가치가 있으며, 이는 주기적인 도트 구조가 시간 및 사용에 의해 야기되는 스트레스에 대하여 코팅될 기판으로부터 분리되지 않음에 따라 종래의 코팅들보다 더 내구성이 있다.

패터닝이 볼륨에서, 즉, 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 내부에서, 특히 투명한 재료에서 수행되는 경우, 결과적인 구조(즉, 패턴화된 기판의 주기적인 도트 구조)는 종래의 코팅들보다 충격 및 마모에 덜 민감하다. 발명가들은 재료 내부(즉, 표면 아래)의 구조(또한 본원에서 텍스처로서 지칭됨)가 반드시 반사 방지 속성들을 생성하는 것은 아니라는 점을 발견하였다. 그러나, 재료 내부의 텍스처는 제품 보호, 광학 데이터 저장, 장식 등과 같은 다른 응용들에 대해 흥미가 있는 것이다.

본원에 개시되는 장치의 설정 또는 광학적 구성요의 배열은 기판들이 최대 0.9 m²/min, 특히 0.01 내지 0.9 m²/min 범위, 바람직하게는 0.05 내지 0.9 m²/min 범위, 가장 바람직하게는 0.1 내지 0.9 m²/min 범위의 매우 높은 패터닝 속도들에서 패턴화되는 것을 허용한다는 점이 특히 유리하다. 이것은 적어도 3개의 서브-빔이 중첩되는 영역이 광학 요소들의 바람직한 선택에 의해 확장될 수 있으며, 그것에 의해 큰 영역이 하나의 처리 단계에서 조사될 수 있다는 사실에 의해 보장된다. 직접 레이저 기록과 같은 당업자에게 공지된 방법과 대조적으로, 강한 포커싱이 고해상도 피처들(features)을 생성하기 위해 요구되지 않는다.

그러한 설정은 유리하게는 기판의 표면이 빠르게 스캐닝되는 것을 허용함으로써, 최대 3 m²/min, 특히 0.05 내지 2 m²/min 범위, 바람직하게는 0.1 내지 1 m²/min 범위, 가장 바람직하게는 0.1 내지 0.9 m²/min 범위의 높은 패터닝 속도가 달성될 수 있다. 정확한 패터닝 속도는 특히 이용가능한 레이저 파워에 의존한다. 더 높은 레이저 파워를 갖는 미래 기술들을 사용하면, 심지어 더 높은 패터닝 속도들이 따라서 달성될 수 있다.

상세 설명

본 발명에 따른 장치는 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조를 포함하는 패턴화된 기판을 생성하기 위한, 특히 기판 상에 또는 이러한 기판의 볼륨(즉, 내부)에 소위 반사 방지 글레이징을 생성하기 위한 기판들, 예를 들어 광범위한 및/또는 투명한 기판들의 레이저 간섭 패터닝에 대한 구조를 설명한다.

기판

본 발명의 목적들을 위해, 용어 기판은 표면이 수개의 공간 방향으로 연장되는 기판을 지칭한다. 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판은 평면형 기판 또는 곡선형 기판, 예를 들어 포물선형 기판일 수 있다. 본 발명의 목적들을 위해, 광범위하다는 것은 또한 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판, 예를 들어 x 및 y 방향들에서의 평면형 기판의 범위, 또는 그 곡률 반경을 따른 곡선형 기판의 범위가 적어도 3개의 서브-빔이 서로 간섭하는 영역의 범위보다 더 크다는 것을 의미한다.

바람직한 실시예에서, 기판은 x 및 y 방향들에서의 확장 또는 곡률 반경을 따른 확장이 적어도 3개의 서브-빔이 서로 간섭하는 영역의 확장보다 더 작거나 동일한 기판이다. 기판의 균일한 패터닝은 (레이저 펄스 동안) 하나의 처리 단계에서 가능하다.

특히 바람직한 실시예에서, 기판은 x 및 y 방향들에서의 범위 또는 곡률 반경을 따른 범위가 적어도 3개의 서브-빔이 서로 간섭하는 영역의 범위보다 더 큰 광범위한 기판이다. x 및 y 평면에서 기판을 이동시킴으로써, 기판의 광범위한, 균일한 구조화는 (수개의 레이저 펄스를 이용하여) 수개의 처리 단계에서 가능하다. 기판은 회전 또는 병진에 의해 또는 회전 및 병진의 중첩에 의해 이동될 수 있다.

본 발명의 목적들을 위해, 용어 기판은 반사 표면을 갖는 고체 재료를 지칭한다. 그러한 재료들의 예들은 금속들, 중합체들, 세라믹들 및 유리들이다.

본원에 정의되는 주기적인 도트 구조를 갖는, 특히 반사 방지 속성들을 갖는 본 발명에 따른 레이저 간섭 패터닝 방법을 적용함으로써 처리될 수 있는 기판들과 관련하여, 본 발명의 범위 내에 투명한 및 반투명한 재료뿐만 아니라 불투명한 재료의 넓은 선택이 있다.

특히 바람직한 실시예에서, 광범위한 기판은 투명한 재료를 포함한다.

일반적으로, 투명한 재료는 가시광의 높은 투과율을 갖지만, 이것은 응용에 따라 가변된다. 투명한 재료의 투과율은 가시광 범위(파장 380 nm 내지 780 nm)의 스펙트럼에서 편차 없이 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상이다.

기판의 기하구조는 가변 가능할 수 있으며; 따라서, 예를 들어, 평면이거나, 곡률들 또는 표면 불규칙성들을 갖는 광범위한 기판들 및/또는 튜브들 또는 섬유들과 같은 비-광범위한 기판들이 사용될 수 있다.

바람직하게는, 기판은 광범위한 및/또는 투명한 재료이다.

기판은, 예를 들어, 태양광 필름 또는 디스플레이들에서 사용되는 것과 같은, 유연한 유리 필름, (인공) 가죽, 금속 포일, 얇은 시트 또는 플라스틱 필름과 같은, 유연한 및/또는 굽힘 가능한 기판으로서 설계될 수 있다.

특히 바람직한 실시예에서, 광범위한 기판은 투명한 재료를 포함하며, 바람직하게는 기판은 투명한 재료로 구성된다. 재료 또는 기판은 그것이 1 nm와 1 m 사이의 전자기 방사선의 스펙트럼의 적어도 서브-범위에 대해 높은 투과율을 갖는 경우 본 발명의 의미에서 투명하다. 그러한 부분 범위들은, 예를 들어, 380 nm 내지 780 nm의 가시광 범위 또는 780 nm 내지 5,000 nm의 적외선을 또한 포함하는 범위 또는 적외선(열 복사)의 범위 또는 마이크로웨이브 방사선, 특히 1 mm 내지 10 m 파장 범위의 레이더 방사선의 범위, 또는 원하는 응용에 따라, 특히 레이저 소스의 파장에 따라 적응되는 또한 다른 부분 범위의 전자기 방사선이다. 그러한 서브-범위는 바람직하게는 파장의 적어도 10% 또는 50%의 폭을 가지며, 이는 서브-범위의 하한을 형성한다. 본 발명의 목적들을 위해, 부분 범위의 높은 투과율은 부분 범위의 각각의 파장에 대해, 즉, 부분 범위의 전체 스펙트럼에 대해 적어도 50% 또는 바람직하게는 적어도 70% 또는 특히 바람직하게는 적어도 80% 또는 적어도 90%의 투과율이다. 그러나, 투명한 기판은 또한 가시광 범위에서 특정 파장 범위들에 대해 선택적으로 높은 투과율을 갖는 기판으로서 설명될 수 있으며, 예를 들어 기판은 500 nm 내지 800 nm 범위의 파장들을 갖는 전자기 방사선에 대해 높은 투과율을 갖는다. 투과율은 투과되는 파장 범위에 따라 가변될 수 있으며, 예를 들어 380 nm 내지 500 nm 범위의 파장들에 대해 적어도 70% 이상 및 500 nm 내지 750 nm 범위에서 90% 이상이다. 예를 들어, 기판은 380 nm 내지 780 nm의 파장들을 갖는 방사선을 투과시킨다. 그것은 450 nm 내지 690 nm의 파장들에서 특히 높은 투과율, 예를 들어 90%의 투과율을 가지며; 이보다 낮거나 높은 파장들에서의 투과율은, 예를 들어, 70%이다.

투명한 재료의 반투명성은 또한 기판의 볼륨/내부에서 평면의 레이저 간섭 처리가 가능하다는 장점을 제공한다.

본 발명의 목적들을 위해, 투명한 재료는 투명한 재료들, 특히 유리(예를 들어, 붕규산 유리들, 석영 유리들, 알칼리-토류-알칼리-실리케이트 유리들(예를 들어 소다 석회 유리), 알루미노규산염 유리들, 금속성 유리들) 뿐만 아니라, 고체 중합체들(예를 들어, 폴리카보네이트들, 예컨대 Makrolon® 및 Apec®; 폴리카보네이트 블렌드들, 예컨대 Makroblend® 및 Bayblen®; 폴리메틸 메타크릴레이트, 예컨대 Plexiglas®; 폴리에스테르; 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌) 뿐만 아니라 투명한 세라믹들(예를 들어, 스피넬 세라믹들, 예컨대 Mg-Al 스피넬, ALON, 알루미늄 산화물, 이트륨 알루미늄 가넷, 이트륨 산화물 또는 지르코늄 산화물) 또는 이들의 혼합물들을 포함한다. 폴리카보네이트들은 호모폴리카보네이트들, 코폴리카보네이트들 및 열가소성 폴리에스테르 카보네이트들이다.

특히 바람직한 실시예에 따르면, 투명한 재료는 (본원에 정의되는 바와 같은) 유리 또는 (본원에 정의되는 바와 같은) 고체 중합체를 포함한다.

유리의 실리케이트 프레임워크는 바람직하게는 170 nm 내지 5,000 nm 범위의 파장들, 즉, 380 nm 내지 780 nm 범위의 가시광을 포함하고 적외선 방사를 포함하는 파장 범위에 대한 투과창(transmission window)을 제공한다.

대안적으로, 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판은 또한 불투명한(opaque) 재료를 포함할 수 있다. 비-투명한 재료를 패터닝함으로써, 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조는, 본원에 정의되는 바와 같이, 비-투명한 재료의 표면 상에 생성된다. 그 결과, 반사 방지 속성들을 갖는 구조는 불투명한 재료 상에 형성될 수 있으며, 그것에 의해 불투명한 기판의 표면의 원래 거칠기(즉, 본 발명에 따른 패터닝을 적용하기 전)는 거시적 범위에서 변하지 않거나 거의 변하지 않은 상태로 남아 있어서, 불투명한 재료, 예를 들어 금속 표면의 다른 반사 표면의 반사 감소를 효과적으로 유도한다. 적합한 비-투명한 재료들은 금속들(예를 들어, 실리콘, 알루미늄, 구리, 금), 금속성 합금들(예를 들어, 강철, 황동), 세라믹 재료들(예를 들어, 지르코늄 산화물, 티타늄 이산화물, 지르코늄 이산화물) 및 중합체들(PEEK, 폴리에테르 에테르 케톤들; 폴리플루오르화 탄화수소들 예컨대 Teflon) 뿐만 아니라 이들의 조합들을 포함한다. 예를 들어, 그러한 패턴화된 기판은 다른 기판 상에 구조들의 간접 적용 또는 생성을 위한 네거티브 몰드(negative mold)로서 적합하다. 패턴화된 기판은, 예를 들어, 임의의 수의 다른 기판 상에 기판 상에 생성되는 구조와 반대인 구조를 생성하는 "스탬프(stamp)"로서 사용될 수 있다. 게다가, 그러한 패턴화된 기판은 전자기 방사선의 증가된 회절을 나타내며, 그것에 의해 기판의 패터닝은 기판의 지향성 반사(directional reflection)의 감소를 야기한다. 구조 치수들로 인해, 산란 프로세스들은 이들 구조들 상에서 발생하며, 이는 기판의 레벨에서, 특히 그것의 표면들 중 하나 상에서 간섭 패터닝에 의해 도입된다.

도트 구조/간섭 패턴/반사 방지 글레이징

본 발명은 또한 반사 방지 속성들을 갖는 패턴화된 기판(5)을 포함하며, 여기서 패턴화된 기판은 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조를 포함하고, 여기서 주기적인 도트 구조는 역원뿔들로부터 형성되고, 여기서 역원뿔들은 그들의 각각의 안장점 또는 높이 중심(원형 베이스)에 대해 50 nm 내지 50 ㎛ 범위, 바람직하게는 50 nm 내지 20 ㎛ 범위, 보다 바람직하게는 100 nm 내지 4 ㎛ 범위, 보다 바람직하게는 100 nm 내지 4 ㎛ 범위의 거리로 주기적으로 이격된다.

본 발명의 목적을 위해, 용어 역원뿔들은 원형, 타원형, 삼각형 또는 실질적으로 직사각형 베이스, 특히 원형 베이스를 갖는 구조들을 지칭하며, 이는 기판 내의 수직 방향에서 원뿔 형상으로 수렴하고 그들의 안장점에서 둥근 원뿔 팁을 갖는다. 역원뿔들은 패터닝 프로세스 동안, 즉, 레이저 펄스가 기판에 충돌하는 고강도 영역의 결과로서 구조화될 기판에 충돌할 때 형성되며, 그것에 의해 기판 상의 또는 기판 내의 역원뿔들 사이의 영역들은 이상적으로 강도가 제로인 상쇄 간섭으로 인해 본질적으로 구조화되지 않은 상태로 남아 있다. 결과적으로, 레이저 (서브-) 빔들을 기판 상에 또는 기판 내에 포커싱함으로써, 강도 분포가 지정하는 것의 네거티브(negative)가 형성된다. 역원뿔들의 설명된 형상은 기판의 표면 상에 배열되는 도트 구조들을 지칭한다. 볼륨 내의 평면에서 또는 평면을 따른 포인트 구조들의 배열은 대칭적인 형상을 야기한다. 본 발명의 목적들을 위해, 레이저 간섭 구조화에 의해 볼륨 내에 형성되는 도트 구조들은 또한 역원뿔들로서 지칭된다.

타원형 베이스를 갖는 원뿔들은, 예를 들어, 레이저 (서브-)빔(들)의 입사각과 관련하여 기판을 경사시킴으로써, 기판에 대해 간섭 볼륨(즉, 체적 픽셀, 복셀; 그들이 간섭 영역에서 간섭하도록 서브-빔들이 기판의 표면 상에 또는 볼륨 내에 포커싱되는 각도)을 경사시킴으로써, 예를 들어 기판에 대해 장치를 경사시킴으로써, 또는 이들의 조합에 의해 생성될 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 타원형 베이스를 갖는 원뿔들은 포커싱된 레이저 (서브-) 빔들의 입사각과 관련하여 기판을 경사시킴으로써 생성된다.

구조의 주기는 본 발명의 목적들을 위해 람다(Λ)로서 지칭된다. 그것은 일반적으로 간섭 레이저 (서브-) 빔들의 파장, 간섭 레이저 (서브-) 빔들의 입사각 및 간섭 레이저 (서브-) 빔들의 수에 의존한다.

본 발명의 목적들을 위해, 여기서 반사 방지 글레이징으로서 지칭되는 반사 방지 속성들을 갖는 패턴화된 기판은 마이크로- 및 서브-마이크로미터 범위, 즉, 50 nm 내지 50 ㎛ 범위의 구조 폭들을 갖는 주기적인 도트 구조를 갖는 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판을 설명한다. 이들 반사 방지 속성들은 생성된 구조의 치수들, 즉, 개별 원뿔들의 구조 주기 및 치수들이 가시광의 파장보다 더 작은 범위들에 있을 때 달성된다.

물리학에서, 반사는 상이한 굴절률들을 갖는 재료들의 경계면에서 전자기파의 뒤로의 바운싱(bouncing)이다. 투명 기판들에서의 광의 반사각 및 투과각은 일반적으로 다음과 같은 스넬(Snellius)의 굴절 법칙을 사용하여 계산될 수 있으며,

여기서 n1 및 n2는 공기 및 기판의 굴절률을 나타내고 δ1 및 δ2는 각각 입사빔 및 반사빔의 각도들을 나타낸다.

기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상에서 또는 볼륨 내에서의 주기적인 도트 구조로 인해, 기판의 굴절률은 점진적인 굴절률이 뒤따르는 그러한 방식으로 변경된다. 그 결과, 주기적인 도트 구조의 구조적 주기 Λ보다 더 큰 파장들을 갖는 광은 점점 더 투과된다. 주기적인 도트 구조보다 더 짧거나 동일한 파장들을 갖는 광은 표면에서 회절된다.

본 발명의 맥락에서, 반사 방지 속성들은 치수들이 입사된 전자기파의 범위 내에 놓여 있는 주기적인 도트 구조들을 지칭하며, 따라서 입사파는 반사가 "교란(disturbing)"으로서 인식되지 않는 그러한 방식으로 관찰자로부터 멀리 회절된다. 게다가, 본 발명의 의미에서 용어 반사 방지 속성들은 또한 입사된 전자기파에 대해 한 매질에서 다른 매질로의 명확한 전이가 없고 입사된 전자기파가 점점 더 투과되도록 제1 매질, 예를 들어 공기와 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판 사이의 경계에서의 굴절률이 점진적인 것을 포함한다.

본 발명의 목적들을 위해, 반사 방지 속성들을 갖는 패턴화된 기판은 또한 주기적인 도트 구조를 포함하는 그러한 기판을 설명하며, 여기서 주기적인 도트 구조는 중첩된 구조들로 구성되고, 여기서 적어도 하나의 구조는 서브마이크로미터 범위의 치수를 갖고, 여기서 적어도 하나의 구조는 (본원에 정의되는 바와 같은) 역원뿔들로부터 형성되며, 이는 특히 간섭 레이저 빔들에 의해 생성될 수 있다.

예를 들어, 주기적인 도트 구조, 특히 중첩된 구조들로 구성되는 주기적인 도트 구조는 간섭 레이저 빔들이 적절하게 파라미터들(레이저 방사원의 선택, 광학 요소들의 배열, 펄스 지속시간 및 강도, 간섭 픽셀에 충돌하는 레이저 펄스들의 수)을 구성함으로써 사용될 때 각각의 응용의 요건들에 최적으로 적응될 수 있다.

예를 들어, 이러한 방식으로 생성되는 반사 방지 속성들을 갖는 구조는 마이크로미터 범위의 평균 치수들을 갖는, 특히 그들의 각각의 안장점 또는 높이 중심과 관련하여 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 평균 거리를 갖는 역원뿔들로 구성되는 주기적인 도트 구조이다. 추가 구조는 이러한 주기적인 도트 구조 상에 중첩되며, 중첩된 구조의 평균 치수는 바람직하게는 레이저 파장 λ, 또는 λ/2의 범위, 특히 100 nm 내지 1000 nm, 바람직하게는 100 nm 내지 800 nm, 특히 바람직하게는 100 nm 내지 600 nm, 특히 100 nm 내지 400 nm의 치수들을 갖는다. 본 발명의 목적들을 위해, 그러한 구조는 또한 계층적 구조로서 지칭된다.

특히, 중첩된 구조는 준-주기적인 파동 구조를 가지며, 여기서 중첩된 구조의 영역에서 기판의 표면 상의 재료는 주기성이 서브마이크로미터 범위, 특히 바람직하게는 100 nm 내지 1000 nm 범위, 바람직하게는 100 nm 내지 800 nm 범위, 특히 바람직하게는 100 nm 내지 600 nm 범위, 특히 100 nm 내지 400 nm인 일련의 파동 마루(wave crest) 및 파동 골(wave crest)을 갖는다.

파동 구조는 패터닝 프로세스 동안, 즉, 레이저 펄스가 고강도의 영역의 발생의 결과로서 구조화될 기판 상에 충돌할 때 형성되며, 패터닝은 고강도의 영역에서 레이저 펄스에 의한 기판 재료의 적어도 부분적인 용융에 의해 여기되는 자체-조립 프로세스에 의해 발생한다. 특히, 파동 구조는 레이저-유도된 주기 표면 구조들(LIPSS)을 이용함으로써 생성되며, 이들 표면 구조들의 발생은 간섭 레이저 빔들에 의한 주기적인 도트 구조들의 생성에 결합된다.

대안적으로, 본 발명에 따른 마이크로미터 범위의 평균 치수들을 갖는 역원뿔들의 도트 구조 상에 중첩되는 파동 구조는 또한 후속적으로 추가 간섭 픽셀을 적용함으로써 (미리-구조화된) 기판의 표면에 적용될 수 있으며, 그것에 의해 추가 간섭 픽셀로 생성되는 구조들은 추가 간섭 픽셀에 의해 형성되는 원뿔들과 관련하여 100 nm 내지 1,000 nm의 통계적 평균 범위, 바람직하게는 100 내지 800 nm, 특히 바람직하게는 100 nm 내지 600 nm 범위, 예를 들어 200 nm 내지 500 nm 범위, 특히 100 nm 내지 400 nm 범위의 구조 주기를 갖는다.

유리하게는, 레이저 빔들을 간섭하고 레이저-유도된 주기 표면 구조들을 사용함으로써 예를 들어 반사 방지 속성들을 갖는 기판의 광범위한 패터닝은 따라서 긴 처리 시간 또는 많은 수의 연속적으로 실행가능한 프로세스 단계를 수용하는 것 없이 가능하다. 따라서, 본 발명은 반사 방지 속성들을 갖는 기판들의 영역 및 자체-세척, 소수성 또는 초소수성 뿐만 아니라, 방빙(anti-icing) 및/또는 방담(anti-fogging) 속성들을 갖는 친수성 또는 초친수성 기판들의 영역 둘 다의 기술 분야에서 사용될 수 있는 계층적 구조들의 동시 생성을 가능하게 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 간섭 픽셀(또는 기판 상에 또는 기판내에 간섭 픽셀을 생성하는 간섭 볼륨), 예를 들어 레이저 간섭 패터닝에 의해 기판의 표면 상으로 또는 볼륨 내로 제1, 제2 및/또는 제3 간섭 픽셀의 적용은 45°내지 90°(수직)의 기판의 표면에 대한 각도, 바람직하게는 60°내지 90°의 각도, 특히 바람직하게는 75°내지 90°의 각도에서, 예를 들어 90°의/로의 각도 범위에서 수개의 레이저 (서브-) 빔으로 기판을 조사함으로써 수행된다. 각각의 경우에서, 각도는 범위가 기판의 광축과 관련하여 각각의 경우에서 76°, 77°, 78°, 79°, 80°, 81°, 82°, 83°, 84°, 85°, 86°, 87°, 88°, 89°, 90°로부터/까지 이른다. 간섭 픽셀은 본질적으로 표면에 대해 법선을 따라 수직으로, 즉, 90° ± 1°의 각도에서 기판에 적용되는 것이 특히 바람직하다.

간섭 영역 또는 간섭 픽셀

본 발명에 따른 장치는 기판 상에 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조를 생성하도록 설계되며, 여기서 주기적인 도트 구조는 간섭 영역에서 간섭하는 레이저 빔들에 의해 생성될 수 있다.

간섭 영역은 그것의 공간 범위 내에서 발생하는 교호하는 방사 강도 최대값 및 최소값을 특징으로 한다. 이들 최대값 및 최소값은 주기적으로, 즉, 반복적인 규칙성으로 발생하고 따라서 기판에 전사될 수 있는 간섭 패턴을 형성한다. 이러한 패턴이 인식가능한 간섭 영역은 또한 간섭 픽셀로서 지칭된다. 간섭 픽셀의 범위는 전형적으로 원형이지만, 다른 기하학적 범위들, 예를 들어. 타원형 또는 선형 범위들이 또한 가능하다. 간섭 패턴이 인식가능한 간섭 영역은 처리될 기판의 강도 임계값에 의해 물리적으로 정의된다. 강도 임계값은 기판의 재료가 입사된 레이저 빔들과 상호작용하는 에너지를 설명하며, 따라서 변화는 재료 내에서, 예를 들어 재료의 용융 또는 제거에서 발생한다. 가우스 방사 프로파일을 갖는 레이저 방사원의 경우, 간섭 패턴의 최대값에서 발생하는 간섭 레이저 빔들의 에너지는 간섭 영역의 에지를 향하여 감소함으로써, 기판에 적용되는 간섭 픽셀은 간섭 영역보다 더 작으며, 그것에 의해 정확한 크기는 레이저 방사원 및 기판의 속성들에 의해 결정된다.

따라서, 용어 간섭 픽셀, 예를 들어 제1, 제2, 제3 및/또는 추가 간섭 픽셀은 본 발명의 의미에서 기판의 표면 상의 적어도 3개의 역원뿔, 바람직하게는 적어도 7개의 역원뿔, 가장 바람직하게는 적어도 19개의 역원뿔의 주기적인 패턴 또는 격자를 지칭하며, 이는 간섭 픽셀 내에 형성된다(도6 참조).

바람직하게는, 주기적인 패턴 또는 격자(grating)는 기판의 표면 상으로 또는 내부로 이들 레이저 (서브-) 빔들을 포커싱(번들링)하는 결과로서 적어도 3개의, 특히 바람직하게는 적어도 4개의 레이저 (서브-) 빔을 중첩함으로써 생성되며, 그것에 의해 서브-빔들은 기판의 표면 상에서 또는 내부에서 건설적으로 및 파괴적으로 간섭한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 구조화된 기판은 단지 하나의 유형의 단일 간섭 픽셀, 예를 들어 제1 간섭 픽셀, 제2 간섭 픽셀 및/또는 제3 간섭 픽셀을 포함하는 것이 아니라, 오히려 하나의 유형의 복수의 간섭 픽셀을 포함하며, 예를 들어 복수의 제1 간섭 픽셀 및/또는 복수의 제2 간섭 픽셀은 적어도 하나의 공간 방향(x 및/또는 y 방향)으로, 특히 바람직하게는 반복적인 오프셋 방식으로 서로 인접하는 2개의 공간 방향으로(2차원으로) 평면 내에서 서로 독립적으로 각각 배열된다. 예를 들어, 제1 단계에서 평면 내의 적어도 복수의 제1 간섭 픽셀은 구조화될 기판의 표면 상의 또는 볼륨 내의 평면에 적용되고(예를 들어, 도 6 참조), 적어도 하나의 공간 방향으로 배열되고 서로에 대해 반복적으로 오프셋되고, 제2 단계에서 평면 내의 복수의 제2 간섭 픽셀은 적어도 동일한 공간 방향으로 적용되고 서로에 대해 반복적으로 오프셋되어, 이들 복수의 제1 간섭 픽셀 상에 중첩되는 것으로 제공될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이들 수개의 제1 간섭 픽셀 및 수개의 제2 간섭 픽셀은 교호적으로, 즉, 기판에 교호적으로 - 즉, 제1 간섭 픽셀, 그 다음, 제2 간섭 픽셀 및 다시 처음부터 - 적용되는 것으로 제공될 수 있다.

수개의 제1 간섭 픽셀 및 수개의 제2 간섭 픽셀을 배열함으로써, 특정 속성들, 특히 반사 방지 속성들은 큰 영역 위에서, 특히 기판의 표면에 의해 걸쳐 있는 기판의 평면 위에서, 또는 기판의 볼륨 내에서 달성/적용될 수 있다. 수개의 제1 간섭 픽셀 및 수개의 제2 간섭 픽셀을 갖는 그러한 패터닝은, 예를 들어, 다각형 스캐너로 기판을 스캐닝함으로써 달성될 수 있다.

바람직하게는, 하나의 유형의 간섭 픽셀 내의 주기적인 도트 구조들은 15% 이하, 보다 바람직하게는 10% 이하, 심지어 보다 바람직하게는 5% 이하의 원뿔의 단면의 변동 계수(표준 편차를 평균값으로 나눈 것으로부터 야기되는 값)를 갖는다. 이것은 또한 편차들이 프로세스로 인해 더 크고 생성될 구조 주기가 덜 정확하게 매핑되는 기판들을 패터닝/코팅하기 위한 종래의 방법들(예를 들어 에칭, 입자 블라스팅, 중합체 코팅)과 비교하여 본 발명에 따라 패턴화되는 기판의 더 양호한 검출능(detectability)을 허용한다.

레이저 방사원

본 발명에 따른 장치는 레이저 빔을 방출하는 레이저 방사원(1)을 갖는다. 방출된 레이저 빔의 방사 프로파일은 가우스 프로파일 또는 탑햇(top-hat) 프로파일에 대응하며, 특히 바람직하게는 탑햇 프로파일에 대응한다. 탑햇 프로파일은 구조화될 기판 표면을 보다 균일하게 패터닝하거나 커버하는 데 도움이 되고, 필요한 경우, 더 빠른 패터닝 속도를 가능하게 하는 데 도움이 된다.

특히 바람직한 실시예에서, 레이저 방사원(1)은 펄스형 레이저 빔을 생성하는 소스이다. 펄스형 레이저 방사원의 펄스 폭은, 예를 들어, 10 펨토초 내지 100 나노초, 특히 50 펨토초 내지 10 나노초, 가장 바람직하게는 50 펨토초 내지 100 피코초 미만의 범위에 있다.

달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 용어 레이저 빔 또는 서브- 빔은 기하학적 광학의 이상적인 빔을 지칭하는 것이 아니라, 실제 광 빔, 예컨대 무한소로 작은 빔 단면을 갖지 않지만, 확장된 빔 단면(가우스 분포 프로파일 또는 고유한 탑햇 빔)을 갖는 레이저 빔을 지칭한다.

탑햇 프로파일 또는 탑햇 강도 분포는, 적어도 하나의 방향과 관련하여, 본질적으로 직사각형 함수(rect(x))에 의해 설명될 수 있는 강도 분포를 지칭한다. 백분율 범위 또는 경사 에지들에서 직사각형 함수로부터의 편차들을 도시하는 실제 강도 분포들은 또한 탑햇 분포들 또는 탑햇 프로파일들로서 지칭된다. 탑햇 프로파일을 생성하기 위한 방법들 및 장치들은 당업자에게 잘 공지되어 있고 예를 들어 EP 2 663 892에서 설명된다. 레이저 빔의 강도 프로파일을 변형시키기 위한 광학 요소들은 또한 이미 공지되어 있다. 예를 들어, 회절 및/또는 굴절 광학계(optics)는 가우스-형상화된 강도 프로파일을 갖는 레이저 빔들을 TOPAG Lasertechnik GmbH로부터의 가우스-투-탑햇(Gauss-to-top hat) 포커스 빔 쉐이퍼와 같은 하나 이상의 정의된 평면에서 탑햇-형상화된 강도 프로파일을 갖는 레이저 빔들로 변형시키기 위해 사용될 수 있으며, 예를 들어 DE102010005774A1을 참조한다. 탑햇-형상화된 강도 프로파일들을 갖는 그러한 레이저 빔들은, 본질적으로 일정한 에너지 또는 전력 밀도가 특히 양호하고 재생가능한 처리 결과들이 달성될 수 있게 함으로써, 레이저 재료 처리에 대해, 특히 50 ps보다 더 짧은 레이저 펄스들을 사용할 때 특히 매력적이다.

본 발명에 따른 장치에 의해 포함되는 레이저 방사원(1)은 0.01 내지 5 J/cm², 특히 바람직하게는 0.1 내지 2 J/cm², 매우 특히 바람직하게는 0.1 내지 0.5 J/cm²의 강도를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 레이저 방사원의 강도가 범위 내에서 유연하게 선택되는 것을 허용한다. 빔 직경은 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판 상에서의 간섭 패턴의 생성에 역할을 하지 않는다. 레이저의 광학 경로 내의 광학 요소들의 선호된 배열로 인해, 유닛(unit)은 레이저 빔의 강도를 제어하도록 요구되지 않는다.

레이저 방사원은 바람직하게는 200 nm 내지 15 ㎛ 범위(예를 들어, 10.6 ㎛범위의 CO2 레이저들), 가장 바람직하게는 266 nm 내지 1,064 nm 범위의 파장들을 방출하도록 구성된다. 적합한 레이저 방사원들은 UV 레이저 빔 소스들, 녹색 광(532 nm)을 방출하는 레이저 방사원들(155 내지 355 nm), 다이오드 레이저들(전형적으로 800 내지 1000 nm) 또는 근적외선(전형적으로 1064 nm), 특히 200 내지 650 nm 범위의 파장을 갖는 방사선을 방출하는 레이저 방사원들을 포함한다. 마이크로처리에 적합한 레이저들은 당업자에게 공지되어 있고, 예를 들어, HeNe 레이저들, HeAg 레이저들(대략 224 nm), NeCu 레이저들(대략 249 nm), Nd:YAG 레이저들(대략 355 nm), YAG 레이저들(대략 532 nm), InGaN 레이저들(대략 532 nm)을 포함한다.

추가 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 적어도 하나의 추가 레이저 방사원을 가지며 이는 그것이 제1 레이저 방사원의 레이저 빔과 간섭하는 레이저 빔 또는 간섭 영역에서 서브-빔들로 분할되는 제1 레이저 방사원의 레이저 빔을 생성하도록 설계된다. 추가 레이저 방사원은 상술한 것과 동일한 속성들을 갖지만, 이들은 제1 레이저 방사원의 속성들과 동일하거나 상이할 수 있다.

광학 요소들

본 발명은 복수의 광학 요소들을 포함한다. 이들 요소들은 주로 프리즘들 및 렌즈들이다.

이들 렌즈들은 굴절 또는 회절될 수 있다. 구면, 비구면 또는 원통형 렌즈들이 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 원통형 렌즈들이 사용된다. 이것은 서브-빔들(또한 본원에서 간섭 픽셀들로서 지칭됨)의 중첩 영역들을 한 공간 방향으로 압축하고 그들을 다른 공간 방향으로 스트레칭하는 것을 가능하게 한다. 렌즈들이 구면/비구면이 아니고 원통형인 경우, 이것은 빔들이 동시에 변형될 수 있다는 장점을 갖는다. 이것은 처리 스팟(즉, 기판 상에 생성되는 간섭 패턴)이 포인트에서 간섭 패턴을 포함하는 라인으로 변형되는 것을 허용한다. 레이저로부터의 충분한 에너지로, 이러한 라인은 10~15 mm 길이(및 대략 100 ㎛ 두께)의 범위에 있을 수 있다.

더욱이, 공간 광 변조기들(Spatial Light Modulators; SLM)이 빔 성형을 위해 사용될 수 있다. 입사된 광 빔의 위상 또는 강도 또는 위상 및 강도의 공간 변조를 위한 SLM들의 사용은 당업자에게 공지되어 있다. 빔 분할을 위한 액정 온 실리콘(Liquid Crystal on Silicon; LCoS) SLM들의 사용은 문헌에서 설명되고 또한 본 발명에 따른 장치에서 가능하다. 게다가, SLM들은 또한 서브-빔들을 기판 상에 포커싱하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 SLM은 광학적으로, 전자적으로 또는 음향적으로 제어될 수 있다.

아래에 설명되는 모든 광학 요소들은 레이저의 광학 경로(3)에 배열된다. 본 발명의 목적들을 위해, 레이저의 광학 경로는 레이저 방사원에 의해 방출되는 레이저 빔의 경로 및 빔 분할기 요소에 의해 분할되는 서브-빔들의 경로 둘 다를 지칭한다. 그러나, 광학 경로(3)의 광축은 레이저 방사원(1)에 의해 방출되는 레이저 빔의 광축인 것으로 이해된다. 달리 설명되지 않는 한, 모든 광학 요소들은 광학 경로(3)의 광축에 수직으로 배열된다.

빔 분할기 요소

빔 분할기 요소(2)는 레이저의 광학 경로(3)에서 레이저 방사원(1)의 뒤에 위치된다. 빔 분할기 요소(2)는 회절 또는 굴절 빔 분할기 요소일 수 있다. 회절 빔 분할기 요소들은 또한 줄여서 회절 광학 요소들(diffractive optical elements; DOE)로서 지칭된다. 본 발명의 목적들을 위해, 회절 빔 분할기 요소는 마이크로구조들 또는 나노구조들, 바람직하게는 마이크로구조들을 포함하는 광학 요소를 지칭하며, 이는 상이한 회절 차수들에 따라 인입 빔을 상이한 빔들로 분할한다. 본 발명의 목적들을 위해, 굴절 빔 분할기 요소는 빔들이 표면들에서의 굴절률 차이들에 기초하여 분할되는 빔 분할기 요소를 지칭하며, 이들은 통상적으로 투명한 광학 요소들, 예컨대 프리즘 또는 이중 프리즘이다. 바람직하게는, 빔 분할기 요소(2)는 회절 광학 빔 분할기 요소이다.

바람직한 실시예에 따르면, 빔 분할기 요소는 단일 광학 요소, 특히 회절 또는 굴절 광학 요소이며, 이는 입사된 레이저 빔의 세분화가 빔 분할기 요소의 광학적 속성들에 기초하는 그러한 방식으로 구성된다. 이것은 유리하게는 더 간단한 광학적 구조가 수개의 광학 요소(예를 들어, 거울들, 프리즘들 등)로 구성되는 다중-파트 빔 분할기 요소와 비교하여 실현될 수 있다는 것을 보장한다. 원하는 빔 분할은 서로 관련하여 수개의 광학 요소의 배열을 교정하거나 조정할 필요없이 달성될 수 있다. 광학 경로에서의 빔 분할기 요소의 이동성은 또한 단일 광학 요소만이 이동될 필요가 있음에 따라 실현하기 용이하다. 게다가, 일체형(one-piece) 빔 분할기 요소의 사용은 마모에 민감하고 교체될 필요가 있을 수 있는 더 적은 구성요소를 야기한다.

하나의 가능한 실시예에 따르면, 빔 분할기는 결과적인 빔들 중 하나가 다른 것과 상이한 편광을 갖는 편광 빔 분할기로서, 또는 편광이 빔의 분할에 역할을 하지 않는 비편광 빔 분할기로서 설계된다.

바람직한 실시예에서, 빔 분할기 요소(2)는 방출된 레이저 빔을 적어도 3개, 바람직하게는 적어도 4개, 특히 4 내지 8개, 즉, 4, 5, 6, 7 또는 8개의 서브-빔으로 분할한다.

추가 실시예에서, 빔 분할기 요소(2)는 방출된 레이저 빔을 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3 내지 4개, 특히 4 내지 10개, 즉, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10개의 서브-빔으로 분할한다.

빔 분할기 요소(2)는 그것의 광축을 따라 자유롭게 이동 가능하다. 다시 말해서, 빔 분할기 요소는 그것의 광축을 따라 레이저 방사원을 향하거나 멀어지도록 이동될 수 있다. 빔 분할기 요소(2)의 이동은 적어도 3개의 서브-빔의 확장을 변경함으로써 그들은 서로로부터 상이한 거리들에서 포커싱 요소에 충돌한다. 그 결과, 서브-빔들이 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판에 충돌하는 각도 θ는 변경될 수 있다. 이것은 4개의 서브-빔의 중첩으로부터 다음으로 구조 주기 Λ의 원활한 변경을 야기하며

여기서 λ는 방출된 레이저 빔의 파장이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 빔 분할기 요소는 회전 요소로서 설계된다. 이것은 유리하게는 서브-빔들의 편광이 수정되는 것을 허용한다.

특히 바람직하게는, 부분 빔들이 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판에 충돌하는 각도 θ는 0.1°내지 89.9°, 바람직하게는 5°내지 85°, 특히 바람직하게는 10°내지 60°, 가장 바람직하게는 15°내지 45°이다.

각도 θ는 또한 광학 요소들 사이의 거리들, 특히 광학 요소들과 빔 분할기 요소 사이의 거리, 특히 포커싱 요소와 빔 분할기 요소 사이의 거리에 의존한다. 광범위한 및/또는 투명한 기판 상에 또는 내에 생성될 원하는 구조 주기에 따라, 빔 분할기 요소의 위치는 원하는 구조 주기가 설정될 수 있는 그러한 방식으로 조정되거나 계산될 수 있다. 장치에 의해 포함되는 광학 요소들의 위치, 특히 빔 분할기 요소와 관련하여 포커싱 요소의 위치는 광학 요소들 사이의 거리가 더 크거나 더 작은 경우 빔 분할기 요소의 위치가 적절하게 조정될 수 있는 그러한 방식으로 고려된다.

반사 방지 속성들을 갖는 패턴화된 기판을 생성하기 위해, 10 내지 300 nm의 거리가 빔 분할기 요소(2)에서 편향 요소(7)까지 설정되는 경우 특히 유리한 것으로 발견되었다.

일 실시예에 따르면, 작은 구조 주기들, 바람직하게는 통계적 평균에서 100 nm 내지 1,000 nm(또는 본원에 추가로 정의되는 바와 같은) 범위를 갖는 도트-형상화된 구조들은 간섭 패턴을 적용함으로써 직접적으로 생성될 수 있으며, 여기서 빔 분할기 요소(2)와 편향 요소(7) 사이의 거리는 크며, 예를 들어 40 mm 내지 200 mm, 특히 80 mm 내지 150 mm 범위에 있다.

추가 실시예에 따르면, 작은 구조 주기들, 바람직하게는 통계적 평균에서 100 nm 내지 1,000 nm(또는 본원에 추가로 정의되는 바와 같은) 범위를 갖는 도트-형상화된 구조들은 LIPSS의 자체-조직화 프로세스에 의해 생성될 수 있으며, 여기서 빔 분할기 요소(2)와 편향 요소(7) 사이의 거리는 작으며, 예를 들어 1 mm 내지 100 mm, 특히 50 mm 내지 75 mm, 특히 바람직하게는 10 내지 50 mm 범위에 있다. 이러한 방식으로, 간섭 패턴을 직접 적용함으로써, 간섭 패턴이 생성될 수 있으며 이는 (본원에 정의된 바와 같은) 서브마이크로미터 범위의 도트 구조가 중첩되는 큰 구조 주기들을 갖는다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 장치는 또한 측정 디바이스, 특히 레이저 또는 광학 센서에 의해 동작하는 측정 디바이스를 포함하며, 이는 빔 분할기 요소의 위치 및, 적절한 경우, 다른 광학 요소들로부터 빔 분할기 요소의 거리, 특히, 포커싱 요소의 위치를 측정하도록 구성된다.

더욱이, 본 발명에 따른 장치는 신호 기술의 관점에서 측정 디바이스에 연결되고 특히 빔 분할기 요소의 측정된 위치가 제1 미리 결정된 비교 값과 비교될 수 있는 그러한 방식으로 컴퓨팅 유닛에 연결되는 제어 디바이스를 포함할 수 있으며, 제어 디바이스는, 다른 광학 요소들에 대한 빔 분할기 요소의 거리, 특히 포커싱 요소 및/또는 편향 요소(7)의 위치가 제1 미리 결정된 비교 값보다 더 크거나 작은 경우, 그 다음, 제어 신호가 제어 디바이스를 통해 생성되도록 프로그래밍의 관점에서 구성되며, 이것으로 광학 요소, 특히 빔 분할기 요소(2)의 적어도 하나의 위치, 특히 편향 요소(7)와 관련하여 빔 분할기 요소(2)의 적어도 하나의 위치는 원하는 구조 주기가 기판 상에 생성되는 그러한 방식으로 변경된다.

이러한 맥락에서, 마이크로- 또는 서브마이크로미터 범위의 도트 구조를 갖는 기판을 생성하기 위한 방법은, 특히 단계(a) 이후에, 다음의 단계들을 또한 포함할 수 있다:

(i) 빔 분할기 요소(2)의 위치 및, 필요한 경우, 추가 광학 요소들 또는 추가 광학 요소들 중 적어도 하나, 특히 포커싱 요소(4) 및/또는 편향 요소(7)의 위치에 대한 빔 분할기 요소의 거리를 측정하는 단계,

(ii) 빔 분할기 요소의 측정된 위치와 제1 미리 결정된 기준 값을 비교하는 단계, 및

(iii) 다른 광학 요소들 또는 다른 광학 요소들 중 적어도 하나, 특히 포커싱 요소(4) 및/또는 편향 요소(7)의 위치에 대한 빔 분할기 요소의 측정된 거리가 제1 미리 결정된 기준 값보다 더 크거나 더 작은 경우: 원하는 구조 주기가 기판 상에 생성되는 그러한 방식으로 광학 요소, 특히 빔 분할기 요소(2)의(특히 다른 광학 요소들과 관련하여, 특히 바람직하게는 편향 요소(7)와 관련하여 빔 분할기 요소(2)의) 위치를 변경하는 단계.

빔 분할기 요소(2) 내의 레이저 빔 분할은 부분 반사형 빔 분할기 요소, 예를 들어 반투명한 거울에 의해, 또는 투과형 빔 분할기 요소, 예를 들어 이색성(dichroic) 프리즘에 의해 수행될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 추가 빔 분할기 요소들은 레이저의 광학 경로에서 빔 분할기 요소(2)에 연속하여 배열된다. 이들 빔 분할기 요소들은 그들이 적어도 3개의 서브-빔 각각을 적어도 2개의 추가 서브-빔으로 분할하는 그러한 방식으로 배열된다. 이것은 더 큰 수의 서브-빔이 생성되는 것을 허용하며, 이는 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판 상으로 지향됨으로써, 그들은 기판의 표면 상에서 또는 내부에서 간섭한다. 이것은 간섭 패턴의 구조 주기가 조정되는 것을 허용한다.

포커싱 요소(4)

더욱이, 포커싱 요소(4)는 레이저의 광학 경로(3)에서 빔 분할기 요소(2)에 연속하여 배열되며, 이는 서브-빔들이 간섭 영역에서 구조화될 기판(5) 상에서 또는 내부에서 간섭하는 그러한 방식으로 서브-빔들이 그것을 통과하도록 구성된다. 포커싱 요소(4)는 적어도 3개의 서브-빔을 그에 수직인 공간 방향으로 포커싱하는 것 없이 적어도 3개의 서브-빔을 공간 방향으로 포커싱한다. 예를 들어, 포커싱 요소(4)는 포커싱 광학 렌즈일 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 포커싱은 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상에 또는 내부에 적어도 3개의 서브-빔을 번들링하는 것을 의미한다.

포커싱 요소(4)는 광학 경로(3)에서 자유롭게 이동 가능할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 포커싱 요소(4)는 광학 경로에 또는 광축을 따라 고정된다.

본원에 정의되는 광학 요소들은, 예를 들어, 빔 분할을 위해 그리고 서브-빔들을 구조화될 기판의 방향으로 적절하게 정렬하기 위해 공통 하우징에 배열될 수 있다는 점이 이해된다.

바람직한 실시예에서, 포커싱 요소(4)는 구면 렌즈이다. 구면 렌즈는 그들이 구조화될 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상의 또는 내부의 간섭 영역에서 간섭하는 그러한 방식으로 입사된 적어도 3개의 서브-빔이 그것을 통과하도록 구성된다. 간섭 영역의 폭은 바람직하게는 1 내지 600 ㎛, 특히 바람직하게는 10 내지 400 ㎛, 가장 바람직하게는 20 내지 200 ㎛이다. 이러한 방식으로, 높은 패터닝 속도는, 예를 들어 본원에 정의되는 바와 같이, 동시에 설정될 수 있다.

특히 바람직한 실시예에서, 포커싱 요소(4)는 원통형 렌즈이다. 원통형 렌즈는 적어도 3개의 서브- 빔이 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상에서 또는 내부에서 중첩되는 영역이 공간 방향으로 스트레칭되도록 구성된다. 그 결과, 간섭 패턴이 생성될 수 있는 기판의 영역은 타원형 형상을 취한다. 이러한 타원의 큰 반축은 20 ㎛ 내지 15 mm의 거리에 도달할 수 있다. 이것은 한 번의 조사 내에서 구조화될 수 있는 영역을 증가시킨다.

제1 편향 요소

특히 바람직한 실시예에서, 편향 요소(7)는 포커싱 요소(4) 전에 그리고 빔 분할기 요소(2)에 연속하여 위치되며, 이는 바람직하게는 레이저의 광학 경로(3)에 배열된다. 이러한 편향 요소(7)는 적어도 3개의 서브-빔 사이의 거리들을 확장시키기 위해 사용되고 따라서 또한 서브-빔들이 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판에 충돌하는 각도를 변경시킬 수 있다. 편향 요소는 그것이 적어도 3개의 서브-빔의 발산을 증가시키고 따라서 적어도 3개의 서브-빔이 광학 경로(3)의 광축을 따라 간섭하는 영역을 레이저 방사원(1)으로부터 멀리 이동시키도록 구성된다.

본 발명의 맥락에서, 적어도 3개의 서브-빔 사이의 거리들을 확장시키는 것은 레이저 방사원(1)에 의해 방출되는 레이저 빔의 광축에 대한 각각의 서브-빔의 각도가 증가되는 것을 의미하는 것으로 이해된다.

서브- 빔들의 확장 및 결과적인 편향은 서브- 빔들이 포커싱 요소(4)에 의해 보다 강하게 번들링될 수 있다는 장점을 갖는다. 이것은 적어도 3개의 서브-빔이 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상에서 또는 내부에서 간섭하는 영역에서 더 높은 강도를 야기한다.

편향 요소의 적절한 선택은 레이저 빔의 강도를 제어하기 위한 유닛(unit)이 생략될 수 있다는 것을 의미한다. 장치의 바람직한 실시예에서, 편향 요소(7)가 사용되며 이는, 적어도 3개의 서브-빔을 확장시킴으로써, 적어도 3개의 서브-빔이 포커싱 요소(4)에 의해 기판(5) 상에 포커싱되는 것을 허용하며, 그것에 의해 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상의 또는 내부의 간섭 포인트들의 강도는 레이저 방사원(1)의 강도의 추가적인 조정 없이 달성될 수 있다. 이것은 낮은 강도(면적 당 출력)를 갖는 레이저 방사원들이 또한 주기적인 도트 구조를 생성하면서 기판을 패터닝하기 위해 사용될 수 있으며, 그것에 의해 광학 요소들은 마모로부터 보호된다는 장점을 갖는다.

추가 편향 요소

더욱이, 추가 편향 요소(6)가 레이저 방사원(1)의 광학 경로(3)에서 빔 분할기 요소(3)에 연속하여 배열되며, 이는 그들이 추가 편향 요소(6)로부터 출현한 후 실질적으로 서로 평행하게 진행하는 그러한 방식으로 서브-빔들을 편향시킨다는 점이 제공될 수 있다. 그 결과, 장치는 처리 포인트, 즉, 적어도 3개의 서브-빔이 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상에서 또는 내부에서 간섭하는 포인트가 빔 분할기 요소가 그것의 광축을 따라 레이저의 광학 경로에서 이동될 때 일정하게 남아 있도록 구성될 수 있다. 용어 "본질적으로 평행한"은 본 문서의 맥락에서 2개의 서브-빔 사이에서 +15°와 -15°사이, 특히 단지 +10°와 -10°사이, 매우 바람직하게는 +5°와 -5°사이의 각도 오프셋을 의미하지만, 특히 물론 매우 작은 각도 오프셋, 즉, +1° 내지 -1°를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이상적으로, 각도 오프셋은 0°도이지만, 약간의 편차들이 광학 요소들의 제조 공차들로 인해 가능할 수 있다.

추가 편향 요소(6)는 종래의 굴절 렌즈일 수 있다. 대안적으로, 그러나, 추가 편향 요소(6)는 또한 회절 렌즈(예를 들어, 프레넬 렌즈)로서 설계될 수 있다. 회절 렌즈들은 그들이 상당히 더 얇고 더 경량이라는 장점을 가지며, 이는 본원에 개시되는 장치의 소형화를 단순화시킨다.

광학 요소들(4), (6) 및(7)의 굴절률들을 적절하게 선택함으로써, 광학 요소들과 기판들 사이의 거리들뿐만 아니라 구조 주기 Λ가 조정될 수 있다. 모든 광학 요소들은, 빔 분할기 요소(2)를 제외하고, 바람직하게는 레이저의 광학 경로(3) 내에 고정될 수 있다. 따라서, 이러한 특히 바람직한 실시예는 하나의 요소, 즉, 빔 분할기 요소(2)만이 간섭 영역 또는 간섭 각도를 조정하기 위해 움직일 필요가 있다는 장점을 제공한다. 이것은 장치를 구성할 때, 예컨대 장치를 원하는 구조 주기로 교정할 때 프로세스 단계들을 줄인다. 더욱이, 고정된 설정, 즉, 바람직하게는 모든 광학 요소들이 레이저의 광학 경로(3) 내에 고정되는 경우는 광학 요소들의 마모를 방지한다.

편광 요소

추가 실시예에서, 편광 요소(8)는 편향 요소 뒤에, 특히 바람직하게는 2개의 편향 요소들(6), (7)을 갖는 설정에서 추가 편향 요소(6) 뒤에 위치되고, 서브-빔 당 하나의 편광 요소가 있는 적어도 3개의 서브-빔의 광학 경로들 중 적어도 하나에서 포커싱 요소(4)의 앞에 위치된다. 편광 요소들은 서로에 대해 서브-빔들의 편광을 수정할 수 있다. 이것은 적어도 3개의 서브-빔이 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상에 또는 볼륨 내에 매핑되는 결과적인 간섭 패턴이 수정되는 것을 허용한다. 서브-빔들의 광학 경로들 중 적어도 하나에, 바람직하게는 서브-빔들의 각각의 광학 경로가 아닌, 바람직하게는 최대 (n-1)개 - n은 적용 프로세스에서 생성되는 서브-빔들의 수 -의 광학 경로들에 이르는 광학 경로에 편광 요소(8)를 배열함으로써, 빔 경로에서의 적어도 하나의 서브-빔의 편광 평면은 유리하게 회전될 수 있고 따라서 기판의 평면에서의 간섭 픽셀의 패턴이 "교란(disturbed)"될 수 있다.

특히, 간섭하는 서브-빔들은 따라서 비-편광되거나, 선형으로 편광되거나, 원형으로 편광되거나, 타원으로 편광되거나, 방사상으로 편광되거나 방위각으로 편광될 수 있다.

빔 성형을 위한 광학 요소

추가 실시예에서, 레이저 방사원(1)은 상술한 바와 같은 가우스 프로파일에 대응하는 방사 프로파일을 갖는다. 그러한 실시예에서, 빔 성형를 위한 추가 광학 요소는 레이저 방사원(1)의 뒤에 그리고 빔 분할기 요소(2)의 앞에 위치될 수 있다. 이러한 요소는 레이저 방사원의 방사 프로파일을 탑햇 프로파일로 조정하기 위해 사용된다.

오목한 포물선 또는 평면의 반사 표면을 갖는 광학 요소는 또한 본 발명에 따른 장치에 제공될 수 있으며, 그것에 의해 광학 요소는, 예들 들어, 적어도 하나의 축을 중심으로 회전 가능하거나 광학 경로(3)을 따라 변위 가능하도록 설계된다. 그 결과, 광학 경로(3)에 위치되는 추가적인 포커싱 요소(4) 또는 추가적인 편향 요소(6)는 필요한 경우 생략될 수 있다. 예를 들어, 이러한 광학 요소는 빔들이 구조 요소들을 형성하기 위해 패턴화될 기판에 도달하기 전에 레이저 빔들 또는 레이저 서브-빔들을 포커싱 요소(4) 또는 다른 포커싱 광학 요소의 표면 상으로 지향시키기 위해 사용될 수 있다.

대안적으로, 예를 들어, 오목한 포물선 또는 평면의 반사 표면을 갖는 적어도 하나의 광학 요소가 또한 제공될 수 있으며, 이는 적어도 하나의 축을 중심으로 회전 가능하거나 광학 경로(3)를 따라 변위 가능하도록 설계되며, 예를 들어, 이러한 광학 요소는 광학 경로에서 제1 편향 요소(7) 및 추가 편향 요소(6)에 연속하여 위치된다. 예를 들어, 서브-빔들은 패턴화될 기판이 처리(소위 포커싱 미러 또는 갈보 미러(레이저 스캐너)(9)) 동안 고정된 위치에 위치될 수 있는 그러한 방식으로 광학 경로(편향 미러)에서 편향되거나 광학 경로에서 포커싱될 수 있다.

다각형 스캐너를 포함하는 실시예가 또한 가능하다. 이러한 실시예에서, 적어도 하나의 광학 요소는 주기적으로 회전하는 프리즘, 바람직하게는 주기적으로 회전하는 미러 프리즘, 특히 다각형 미러 또는 다각형 휠 뿐만 아니라, 광학 경로에서 주기적으로 회전하는 프리즘에 연속하여 배열되는 포커싱 요소(4)를 포함한다. 포커싱 요소는 서브-빔들이 간섭 영역에서 패턴화될 기판(5)의 표면 상에서 또는 내부에서 간섭하는 그러한 방식으로 서브-빔들이 그것을 통과하도록 구성된다. 바람직한 실시예에서, 광학 요소는 적어도 하나의 추가 편향 요소, 예를 들어 광학 경로에서 서브-빔들을 편향시키기 위한 반사형 편향 요소를 더 포함한다. 적어도 하나의 추가 편향 요소는 광학 경로에서 주기적으로 회전하는 프리즘에 선행하고/하거나 연속하여 배열될 수 있다. 적어도 하나의 추가 편향 요소는 광학 경로에서 포커싱 요소에 선행하여 배열된다.

그러한 설정은 유리하게는 기판의 표면이 빠르게 스캐닝되는 것을 허용함으로써, 최대 3 m²/min, 특히 0.05 내지 2 m²/min 범위, 특히 바람직하게는 0.1 내지 1 m²/min 범위, 가장 바람직하게는 0.1 내지 0.9 m²/min 범위의 높은 패터닝 속도가 달성될 수 있다. 정확한 패터닝 속도는 특히 이용가능한 레이저 출력에 의존한다. 더 높은 레이저 출력을 갖는 미래 기술들을 사용하면, 심지어 더 높은 패터닝 속도들이 따라서 달성될 수 있다.

기판용 고정 디바이스

추가 실시예에서, 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판은 xy 평면에서 이동 가능하다. 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판을 xy 평면으로 이동시킴으로써, 레이저 간섭 패터닝에 의한 광범위한 처리가 보장될 수 있다. 각각의 처리 단계(즉, 패턴화될 기판에 충돌하는 레이저 펄스)에서, 간섭 픽셀이 (본원에 정의되는 바와 같이) 생성되며, 이는 레이저 빔의 입사각 및 강도 분포뿐만 아니라, 광학 요소들의 포커싱 속성들에 의존하는 크기 D를 갖는다. 상이한 간섭 픽셀들 사이의 거리인, 픽셀 밀도 Pd는 레이저 방사원(1)의 반복률 및 광학 요소들의 포커싱 포인트, 즉, 간섭 영역이 기판의 표면 상에 또는 내부에 생성되는 포인트와 관련된 기판의 움직임에 의해 결정된다. 픽셀 밀도 Pd가 간섭 픽셀들의 크기 D보다 더 작은 경우, 큰 영역에 걸쳐 균일한 처리가 가능하다.

펄스형 레이저 (서브-) 빔들과 결합하여 (간섭 픽셀을 생성하는) 포커싱 포인트와 관련하여 기판을 이동시킴으로써, 광범위하고, 선택적으로 균일하고 주기적인 도트 구조가 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상에 또는 내부에 생성될 수 있다.

포커싱 포인트와 관련하여 기판을 이동시키는 것에 대한 대안으로서, 포커싱 포인트는 또한 (예를 들어 스캐너-기반 방법들을 사용하여) 샘플 또는 기판 위로 이동될 수 있다.

패터닝될 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판을 레이저 빔으로 이동시키는 것은 프로세스에서 이동되는 상대적으로 큰 매스들(masses)로 인해 비교적 시간-소비적이고 느릴 수 있다. 따라서, 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판을 처리 동안 고정된 위치로 제공하고 서브-레이저 빔들을 빔 방향의 광학 요소들(포커싱 미러들 또는 갈보 미러들(레이저 스캐너들))로 조작함으로써 기판의 표면 또는 볼륨 상에 서브-빔들을 포커싱함으로써 기판의 광범위한 패터닝을 실현하는 것이 유리하다. 이러한 프로세스에서 이동되는 매스들이 상대적으로 작으므로, 이것은 훨씬 더 적은 노력으로, 다시 말해서 훨씬 더 빠르게 가능하다. 바람직하게는, 기판은 프로세스 동안 고정되어 있다.

방법

본 발명은 또한 레이저 간섭 패터닝에 의해 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조를 갖는 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판을 생성하기 위한 방법을 포함한다.

본 발명에 따르면, 레이저 간섭 패터닝에 의해 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조를 갖는 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판을 생성하기 위한 방법은 다음 단계들을 포함한다:

A 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판이 제공되며 이는 고정 디바이스 상에 위치된다. 레이저 빔은 레이저 방사원(1)으로부터 방출된다. 레이저 빔은 빔 분할기 요소(2)에 의해 적어도 3개, 바람직하게는 4개의 서브-빔으로 분할된다. 서브-빔들은 포커싱 요소(4)에 충돌하며, 이는 적어도 3개, 특히 바람직하게는 4개의 서브-빔을 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상에 또는 내부에 포커싱(번들링)함으로써, 서브-빔들은 기판의 표면 상에서 또는 내부에서 건설적으로 및 파괴적으로 간섭한다. 따라서, 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조는 레이저 간섭 처리에 의해 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상에 또는 내부에 생성된다. 방법은 2D 패턴이 생성되는 그러한 방식으로 적어도 3개의 서브-빔이 중첩되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 추가 실시예에 따르면, 레이저 빔은 빔 분할기 요소에 의해 적어도 2개의 서브-빔으로 분할된다. 서브-빔들은 포커싱 요소(4)에 충돌하며, 이는 적어도 3개, 특히 바람직하게는 4개의 서브-빔을 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상에 또는 내부에 포커싱(번들링)함으로써, 서브-빔들은 기판의 표면 상에서 또는 내부에서 건설적으로 및 파괴적으로 간섭한다. 따라서, 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조는 레이저 간섭 처리에 의해 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상에 또는 내부에 생성된다. 방법은 1D 패턴, 특히 라인 패턴이 생성되는 그러한 방식으로 적어도 3개의 서브-빔이 중첩되는 것을 특징으로 한다.

이러한 방식으로 생성되는 도트 구조들은 주기적으로 배열된, 역원뿔들의 형태이며, 정점들(즉, 융기(elevation)의 중심 또는 융기들의 중심들) 사이의 거리는 통계적 평균으로 50 nm 내지 50 ㎛ 범위, 바람직하게는 50 nm 내지 20 ㎛ 범위, 특히 바람직하게는 100 nm 내지 4 ㎛ 범위, 보다 바람직하게는 100 nm 내지 2 ㎛ 범위, 심지어 보다 바람직하게는 200 nm 내지 1.5 ㎛ 범위, 매우 특히 바람직하게는 300 nm 내지 800 nm 범위에 있다.

본 발명의 발명가들은, 주기성에 더하여, 구조 깊이(즉, 그들의 만입부의 안장점에서 정점까지 측정되는 역원뿔들의 깊이) 또는 프로파일 깊이가 (본원에 정의되는 바와 같이) 반사 방지 속성들에 영향을 미친다는 것을 더 발견하였다. 예를 들어, 역원뿔들(융기들 및 함몰들)의 구조 깊이 또는 프로파일 깊이는 통계적 평균 상으로 5 nm 내지 500 nm 범위, 바람직하게는 5 nm 내지 300 nm 범위, 가장 바람직하게는 5 nm 내지 100 nm 범위, 심지어 보다 바람직하게는 5 nm 내지 75 nm 범위에 있다. 간섭 픽셀의 역원뿔들의 구조 깊이는 일반적으로 평균 구조 깊이(d50)에 의해 설명되며, 이는 구조 깊이에 대해 지정된 값보다 더 작거나 더 큰 특정 구조 깊이를 갖는 간섭 픽셀 내 원뿔들의 50% 비율을 정의한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 역원뿔들은 5 nm 내지 200 nm 범위, 특히 바람직하게는 5 nm 내지 150 nm 범위, 가장 바람직하게는 10 nm 내지 100 nm 범위의 구조 깊이를 갖는다.

바람직하게는, 장치는 패턴화된 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판을 생성하기 위해 사용되며, 이는 2개의 편향 요소(6), (7)를 포함한다. 편향 요소들(6), (7)은 빔 분할기 요소(2)와 포커싱 요소(4) 사이의 레이저의 광학 경로(3)에 배열된다. 편향 요소들(6), (7)은 적어도 3개, 특히 바람직하게는 4개의 서브-빔의 회절 각도를 확장시키는 역할을 하며, 여기서 그들은 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상에서 또는 내부에서 간섭한다. 광학 요소들 사이의 거리들을 조정함으로써, 빔 분할기 요소(2)만이 구조 주기를 변경하기 위해 그것의 광축을 따라 이동 가능하게 될 필요가 있다는 것이 보장될 수 있다. 이것은 기계가공(machining) 동안 더 용이한 조정 프로세스들을 가능하게 한다.

특히 바람직한 실시예에서, 투명한 재료가 광범위한 기판으로서 제공된다. 투명한 재료의 반투명성으로 인해, 기판 내부의 레이저 간섭 처리는 바람직하게는 위에 언급된 장치의 실시예를 사용하여 가능하다.

바람직한 실시예에서, 장치는 패턴화된 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판을 생성하기 위해 사용되며, 이는 펄스형 레이저 방사원(1)을 사용한다. 특히 바람직한 실시예에서, 패턴화된 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판을 생성하기 위한 장치가 사용되며 이는 레이저 방사원(1)에 의해 방출되는 레이저 빔의 광학 경로(3)에 수직인 xy 평면에서 자유롭게 이동 가능한 기판용 고정 디바이스를 갖는다.

픽셀 밀도 Pd, 즉, 폭 D의 간섭 픽셀이 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판에 적용될 수 있는 거리는 레이저 방사원(1)의 주파수인 f 및 고정 디바이스의 이동 속도인 v를 통해 다음과 같이 조정될 수 있다:

간섭 픽셀의 폭인 D가 픽셀 밀도 Pd보다 더 큰 경우, 이웃한 간섭 픽셀들은 영역 내에서 중첩된다. 이러한 영역은 당업자에게 펄스 중첩인 OV로서 공지되어 있다. 그것은 다음과 같이 계산될 수 있다:

바람직한 실시예에서, 패턴화된 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판을 생성하기 위한 프로세스에서, Pd는 D보다 더 작다. 결과적인 펄스 중첩 OV는 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 다수의 조사를 초래한다. 바람직하게는, 비-텍스처링된 표면들이 따라서 회피될 수 있다.

특히 바람직한 실시예에서, 동일한 간섭 픽셀들은 패턴화된 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판을 생성하기 위한 프로세스에서 여러 번 조사된다. 이것은 결과적인 마이크로구조들의 깊이를 증가시키는 것을 가능하게 한다.

그러한 방법에 의해 생성되는 패턴화된 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 장점은 마이크로미터 또는 서브마이크로미터 범위의 구조 치수들을 갖는 생성된 주기적인 도트 구조들의 높은 규칙성이다. 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 이러한 방식으로 생성되는 주기적인 도트 구조는 바람직하게는 15% 이하, 보다 바람직하게는 10% 이하, 심지어 보다 바람직하게는 5% 이하의 원뿔 단면의 변동 계수(표준 편차를 평균값으로 나눈 것으로부터 기인하는 값)를 갖는다.

다수의 기판 조사는 계층적 구조들을 생성하는 데 특히 적합하다. 동일한 간섭 픽셀의 다수의 조사는 기판 재료의 적어도 부분적인 용융을 야기하며, 그것에 의해 파동 구조는 높은 강도 영역의 발생의 결과로서 패터닝 프로세스 동안, 즉, 레이저 펄스가 기판에 충돌할 때 형성된다. 구조, 특히 파동 구조는 자체-조립 프로세스에 의해 형성된다. 특히, 파동 구조는 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조 상에 중첩되며, 이는 레이저 간섭 패터닝에 의해 생성될 수 있다. 따라서, 계층적 패터닝은 하나의 프로세스 단계를 사용하여 기판에 생성될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 동일한 간섭 픽셀의 다수의 조사, 바람직하게는 2배 내지 400배, 특히 20배 내지 300배, 특히 바람직하게는 50배 내지 200배의 조사가 따라서 기판 상에서 수행되며, 그것에 의해 (본원에 정의되는 바와 같이) 파동 구조가 형성되며, 특히 주기적인 도트 구조가 중첩된 구조들로부터 형성되며, 여기서 적어도 하나의 구조는 서브마이크로미터 범위의 치수들, 특히 준-주기적인 파동 구조를 갖고, 여기서 적어도 하나의 구조는 역원뿔들로부터 형성된다. 개별 펄스들 사이의 시간 오프셋은 특히 바람직하게는 레이저 펄스의 펄스 지속시간의 범위, 바람직하게는 1 fs 내지 100 ns 범위, 특히 바람직하게는 10 fs 내지 10 ns 범위, 매우 특히 바람직하게는 10 fs 내지 15 ps 범위에 있다.

계층적 패터닝은 간섭 패턴에 대응하는 마이크로- 또는 서브마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 제1 구조가 제1 구조의 치수들 아래에 있는 치수들을 갖고 자체-조립 프로세스에 의해 형성되는 추가 구조에 의해 중첩되는 패턴을 지칭한다. 바람직하게는, 자체-조립 프로세스에 의해 형성되는 추가 구조의 치수들은 제1 구조의 치수들의 1% 내지 30% 범위에 있으며, 이는 간섭 패턴에 대응한다.

예를 들어 소수성 또는 초소수성 뿐만 아니라 친수성 또는 초친수성 표면들을 갖는 기판들 및 처음에 언급된 반사 방지 속성들을 갖는 기판들에 더하여 방빙(anti-icing) 또는 방담(anti-fogging) 속성들을 갖는 기판들의 생성에서, 계층적 패턴들에 대한 다수의 기술적 응용 영역들이 있다. 유리하게는, 그러한 계층적 패턴들을 생성하기 위한 방법은, 본원에 설명되는 바와 같이, 레이저 방사원의 적합한 선택 및 레이저의 광학 경로에서 빔 분할기 요소의 대응하는 변위에 의해 구조 치수들에 영향을 미치는 프로세스 파라미터들의 정밀한 조정을 가능하게 한다.

게다가, 본원에 정의되는 방법은 동일한 장치에 의해 그리고, 더욱이, 동일한 프로세스 단계에서 계층적 패턴들을 갖는 기판을 제공하는 것을 가능하게 하는 반면, 종래의 프로세스들은 연속적으로 진행되며, 즉, 간섭 패턴에 대응하는 마이크로- 또는 서브마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 제1 구조 및 자체-조립 프로세스에 의해 형성되는 추가 구조를 동시에 생성할 수 없다.

패턴화될 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판을 레이저 빔으로 이동시키는 것은 프로세스에서 이동되는 상대적으로 큰 매스들로 인해 비교적 시간 소비적이고 느리다. 따라서, 처리 동안 고정된 위치에 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판을 제공하고 빔 방향의 광학 요소들(포커싱 미러들 또는 갈보 미러들(레이저 스캐너들))로 레이저 서브-빔들을 조작함으로써 기판의 표면 또는 볼륨 상에 서브-빔들을 포커싱함으로써 기판의 광범위한 패터닝을 실현하는 것이 유리하다. 이러한 프로세스에서 이동되는 매스들이 상대적으로 작으므로, 이것은 훨씬 더 적은 노력으로 또는 훨씬 더 빨리 가능할 수 있다. 바람직하게는, 기판은 프로세스 동안 고정되어 있다.

기판의 2차원 패터닝은 물론 또한 레이저 빔에서 기판을 이동시킴으로써 원칙적으로 가능하다.

본원에 개시되는 방법 및 장치에 의해 생성되는 마이크로- 및/또는 나노미터 범위의 주기적인 구조들로 인해, 이러한 방식으로 패턴화된 기판은 반사 방지 속성들을 갖는다. 이것은 기판 상에 입사되는 광이 덜 반사되거나 재료 표면이 법선으로 관찰될 때 그것이 "교란(disturbing)" 효과를 갖지 않는 그러한 평탄 각도에서 반사된다는 사실에 의해 보장된다.

따라서, 본 발명은 또한 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조를 포함하는 반사 방지 속성들을 갖는 패턴화된 기판을 커버하며, 여기서 주기적인 도트 구조는 역원뿔들로부터 형성되며, 여기서 역원뿔들은 그들의 안장점 또는 중심 포인트에 대해 50 nm 내지 50 nm 범위의 간격으로 주기적으로 배열된다. 중심은 50 nm 내지 50 ㎛의 범위, 바람직하게는 50 nm 내지 20 ㎛ 범위, 특히 바람직하게는 100 nm 내지 4 ㎛ 범위, 보다 바람직하게는 100 nm 내지 2 ㎛ 범위, 심지어 보다 바람직하게는 200 nm 내지 1.5 ㎛ 범위, 보다 바람직하게는 100 nm 내지 1,000 nm 범위, 특히 바람직하게는 300 nm 내지 800 nm 범위에 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 패턴화된 기판은 본원에 정의되는 바와 같은 방법으로 처리함으로써 획득된다.

본 발명은 또한 레이저 간섭 패터닝에 의해, 특히 본원에 개시되는 방법에 의해 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조를 갖는 기판을 생성하기 위한 방법에 관한 것이며, 다음의 단계들을 포함한다:

a) 기판(5)의 표면 상에 또는 기판(5) 내에 제1 간섭 픽셀을 생성하는, 바람직하게는 본원에 정의되는 바와 같은 장치에 의해, 기판(5)의 표면 상에 제1 펄스를 인가하는 단계,

b) 기판(5)의 표면 상에 또는 기판(5) 내에 제2 간섭 픽셀을 생성하는, 바람직하게는 본원에 정의되는 바와 같은 장치에 의해, 기판(5)의 표면 상에 제2 펄스를 인가하는 단계,

여기서 제1 및 제2 간섭 픽셀들은 각각 독립적으로 마이크로- 및 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 주기적인 도트 구조를 포함하며,

제2 간섭 픽셀과 제1 간섭 픽셀 사이의 오프셋은 간섭 주기의 10% ≤ x ≤ 50% 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

이것은 기판 상에, 특히 투명 기판 상에 구조를 생성하는 데 특히 유리하며, 이는 눈부심 방지(anti-glare) 속성들을 갖는다.

본 발명의 맥락에서, 눈부심(glare)은 투명 기판, 예를 들어 윈도우 또는 스크린 상에서 광원(예를 들어, 태양)으로부터의 광의 반사를 지칭하며, 이는 스크린 상에서 무엇이 발생하고 있는지 확인하는 것을 어렵게 만들 수 있다.

이들 눈부심 효과들은 (전형적으로 최신 기술의 코팅들에 의해 생성되는) 표면들의 눈부심 방지 처리의 도움으로 감소될 수 있다. 눈부심 방지 구조는 눈부심이 상당히 감소될 수 있도록 표면 상의 입사광을 산란시킨다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 간섭 픽셀의 도트 구조의 주기 및 제2 간섭 픽셀의 주기는 동일하다.

게다가, 단계 b) 이후에 제3 펄스가 바람직하게는 본원에 정의되는 바와 같은 장치에 의해 기판(5)의 표면 상에 인가되는 것이 제공될 수 있으며, 여기서 제3 간섭 픽셀은 마이크로- 및 서브마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 주기적인 도트 구조를 포함하며, 여기서 제3 펄스는 기판(5)의 표면 상에 또는 기판(5) 내에 제3 간섭 픽셀을 생성하며, 여기서 제3 간섭 픽셀은 제2 간섭 픽셀에 대해 간섭 주기의 10% ≤ x ≤ 50% 범위의 오프셋을 갖는다.

패턴화된 기판

발명가들은 본원에 개시되는 장치 또는 방법에 의해 주로 패턴화되는 기판들이 현저한 반사 방지 속성들을 특징으로 한다는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명은 또한 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조를 포함하는 본원에 정의되는 바와 같은 반사 방지 속성들을 갖는 패턴화된 기판에 관한 것이며, 여기서 주기적인 도트 구조는 특히 역원뿔 구조(또한 역원뿔들로서 본원에 지칭됨)로부터 형성되며, 여기서 역원뿔들은 그들의 안장점 또는 중심에 대해 50 nm 내지 50 nm 범위에서 주기적으로 이격된다. 중심은 50 nm 내지 50 ㎛ 범위, 바람직하게는 50 nm 내지 20 ㎛ 범위, 특히 바람직하게는 100 nm 내지 4 ㎛ 범위, 보다 바람직하게는 100 nm 내지 2 ㎛ 범위, 심지어 더 바람직하게는 200 nm 내지 1.5 ㎛ 범위, 보다 바람직하게는 100 nm 내지 1,000 nm 범위, 특히 바람직하게는 300 nm 내지 800 nm 범위에 있다.

이러한 방식으로 생성되는 주기적인 도트 구조는, 그것의 구조 치수들에 따라, 10 nm 내지 1 mm 범위의 파장들을 갖는 인입 전자기 방사선이 주기적인 구조들에 의해 점점 더 투과되거나 회절되어, 기판의 표면에서 감소된 반사를 야기할 수 있다는 속성을 갖는다. 생성된 주기적인 도트 구조들의 주기가 입사된 전자기파의 파장의 범위에 있는 경우, 그것은 기판의 표면에서 회절된다. 생성된 주기적인 도트 구조의 주기가 입사된 전자기파의 파장보다 더 작은 경우, 그것은 투과된다.

주기적인 도트 구조는 바람직하게는 구조화된 기판이 1,000 nm 미만의 주기적인 도트 구조에서 550 nm 초과, 바람직하게는 750 nm 미만의 주기적인 도트 구조에서 500 nm 초과, 가장 바람직하게는 600 nm 미만의 주기적인 도트 구조에서 450 nm 초과의 파장을 갖는 전자기 방사선을 투과시키는 그러한 방식으로 형성된다. 역원뿔들의 구조 깊이에 따라, 적색 및/또는 황색 광 스펙트럼, 녹색 광 스펙트럼 및 심지어 청색 광 스펙트럼의 파장들이 기판 안으로 투과될 수 있다.

패턴화된 기판의 굴절률은 생성되는 주기적인 도트 구조로 인해 점진적이다. 그것은 명확한 공기-매질 전이가 없도록 구조의 높이에 따라 감소한다. 이것은 생성된 도트 구조의 구조적 주기보다 더 큰 파장을 갖는 입사된 전자기파들의 증가된 투과, 및 생성된 도트 구조의 구조적 주기의 범위의 파장을 갖는 입사된 전자기파들의 회절을 야기한다.

생성될 수 있는 매우 작은 구조 치수들로 인해, 반사 방지 패터닝을 생성하기 위한 본원에 개시되는 장치 및 방법은 또한 소수성 및/또는 초소수성 뿐만 아니라 친수성 및/또는 초친수성 속성들을 갖는 표면들을 생성하는 데 적합하다.

소수성 속성들은 기판의 화학적 및 표면 속성들, 특히 표면 거칠기에 의존한다. 발명가들은 현재 놀랍게도, 본 발명에 따른 방법에 의해, 특히 소수성 기판들이 마이크로미터 및 서브마이크로미터 범위의 구조들의 도입에 의해 획득될 수 있으며, 특히 초소수성 및 자체-세척 속성들을 갖는 (본원에 정의되는 바와 같은) 중첩된 구조들의 기판 표면들이 획득된다는 것을 발견하였다. 초소수성 속성들을 갖는 기판들은 특히 바람직하게는 계층적 표면 패터닝을 갖는 기판들이다. 이러한 맥락에서의 계층적 표면 패터닝은 마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 규칙적인 구조들이 있는 표면을 의미하며, 이는 차례로 그들의 표면 상에 서브마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 패턴을 갖는다. 그러한 계층적 패터닝은 높은 표면 거칠기를 초래한다.

발명가들은 또한 본원에 개시되는 장치 또는 방법에 의해 주로 패턴화되는 기판들이 기판의 표면 상에서의 현저한 소수성 속성들을 특징으로 한다는 것을 발견하였다. 마이크로- 및 서브마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 반사 방지 패턴들을 생성하기 위한 본원에 개시되는 장치 및 방법에 의해, 패터닝은 또한 표면 패터닝을 생성하기 위해, 특히 기판의 표면 상에 표면 거칠기를 생성하기 위해 가능하며, 이는 소수성 또는 초소수성 속성들을 갖는 기판을 야기한다. 소수성 재료 속성들은 마이크로- 및/또는 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 구조를 생성하기 위해 직접 레이저 간섭 패터닝을 사용함으로써 생성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 구조가 먼저 표면 상에 생성된다. 그 다음, 레이저의 광학 경로에서 빔 분할기 요소를 이동시킴으로써, 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 구조가, 바람직하게는 기판의 다수의 조사로, 제1 구조의 표면 상에 생성된다. 이러한 방식으로 생성되는 계층적 패턴은 소수성 또는 초소수성 속성들을 갖는다.

소수성 속성들을 갖는 기판을 생성하기 위해, 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 구조만이 중간 단계에서 빔 분할기 요소를 이동시키는 것 없이 생성되는 것이 또한 가능하다.

유리하게는, 소수성 및/또는 초소수성 속성들을 갖는 기판은 따라서 마이크로- 또는 서브마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조 및/또는 마이크로- 및 서브마이크로미터 범위의 계층적 패턴을 갖는 주기적인 도트 구조를 생성함으로써 기술적으로 용이하게 실현가능한 방식으로 동일한 방법에 의해 그리고 동일한 장치에 기초하여 생성될 수 있다. 빔 분할기 요소를 이동시킴으로써, 구조에 대한 추가 변경 없이, 예를 들어 광학 요소들을 교체하거나 기판을 이동시키는 것 없이 기판의 표면 상에 적어도 2개, 그러나 또한 임의의 수의 추가 구조를 실현하는 것이 가능하다. 이것은 종래의 방법들 또는 장치들과 비교하여 구조들의 정렬에서의 정밀도 및 프로세스 속도 둘 다를 증가시킨다.

발명가들은 기판의 표면 속성들과 그 표면 상의 얼음 형성 사이의 상관관계를 확립하였다. 특히, 소위 방빙(anti-icing) 속성들은 기판의 표면 상의 구조 크기가 충분히 작은 경우 생성될 수 있다. 연구 결과들은 초소수성 속성들을 갖는 기판이 또한 방빙 속성들을 나타낼 수 있다는 것을 보여주었다.

본 발명의 목적들을 위해, 방빙 속성들은 물이 기판의 표면 상에서 얼지 않거나 매우 작은 물만이 어는 것을 의미하는 것으로 이해되며, 이러한 속성은 표면 속성들, 특히 표면 거칠기에 기인한다.

그러한 기판은 유리하게는 결빙으로부터 노출된 부품들을 보호하기 위해 항공우주 섹터, 풍력 터빈들, 자동차 부품들의 분야 또는 또한 통신들 및 안테나 기술에서 사용될 수 있다.

발명가들은 본원에 개시되는 장치 또는 방법에 의해 주로 패턴화되는 기판들이 기판의 표면 상에서의 현저한 친수성 속성들을 특징으로 한다는 것을 더 발견하였다. 마이크로- 및 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 반사 방지 패턴들을 생성하기 위한 본원에 개시되는 장치 및 방법에 의해, 패터닝은 또한 기판의 표면 상에 표면 텍스처, 특히 표면 거칠기를 생성하기 위해 가능하며, 이는 친수성 또는 초친수성 속성들을 갖는 기판을 야기한다.

친수성 재료 속성들은 마이크로- 및/또는 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 패턴을 생성하기 위해 직접 레이저 간섭 패터닝을 사용함으로써 생성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 패턴이 먼저 표면 상에 생성된다. 그 다음, 레이저의 광학 경로에서 빔 분할기 요소를 이동시킴으로써, 서브마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 패턴이 바람직하게는 다수의 기판 조사로 제1 패턴의 표면 상에 생성된다. 이러한 방식으로 생성되는 계층적 구조는 친수성 또는 초친수성 속성들을 갖는다.

친수성 속성들을 갖는 기판을 생성하기 위해, 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 패턴만이 중간 단계에서 빔 분할기 요소를 이동시키는 것 없이 생성된다는 것이 또한 가능하다.

유리하게는, 친수성 및/또는 초친수성 속성들을 갖는 기판들은 따라서 마이크로- 또는 서브마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조 및/또는 마이크로- 및 서브마이크로미터 범위의 계층적 패턴을 갖는 주기적인 도트 구조를 생성함으로써 기술적으로 용이하게 실현가능한 방식으로 동일한 프로세스에 의해 그리고 동일한 장치에 기초하여 생성될 수 있다. 빔 분할기 요소를 이동시킴으로써, 구조에 대한 추가 변경 없이, 예를 들어 광학 요소들을 교체하거나 기판을 이동시키는 것 없이 기판의 표면 상에 적어도 2개, 그러나 또한 임의의 수의 추가 패턴을 실현하는 것이 가능하다. 이것은 종래의 방법들 또는 장치와 비교하여 구조들의 정렬에서의 정밀도 및 프로세스 속도 둘 다를 증가시킨다.

발명가들은 기판의 표면 속성들과 그것의 표면 상에서 특히 포깅(fogging) 또는 미스트 형태의 응결 형성 사이의 상관을 확립하였다. 특히, 소위 방담(anti-fogging) 속성들은 기판의 표면 상의 구조 크기가 충분히 작은 경우 생성될 수 있다. 연구 결과들은 초친수성 속성들을 갖는 기판이 또한 방담 속성들을 나타낼 수 있다는 것을 보여주었다.

본 발명의 맥락에서, 방담 속성들은 물이 액적들의 형태로 기판의 표면 상에서 응결하지 않거나 매우 작은 물만이 응결하는 것을 의미하는 것으로 이해되며, 이러한 속성은 표면 속성들, 특히 표면 거칠기에 기인한다.

그러한 기판은 유리하게는 포깅으로부터 노출된 부품들을 보호하기 위해 항공우주 분야, 자동차 부품들의 분야 또는 또한 통신들 및 안테나 기술에서 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 본원에 개시되는 방법 및 장치는 레이저 간섭 패터닝에 의해 생성되고 반사 방지 속성들을 특징으로 하는 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조를 포함하는 기판을 생성하기에 적합하다. 본 발명의 의미에서, 반사 방지 속성들은 본원에서 가시광 범위의 파장들, 특히 400 nm 내지 700 nm 범위의 파장들을 갖는 입사된 전자기 방사선의 증가된 투과 또는 회절을 지칭한다. 기판은 그것이 포함하는 주기적인 도트 구조가 바람직하게는 서브마이크로미터 범위의 치수들, 특히 바람직하게는 나노미터 범위의 치수들을 갖는다는 사실을 특징으로 한다. 특히 바람직한 것은 가시광 범위에서 전자기 방사선 파장 범위의 주기적인 도트 구조의 치수들이다. 따라서, 주기적인 도트 구조의 치수들은 바람직하게는 적색 광을 투과 또는 회절시키기 위해 630 nm 내지 700 nm 범위, 적색 및 주황색 광을 투과 또는 회절시키기 위해 590 nm 내지 630 nm 범위, 적색, 주황색 및 노란색 광을 투과 또는 회절시키기 위해 560 nm 내지 590 nm 범위, 적색, 주황색, 노란색 및 녹색 광을 투과 또는 회절시키기 위해 500 nm 내지 560 nm 범위, 적색, 주황색, 노란색 및 녹색 광을 투과 또는 회절시키기 위해 500 nm 내지 560 nm 범위, 적색, 주황색, 노란색, 녹색 및 청록색 광을 투과 또는 회절시키기 위해 475 nm to 500 nm 범위, 적색, 주황색, 노란색, 녹색, 청록색 및 청색 광을 투과 또는 회절시키기 위해 450 nm 내지 475 nm 범위, 주황색, 노란색, 녹색, 청록색, 청색 및 남색(indigo-colored) 광을 투과 또는 회절시키기 위해 425 nm 내지 450 nm 범위 및 적색, 주황색, 노란색, 녹색, 청록색, 청색, 남색 및 보라색 광을 투과 또는 회절시키기 위해 400 nm 내지 425 nm 범위에 있다. 따라서, 기판의 반사 방지 속성들은 주기적인 도트 구조의 치수들을 변경함으로써 제어될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 본원에 개시되는 방법 및 장치는 레이저 간섭 패터닝에 의해 생성되고 반사 방지 속성들을 특징으로 하는 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조를 포함하는 기판을 생성하는 데 적합하다. 본 발명의 의미에서, 본원의 반사 방지 속성들은 비-가시광 범위, 특히 적외선 방사 범위의 파장들을 갖는 입사된 전자기 방사선, 또는 특히 780 nm 내지 1 mm 범위의 파장들을 갖는 열 방사선의 증가된 투과 또는 회절을 지칭한다. 기판은 그것이 포함하는 주기적인 도트 구조가 바람직하게는 마이크로미터 범위의 치수들을 갖는다는 사실을 특징으로 한다. 유리하게는, 기판의 열 투과는 주기적인 도트 구조의 치수들을 변경함으로써 조정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 본원에 개시되는 방법 및 장치는 레이저 간섭 패터닝에 의해 생성되고 반사 방지 속성들을 특징으로 하는 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조를 포함하는 기판을 생성하는 데 적합하다. 본 발명의 의미에서, 본원의 반사 방지 속성들은 비-가시광 범위, 특히 자외선 방사(IV 방사) 범위의 파장들, 특히 100 nm 내지 380 nm 범위의 파장들을 갖는 입사된 전자기 방사선의 증가된 투과 또는 회절을 지칭한다. 기판은 그것이 포함하는 주기적인 도트 구조가 바람직하게는 나노미터 범위의 치수들을 갖는다는 사실을 특징으로 한다. 이러한 방식으로 패턴화된 기판은 UV 방사선에 대한 보호가 요구되는 영역들에서 유리하게 사용될 수 있다.

본 발명의 추가 실시예에서, 본원에 개시되는 방법 및 장치는 동일한 간섭 픽셀의 다수의 조사에 의한 레이저 간섭 패터닝에 의해 생성되고 소수성 또는 초소수성 속성들을 특징으로 하는 계층적 패턴들을 포함하는 기판을 생성하는 데 적합하다. 소수성 또는 초소수성 속성들은 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 구조들, 특히 마이크로- 및 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 계층적 패턴들이 습윤 각도가 더 크게 되는 그러한 방식으로 기판들 상의 액체들의 습윤 각도를 변경시킨다는 사실로 인한 것이다. 더 큰 습윤 각도는 표면에 충돌하는 액체들이 표면을 잘 습윤시키지 않고 대신에 표면을 롤 오프한다는 것을 의미한다. 이러한 방식으로 처리되는 기판은 자체-세척(self-cleaning) 및 발수(water-repellent) 속성들을 갖는다. 그러한 패턴화된 기판에 대해 특히 적합한 재료들은 이미 소수성 속성들을 갖는 재료들, 예를 들어 금속 또는 중합체 표면들이다.

본 발명의 추가 실시예에서, 본원에 개시되는 방법 및 장치는 동일한 간섭 픽셀의 다수의 조사에 의한 레이저 간섭 패터닝에 의해 생성되고 방빙 속성들, 즉, 얼음 층들의 형성을 방지하는 속성들을 특징으로 하는 계층적 패턴들을 갖는 기판을 생성하는 데 적합하다. 방빙 속성들은 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 구조들, 특히 마이크로- 및 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 계층적 패턴들이 습윤 각도가 더 크게 되는 그러한 방식으로 기판들 상의 액체들의 습윤 각도를 변경시킨다는 사실에 기초한다. 따라서, 패턴화된 기판은 소수성 또는 초소수성 속성들을 나타낸다. 더 큰 습윤 각도는 표면에 충돌하는 액체들이 표면을 잘 습윤시키지 않고 대신에 표면을 롤 오프한다는 것을 의미한다. 이것은 또한 얼음의 층들이 표면 상에 증착되는 것을 더 어렵게 만든다. 이미 소수성 속성들을 갖는 재료들, 예를 들어 금속 또는 중합체 표면들은 그러한 패턴화된 기판에 특히 적합하다.

본 발명의 추가 실시예에서, 본원에 개시되는 방법 및 장치는 동일한 간섭 픽셀의 다수의 조사에 의한 레이저 간섭 패터닝에 의해 생성되고 친수성 또는 초친수성 속성들을 특징으로 하는 계층적 패턴들을 갖는 기판을 생성하는 데 적합하다. 친수성 또는 초친수성 속성들은 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 구조들, 특히 마이크로- 및 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 계층적 패턴들이 습윤 각도가 더 작게 되는 그러한 방식으로 기판들 상의 액체들의 습윤 각도를 변경시킨다는 사실로 인한 것이다. 더 작은 습윤 각도는 표면에 충돌하는 액체들이 표면을 매우 잘 습윤시키고 액적 형성이 없다는 것을 의미한다. 대신, 균일한 습윤이 달성되며, 이는 기판의 투명도를 손상시키지 않는다. 그러한 패턴화된 기판에 특히 적합한 재료들은 이미 친수성 속성들을 갖는 것들, 예를 들어 유리 표면들이다.

본 발명의 추가 실시예에서, 본원에 개시되는 방법 및 장치는 동일한 간섭 픽셀의 다수의 조사에 의한 레이저 간섭 패터닝에 의해 생성되고 방담(anti-fogging), 즉, 비-포깅(non-fogging) 속성들을 특징으로 하는 계층적 패턴들을 갖는 기판을 생성하는 데 적합하다. 방담 속성들은 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 구조들, 특히 마이크로- 및 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 계층적 패턴들이 습윤 각도가 더 작게 되는 그러한 방식으로 기판들 상의 액체들의 습윤 각도를 변경시킨다는 사실에 기초한다. 따라서, 구조화된 기판은 친수성 또는 초친수성 속성들을 나타낸다. 더 작은 습윤 각도는 표면에 충돌하는 액체들이 표면을 매우 잘 습윤시키고 액적 형성이 없다는 것을 의미한다. 대신에, 균일한 습윤이 달성되며, 이는 기판의 투명도를 손상시키기 않는다. 그러한 패턴화된 기판에 특히 적합한 재료들은 이미 친수성 속성들을 갖는 재료들, 예를 들어 유리 표면들이다. 이러한 방식으로 패턴화되는 기판은 자동차 및 항공우주 산업들에서 뿐만 아니라, 일반적으로 건축 기술의 글레이징에 대해 유리하게 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 본원에 개시되는 방법 및 장치는 레이저 간섭 패터닝에 의해 생성되는 마이크로- 또는 서브-마이크로미터의 주기적인 도트 구조를 포함하는 기판을 생성하는 데 적합하며, 이는 증가된 표면 거칠기를 갖는다. 증가된 표면 거칠기는 표면 텍스처가 기판으로 도입되는 주기적인 도트 구조에 의해 마이크로- 또는 서브마이크로미터 범위로 변경된다는 사실에 기초하며, 특히 기판의 표면이 도입되는 주기적인 도트 구조로 인해 융기들 및 함몰들을 갖는다는 사실에 기초한다. 특히, 증가된 표면 거칠기는 동일한 간섭 픽셀의 다수의 조사를 통한 레이저 간섭 패터닝에 의해 마이크로- 및 서브마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 계층적 패턴들로 본원에 개시되는 방법 및 장치에 의해 기판을 패터닝함으로써 달성될 수 있다. 이러한 방식으로 처리되는 기판은 예를 들어 기술적 구성요소들 사이의 정지 마찰 및/또는 미끄럼 마찰을 증가시키기 위해 제조 분야에서, 또는 외부 표면 상의 셀들의 접착력을 증가시키기 위해 의료 기술에서 유리하게 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 본원에 개시되는 방법 및 장치는 레이저 간섭 패터닝에 의해 생성되는 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조를 포함하는 기판을 생성하는 데 적합하며, 이는 동일한 외부 치수들을 갖는 비패턴화된 기판과 비교하여 증가된 표면적을 갖는다. 마이크로- 또는 서브마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조는 기판의 표면적이 간섭 픽셀 당 간섭 영역들의 밀도에 비례하여 증가한다는 사실에 기여한다. 특히, 동일한 외부 치수들을 갖는 비패턴화된 기판과 비교하여 증가된 표면적은 동일한 간섭 픽셀의 다수의 조사를 통한 레이저 간섭 패터닝에 의해 마이크로- 및 서브마이크로미터 범위의 치수를 갖는 계층적 패턴들로 본원에 설명되는 방법 및 장치에 의해 기판을 패터닝함으로써 달성될 수 있다. 이러한 방식으로 처리되는 기판은, 증가된 표면적이 동일한 외부 치수들을 갖는 비패턴화된 기판과 비교하여 열 교환을 위한 더 큰 용량을 제공하므로, 높은 열 전달을 위한 요건을 갖는 기술 영역들에서 유리하게 사용될 수 있다. 더욱이, 이러한 방식으로 처리되는 기판은, 증가된 표면적이 더 많은 접촉 포인트들이 동일한 외부 치수들을 갖는 비패턴화된 기판과 비교하여 접촉될 재료들 사이에 생성될 수 있다는 것을 의미함에 따라, 접촉 저항을 감소시키기 위해 전기 연결 기술 분야에서 사용될 수 있다. 게다가, 이러한 방식으로 패턴화되는 기판은, 증가된 표면적이 동일한 외부 치수들을 갖는 비패턴화된 기판과 비교하여 전극들의 금속 사이에 전하 캐리어들을 교환하기 위한 더 큰 용량이 있다는 것을 의미함에 따라, 배터리 기술 분야에서, 특히 애노드 및 캐소드를 패터닝하기 위해 사용될 수 있다.

더욱이, 본원에 개시되는 방법 및 장치는 마이크로- 또는 서브마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 주기적인 도트 구조를 포함하는 기판을 생성하기에 적합하며, 이는 항균(살균) 속성들을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 주기적인 도트 구조는 그것 상에 증착되는 박테리아보다 상당히 더 큰, 적어도 10% 내지 30% 더 큰 치수들을 갖는다. 이것은 표면 상에 증착되는 박테리아를 격리시키고 따라서 그들을 무해하게 만든다. 특히 바람직한 실시예에서, 주기적인 도트 구조는 그것 상에 증착되는 박테리아보다 상당히 더 작은, 적어도 10% 내지 30% 더 작은 치수들을 갖는다. 이것은 박테리아가 표면에 부착되는 것을 방지하고 표면을 멸균 상태로 유지한다.

본원에 개시되는 방법 및 장치에 의해 생성되는 패턴화된 기판은 추가 코팅 프로세스에 의한 추가 처리에 더욱 적합하며, 여기서 기판은 물리적 및/또는 화학적 코팅을 수용한다. 그러한 코팅은 패턴화된 기판의 속성들, 예를 들어 반사 방지 속성들 및/또는 친수성 및/또는 소수성 속성들을 향상시킬 수 있다. 화학적 스프레이 코팅의 적용 및/또는 화학 기상 증착 및/또는 스퍼터링 및/또는 졸-겔 프로세스들에 의한 코팅의 적용이 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 패턴화된 기판은 제1 및 제2 간섭 픽셀로 구성되는 도트 구조를 포함하며, 여기서 제1 및 제2 간섭 픽셀은 각각 독립적으로 마이크로- 및 서브마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 주기적인 도트 구조를 포함하고, 여기서 제1 간섭 픽셀 및 제2 간섭 픽셀은 제2 간섭 픽셀과 제1 간섭 픽셀 사이의 오프셋이 간섭 주기의 10% ≤ x ≤ 50%의 범위, 특히 20% ≤ x < 50%의 범위, 특히 바람직하게는 25% ≤ x ≤ 45%의 범위에 있는 그러한 방식으로 서로 중첩되어 배열된다. 이것은 특히 유리하며, 특별히 기판 상에, 특히 투명 기판 상에 (그들의 적용 영역에 관계없이) 본원에 정의되는 도트 구조들의 치수들로, 눈부심 방지 속성들을 갖는 패터닝이 생성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 주기적인 도트 구조는 제3 간섭 픽셀과 제2 간섭 픽셀 사이의 오프셋이 간섭 주기의 10% ≤ x ≤ 50%의 범위, 특히 20% ≤ x < 50%의 범위, 특히 바람직하게는 25% ≤ x ≤ 45%의 범위에 있도록 적어도 제3 간섭 픽셀이 제1 및 제2 간섭 픽셀들 상에 중첩되어 배열되도록 설계된다.

패턴화된 기판의 용도

본원에 정의되는 반사 방지 속성들을 갖는 패턴화된 기판은, 예를 들어, 광전지 시스템들에서 사용되며, 그것에 의해 이들 광전지 시스템들의 효율은 반사 방지 속성들을 도입함으로써 상당히 증가될 수 있다. 광전지 시스템들의 분야에서의 주요 과제는 태양 광선들의 반사에 의해 야기되는 큰 손실에 놓여 있다. 평균적으로, 반사들은 시스템 당 40%의 에너지/전력 손실들을 야기한다. 따라서, 광전지 시스템들의 효율은 지속적으로 향상되어야만 한다. 가장 유망한 접근법들 중 하나는 반사 방지 코팅들 및/또는 표면의 텍스처링의 도움으로 반사를 감소시키는 것이다. 본원에 개시되는 프로세스의 사용은 표면들의 처리를 단순화하고, 가속화하고 개선한다.

또한, 모니터들 및 스크린들은 종종 고정된 위치들에 배치되고 따라서 바람직하지 않은 광 입사에 민감하다는 것이 공지되어 있으며, 이는 뷰어에 대해 시각적 문제들을 초래한다. 이러한 효과를 최소화하는 방식들이 있지만, 이들 접근법들은 그들이 실제로 문제를 해결하기 보다는 증상들을 완화시키는 경향이 있음에 따라 널리 사용되지 않는다. 본원에 정의되는 반사 방지 속성들을 갖는 패턴화된 기판은, 예를 들어, 디스플레이 영역에서, 예를 들어 모니터들, 스크린들 및 디스플레이들에 대한 반사 방지 글레이징의 형태에서의 적용 또는 통합에 이상적으로 적합하다.

추가 적용 분야는 광섬유들 내에서 반사 방지를 달성하는 영역에서 열리며, 이는 더 높은 전송 속도들을 보장하고 역반사들을 최소화한다. 따라서, 본원에 개시되는 프로세스는 유리 섬유들을 패터닝하는 데 이상적으로 적합함으로써, 이러한 방식으로 패턴화되는 유리 섬유는 반사 방지 속성들을 갖는 본원에 정의되는 패턴화된 기판에 대한 적용의 추가 예를 제공한다. 따라서, 본 발명은 또한 유리 섬유들의 구성요소로서 본원에 정의되는 패턴화된 기판의 사용을 포함한다.

게다가, 발명가들은 본원에 정의되는 방법이 (반사 방지 글레이징의 다른 예로서) 창유리들을 패터닝하는 데 적합하다는 것을 발견하였다. 예를 들어, 본원에 개시되는 패턴화된 기판들은 반사 방지 글레이징의 형태로 사용될 수 있거나 예를 들어 곡선형 주택 외관들로부터의 집중된 태양 복사로부터 보호하고 건물들의 단열을 향상시키기 위해 사용될 수 있는 단열 글레이징과 같은 주택 외관들 상의 필름 코팅, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판으로서 사용될 수 있다.

게다가, 현미경들 및 망원경들의 반사의 감소는 그들로 기록되는 이미지들의 대비(contrast)를 증가시킬 수 있으며, 그것에 의해 이들 광학 디바이스들의 효율성 및 활용도를 증가시킨다. 따라서, 본 발명은 또한 빔 유도, 빔 성형, 빔 포커싱 및/또는 빔 포커싱이 본질적인 현미경들 및 망원경들과 같은 광학 디바이스들에서 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조를 갖는 광학 요소로서 본원에 정의되는 패턴화된 기판의 사용을 포함한다.

또한, 예를 들어 다른 기판 상에 구조들의 간접 적용 또는 생성을 위한 엠보싱 프로세스 내에서, 네거티브 몰드(소위 마스터)로서 본원에 정의되는 패턴화된 기판을 사용하는 것이 유용하다. 이것은 예를 들어 열간 또는 UV 엠보싱 프로세스를 사용하는 연속 프로세스에서 마스터(통상적으로 니켈과 같은 금속)로부터 중합체 필름(예를 들어, PET)으로 전사되는 롤-투-롤 프로세스들과 관련된다. 이것은 역구조들이 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조들로서 높은 처리량으로 다른 기판들 상에 생성되는 것을 허용한다.

본 발명에 따른 장치 및 본 발명에 따른 방법은 또한 큰 기술적 노력 없이 소수성 또는 초소수성 속성들을 갖는 광범위한 기판을 생성하는 가능성을 제공한다. 이러한 방식으로 패턴화되는 기판은 소수성 및/또는 초소수성 기판들의 자체-세척 속성들이 요구되는 영역들, 예를 들어 자동차 부품들, 디스플레이들 또는 글레이징의 분야뿐만 아니라, 항공 또는 안테나 기술의 분야에서 다양한 응용을 갖는다.

본 발명에 따른 장치 및 본 발명에 따른 방법은 또한 큰 기술적 노력 없이 친수성 또는 초친수성 속성들을 갖는 광범위한 기판을 생성하는 가능성을 제공한다. 이러한 방식으로 패턴화되는 기판은 친수성 및/또는 초친수성 기판들의 균일한 습윤 속성들이 요구되는 영역들, 예를 들어 자동차 부품들, 디스플레이들 또는 글레이징의 분야뿐만 아니라, 항공 또는 안테나 기술의 분야에서 다양한 응용을 갖는다.

더욱이, 본 발명에 따른 방법 및 장치는 또한 특히 화학적 스프레이 코팅에 의한 코팅을 위해 및/또는 기판의 결과적인 반사 방지 속성들 및/또는 소수성 또는 초소수성 및/또는 친수성 또는 초친수성 속성들을 증가 및/또는 수정하기 위해 추가 처리, 예를 들어 화학적 및/또는 물리적 처리에 적합한 패턴화된 기판을 생성하는 가능성을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본원에 개시되는 방법은 그것이 눈부심 방지 속성들을 갖도록 기판 표면을 패터닝하는 데 적합하다. 이러한 목적에 특히 적합한 것은 제1 및 제2 간섭 픽셀로부터 형성되는 - 본원에 정의되는 바와 같은 - 도트 구조를 갖는 패턴화된 기판들이며, 여기서 제1 및 제2 간섭 픽셀은 각각 독립적으로 마이크로- 및 서브마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 주기적인 도트 구조를 포함하고, 여기서 제1 간섭 픽셀 및 제2 간섭 픽셀은 제2 간섭 픽셀과 제1 간섭 픽셀 사이의 오프셋이 간섭 주기의 10% ≤ x ≤ 50%의 범위, 특히 20% ≤ x < 50%의 범위, 특히 바람직하게는 25% ≤ x ≤ 45%의 범위에 있는 그러한 방식으로 서로 중첩되어 배열된다.

실시예의 예들

본 발명은 다음의 도면들 및 실시예의 예들을 사용하여 보다 상세히 설명되며, 본 발명을 이들에 제한하지 않는다. 특히, 개별 도면들에 도시되고 각각의 예들에 대해 설명되는 특징들은 각각의 개별 예에 제한되지 않는다.

본원에서 다음을 도시한다
도 1: 본 발명에 따른 장치의 개략적인 사시도.
도 2: 서브-빔들을 평행화하기 위한 편향 요소(6)를 포함하는 본 발명에 따른 장치의 개략적인 사시도.
도 3: 광학 경로(3)의 광축에 대해 서브-빔들의 각도를 확장시키기 위한 편향 요소(7)를 포함하는 본 발명에 따른 장치의 개략적인 사시도.
도 4a: 포커싱 요소(4) 상으로 부분 빔들을 편향시키는 평면의, 반사 표면을 갖는 광학 요소들(6)을 포함하는 본 발명에 따른 장치의 개략적인 사시도.
도 4b: 패터닝 프로세스 동안 패턴화될 기판의 고정 포지셔닝을 허용하는 빔 성형을 위한 광학 요소로서 갈보 미러(9)를 포함하는 본 발명에 따른 장치의 개략적인 사시도.
도 5: 장치가 서로에 대해 서브-빔들의 위상 코스를 이동시키는 편광 요소(8)를 포함하는 본 발명에 따른 장치의 개략적인 사시도, 여기서,
a) 빔 분할기 요소(2)는 레이저 방사원(1)에 가까운 광학 경로(3)에 위치된다.
b) 빔 분할기 요소(2)는 광학 경로(3)에서 편향 요소(7)에 가까이 위치된다.
도 6: 폭 D를 갖는 기판의 표면 상에 또는 내부에 초래되는 간섭 픽셀들, 및 기판의 표면 상의 또는 내부의 개별 간섭 픽셀들의 분포의 개략도, 간섭 픽셀들은 픽셀 밀도 Pd로 서로에 대해 이동된다.
도 7: 마이크로- 및 서브마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 역원뿔들로 구성되는 생성된 주기적인 도트 구조들을 갖는 패턴화된 기판(5), 및 상징적으로 생성된 구조들의 구조 주기보다 더 큰 파장들을 갖는 입사된 전자기파들의 투과뿐만 아니라, 생성된 구조들의 범위에 있거나 이보다 더 작은 파장들을 갖는 입사된 전자기파들의 회절의 개략적인 사시도.
도 8: 광학 요소로서 서브-빔들을 포커싱 요소(4) 상으로 편향시키는 평면의, 반사 표면을 갖는 갈보 미러(9) 및 다각형 휠(91)을 포함하는 본 발명에 따른 장치의 개략적인 사시도.
도 9는: 3개의 상이한 구조 폭들을 갖는 패턴화된 기판들에 대한 입사된 광의 회절 각도 대 입사된 광의 파장의 그래프 표현.
도 10: 서브마이크로미터 범위의 주기적인 파동 구조가 중첩되는 마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 역원뿔들로 구성되는 생성된 주기적인 도트 구조들을 갖는 패턴화된 기판(5)의 개략적인 사시도.

도 1은 제1 실시예에서 레이저 빔을 방출하기 위한 레이저 방사원(1)을 포함하는 본 발명에 따른 장치를 시각화한다. 레이저 방사원(1) 뒤의 레이저 빔의 광학 경로(3)에 이동 가능하게 배열되는 빔 분할기 요소(2)는 빔 경로(3)에 위치된다. 포커싱 요소(4)는 빔 분할기 요소(2) 뒤의 레이저 빔의 광학 경로(3)에 위치된다. 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판이 장착되는 고정 디바이스는 포커싱 요소(4) 뒤의 레이저 빔의 광학 경로(3)에 배열된다.

이러한 실시예에서, 레이저 방사원(1)은 펄스형 레이저 빔을 방출한다. 이러한 경우, 레이저 방사원은 355 nm의 파장 및 12 ps의 펄스 지속시간을 갖는 UV 레이저이다. 이러한 실시예에서, 레이저 방사원의 방사 프로파일은 탑햇 프로파일에 대응한다.

이러한 실시예에서, 빔 분할기 요소(2)는 회절 빔 분할기 요소에 대응한다. 여기서, 회절 빔 분할기 요소는 마이크로- 또는 나노구조들을 포함하는 빔 분할기 요소이다. 빔 분할기 요소(2)는 레이저 빔을 4개의 서브-빔으로 분할한다.

이러한 실시예에서, 포커싱 요소(4)는 그들이 간섭 영역 내에서 간섭하는 그러한 방식으로 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판 상으로 실질적으로 서로 평행하게 진행하는 서브-빔들을 지향시키는 굴절, 구면 렌즈에 대응한다. 이러한 실시예에서, 간섭 각도는 27.2°에 대응하며, 동일한 편광 상태에서 주기적인 도트 구조에 대해 550 nm의 구조 주기를 야기한다.

이러한 실시예의 예에 따르면, 광범위한 기판은 한 번 조사되며, 12 ps의 구조 유닛 당, 즉, 간섭 픽셀 당 처리 시간을 야기한다. 기판(5), 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판은 유리, 특히 석영 유리이며, 이는 레이저 방사원(1)에 의해 방출되는 레이저 빔의 광학 경로에 수직인 xy 평면으로 이동될 수 있도록 고정 디바이스 상에 장착된다.

도 2는 추가 실시예에서 빔 분할기 요소(2) 및 포커싱 요소(4) 이후에 레이저의 광학 경로(3)에 위치되는 편향 요소(6)를 추가적으로 포함하는 도 1에 설명되는 바와 같은 장치를 시각화한다.

이러한 실시예에서, 편향 요소는 종래의, 굴절, 볼록 렌즈이다. 서브-빔들은 그들이 편향 요소를 통과한 후 본질적으로 서로 평행한 그러한 방식으로 편향 요소(6)에 충돌한다. 이것은 서브-빔들이 기판의 표면 상에서 또는 내부에서 간섭하는 포인트가 조정되는 것을 허용한다.

도 3은 추가 실시예에서 도 1 및 도 2에 도시되는 설정에 기초하는 장치를 시각화한다. 게다가, 이러한 설정은 추가 편향 요소(6)를 포함하며, 이는 빔 분할기 요소(2)와 편향 요소(7) 사이의 레이저의 광학 경로(3)에 배열된다.

이러한 실시예에서, 추가 편향 요소(7)는 종래의, 굴절, 오목 렌즈이다. 서브-빔들은 광학 경로의 광축에 대한 그들의 각도가 확장되는 그러한 방식으로 추가 편향 요소에 충돌한다. 이것은 서브-빔들이 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상에서 또는 내부에서 간섭하는 간섭 각도가 변경되는 것을 허용한다.

이러한 실시예에서, 빔 분할기 요소(2)를 제외한 모든 광학 요소들은 광학 경로(3)의 광축을 따라 고정된다. 기판 상의 서브-빔들의 간섭 각도는 광학 경로의 광축을 따라 빔 분할기 요소(2)를 이동시킴으로써 설정된다.

도 4a는 추가 실시예에서 평면의, 반사 표면을 갖는 광학 요소들(6)을 포함하는 도 3에서와 같은 장치를 도시하며, 이는 그들이 서브-빔들을 포커싱 요소(4) 상으로 편향시키도록 구성된다.

이러한 실시예에서, 적어도 3개의 서브-빔은 광학 요소들(6)을 이동시킴으로써 바람직한 각도로 기판 상으로 편향된다. 이것은 렌즈 형태의 편향 요소(도 3의 참조 부호(6))가 생략될 수 있다는 것을 의미한다.

도 5는 추가 실시예에서 서브-빔 당 하나의 편광 요소(8)를 추가적으로 포함하는 도 3에서와 같은 장치를 시각화하며, 이는 편향 요소(6)와 포커싱 요소(4) 사이의 레이저 빔의 광학 경로(3)에 배열된다.

편광 요소는 간섭 패턴의 변경이 초래되는 그러한 방식으로 그것이 서로에 대해 개별 서브-빔들의 편광을 변경하는 그러한 방식으로 배열된다.

이러한 실시예는 2개의 상이한 구성으로 도시된다. 도 5a)에서, 빔 분할기 요소(2)는 광학 경로(3)에서 레이저 방사원(1)에 가까이 위치된다. 도 5b)에서, 빔 분할기 요소(2)는 광학 경로(3)에서 편향 요소(7)에 가까이 위치된다. 이러한 방식으로, 기판(5)의 표면 상의 간섭하는 서브-빔들의 간섭 패턴은 설정 또는 기판에서 다른 광학 요소들을 이동시켜야 하는 것 없이 무한히 조정될 수 있다.

그것은 또한 빔 성형을 위한 추가적인 광학 요소를 포함하는 배열에 대해 가능할 것이며, 이는 레이저 빔의 광학 경로(3)에서 레이저 방사원(1)에 연속하여 배열된다. 이러한 실시예에서, 레이저 방사원의 방사 프로파일은 가우스 프로파일에 대응한다. 빔 성형을 위한 광학 요소는 이러한 프로파일을 탑햇 프로파일로 변환한다.

도 6은 폭 D를 갖는 기판의 표면 상에서 또는 내부에서 초래되는 간섭 픽셀들, 및 기판의 표면 상에서 또는 내부에서 개별 간섭 픽셀들의 분포의 개략도를 포함하며, 그것에 의해 간섭 픽셀들은 픽셀 밀도 Pd로 서로에 대해 이동된다.

이러한 실시예에서, 픽셀 밀도 Pd는 간섭 픽셀의 폭인 D보다 더 작다. 따라서, 펄스형 레이저 빔에 의해 기판(5)을 이동시킴으로써, 광범위한 균일한 주기적인 도트 구조가 기판, 바람직하게는 광범위한 및/또는 투명한 기판의 표면 상에 또는 내부에 생성될 수 있다.

도 7은 마이크로- 및 서브마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 역원뿔들로 구성되는 생성된 주기적인 도트 구조들을 갖는 본 발명에 따른 방법에 의해 생성되는 패턴화된 기판(5)을 시각화한다. 생성된 구조들의 구조 주기보다 더 큰 파장들을 갖는 입사된 전자기파들의 투과 및 생성된 구조들의 범위에 있거나 이보다 더 작은 파장들을 갖는 입사된 전자기파들의 회절이 또한 상징적으로 예시된다.

도 8은 추가 실시예에서 평면의, 반사 표면을 갖는 광학 요소(91)를 포함하는 도 4b에서와 같은 장치를 도시하며, 이는 그것이 마킹된 축을 중심으로 회전하도록 구성되는 다각형 휠이다. 입사된 서브-빔들은 그들이 포커싱 요소(4)를 통해 빔들을 기판 상으로 지향시키는 갈보 미러(9)에 충돌하는 그러한 방식으로 편향된다. 다각형 휠의 회전은 빔들이 기판 상에 포커싱되는 포인트가 노출 프로세스 동안 라인을 따라 이동하게 한다. 따라서, 서브-빔들은 기판을 스캐닝하며, 이는 증가된 프로세스 속도를 초래한다.

도 9는 구조 폭의 함수로서 패턴화된 기판의 투과 및 회절 능력의 그래프 표현을 도시한다. 광의 회절 각도는 3개의 상이한 구조 폭을 갖는 구조들에 대한 그것의 파장의 함수로서 도시된다. 입사된 광의 파장이 구조 폭보다 더 큰 경우, 광은 완전히 투과된다. 구조 폭 또는 더 작은 범위의 파장들에서, 회절이 발생한다. 회절 각도들은 다이어그램으로부터 취해질 수 있다.

도 10은 마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 역원뿔들로 구성되는 생성된 주기적인 도트 구조들을 갖는 본 발명에 따른 방법에 의해 생성되는 패턴화된 기판(5)을 시각화한다. 마이크로미터 범위의 이러한 주기적인 도트 구조 상에 서브마이크로미터 범위의 주기적인 파동 구조가 중첩되며, 이는 또한 본원에 설명되는 발명에 따른 방법에 의해 하나의 생산 단계에서 생성될 수 있다.

1 레이저 방사원
2 빔 분할기 요소
3 광학 경로
4 포커싱 요소
5 기판
6 추가 편향 요소
7 편향 요소
8 편광 요소
9 포커싱 미러 또는 갈보 미러
31 광축
91 다각형 휠

Claims (21)

1. 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조를 포함하는 반사 방지 속성들을 갖는 패턴화된 기판으로서,
   상기 주기적인 도트 구조는 역원뿔들로 형성되고,
   상기 원뿔들은 서로로부터 50 nm 내지 50 ㎛ 범위의 거리로 주기적으로 배열되고,
   추가 구조는 상기 주기적인 도트 구조 상에 중첩되고,
   상기 중첩된 구조는 준-주기적인 파동 구조를 갖고, 상기 중첩된 구조의 영역에서의 상기 기판 표면 상의 재료는 일련의 파동 마루 및 파동 골을 가지며, 그 주기성은 100 nm 내지 1000 nm 범위에 있는, 패턴화된 기판.
2. 제1항에 있어서,
   상기 주기적인 도트 구조는 상기 구조화된 기판이 550 nm 초과의 파장을 갖는 전자기 방사선을 투과하도록 형성되는, 패턴화된 기판.
3. 제1항에 있어서,
   마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조를 포함하며, 주기적인 파동 구조는 상기 주기적인 도트 구조 상에 중첩되며, 상기 파동 마루들은 20 nm 내지 5 ㎛ 범위의 간격으로 배열되는, 패턴화된 기판.
4. 제1항에 있어서,
   상기 패턴화된 기판은 제1 및 제2 간섭 픽셀로 형성되는 도트 구조를 포함하며, 상기 제1 및 상기 제2 간섭 픽셀은 각각 독립적으로 마이크로- 및/또는 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 주기적인 도트 구조를 포함하고, 상기 제1 간섭 픽셀 및 상기 제2 간섭 픽셀은 상기 제2 간섭 픽셀과 상기 제1 간섭 픽셀 사이의 오프셋이 간섭 주기의 10% ≤ x ≤ 50% 범위에 있도록 서로 중첩되어 배열되는, 패턴화된 기판.
5. 제1항에 있어서,
   상기 패턴화된 기판은 투명 재료를 포함하고, 상기 투명 재료는 유리, 고체 중합체들, 투명 세라믹들 또는 이들의 혼합물들을 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 패턴화된 기판.
6. 제1항에 있어서,
   상기 패턴화된 기판의 굴절률은 점진적인(gradual) 것인, 패턴화된 기판.
7. 제1항에 따른 패턴화된 기판을 생성하기 위한 기판의 직접 레이저 간섭 패터닝을 위한 레이저 간섭 패터닝 장치로서,
   - 레이저 빔을 방출하기 위한 레이저 방사원(1),
   - 상기 레이저 빔의 광학 경로(3)에 배열되는 빔 분할기 요소(2),
   - 상기 레이저의 상기 광학 경로에서 상기 빔 분할기 요소에 연속하여 배열되고 서브-빔들이 간섭 영역에서 기판(5)의 표면 상에서 또는 볼륨 내에서 간섭가능한 방식으로 상기 서브-빔들이 이를 통과하도록 구성되는 포커싱 요소(4)를 포함하며,
   상기 빔 분할기(2)는 상기 광학 경로(3)에서 이의 광축을 따라 자유롭게 이동할 수 있고,
   상기 빔 분할기(2)는 상기 레이저 방사원(1)에 의해 방출되는 상기 입사된 레이저 빔을 적어도 3개의 서브-빔으로 분할하도록 설정되고,
   제1 편향 요소(7)는 상기 레이저 방사원(1)의 상기 광학 경로(3)에서 상기 빔 분할기 요소(2)에 연속하여 배열되며, 이는 상기 적어도 3개의 서브-빔이 상기 편향 요소(7)를 통과할 때 확장되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 장치.
8. 제7항에 있어서,
   추가 편향 요소(6)는 상기 광학 경로(3)에서 상기 레이저 방사원(1) 및 상기 빔 분할기 요소(2)에 연속하여 배열되며, 이는 그들이 상기 추가 편향 요소(6)로부터 출현한 후 서로 본질적으로 평행하게 진행되는 그러한 방식으로 그것이 상기 서브-빔들을 편향시키도록 구성되는, 장치.
9. 제7항에 있어서,
   상기 편향 요소(7)는 오목 렌즈인, 장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 추가 편향 요소(6)는 볼록 렌즈인, 장치.
11. 제7항에 있어서,
    상기 레이저 방사원은 10 나노초 내지 10 펨토초 범위의 펄스 폭들을 갖는 펄스형 레이저 방사원인, 장치.
12. 레이저 간섭 패터닝에 의해 마이크로- 또는 서브마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조를 갖는 기판을 생성하기 위한, 특히 제1항에 따른 패턴화된 기판을 생성하기 위한 방법으로서, 다음의 단계들: 즉,
    a) 바람직하게는 투명 재료를 포함하는 기판(5)을 제공하는 단계,
    b) 레이저 방사원(1)으로부터 레이저 빔을 방출하는 단계,
    c) 빔 분할기 요소(2)에 의해 상기 레이저 빔을 적어도 3개의 서브-빔으로 분할하는 단계,
    d) 상기 서브-빔들이 상기 기판의 표면 상에서 또는 볼륨 내에서 건설적으로 및 파괴적으로 간섭하도록, 상기 기판(5)의 상기 표면 상으로 또는 상기 볼륨 내에 상기 서브-빔들을 포커싱하는 단계를 포함하며,
    상기 적어도 3개의 서브-빔은 상기 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위의 주기적인 도트 구조가 상기 기판의 상기 표면 상에 또는 볼륨 내에 생성되도록 상기 포커싱에 의해 상기 기판 상에 중첩되고,
    상기 주기적인 도트 구조는 역원뿔들로 구성되고,
    상기 역원뿔들은 서로로부터 50 nm 내지 50 ㎛ 범위의 거리에서 주기적으로 배열되고,
    추가 구조는 상기 주기적인 도트 구조 상에 중첩되고,
    상기 중첩된 구조는 준-주기적인 파동 구조를 갖고, 상기 중첩된 구조의 영역에서의 상기 기판의 상기 표면 상의 재료는 일련의 파동 마루 및 파동 골을 가지며, 그 주기성은 100 nm 내지 1000 nm 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 기판(5)의 상기 생성된 주기적인 도트 구조의 구조 주기는 상기 광학 경로(3)에서 그것의 광축을 따라 상기 빔 분할기 요소(2)를 이동시킴으로써 상기 마이크로- 또는 서브-마이크로미터 범위에서 무단계로 조정가능한, 방법.
14. 제12항에 있어서,
    상기 기판(5)은 투명 재료를 포함하고 상기 서브-빔들은 상기 투명 재료 내부에서 간섭하는, 방법.
15. 제12항에 있어서,
    다음 단계들: 즉,
    c) 상기 기판(5)의 상기 표면 상에 또는 상기 기판(5) 내에 제1 간섭 픽셀을 생성하는, 상기 기판(5)의 상기 표면 상에 제1 펄스를 인가하는 단계,
    d) 상기 기판(5)의 상기 표면 상에 또는 상기 기판(5) 내에 제2 간섭 픽셀을 생성하는, 상기 기판(5)의 상기 표면 상에 제2 펄스를 인가하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 간섭 픽셀들은 각각 독립적으로 상기 마이크로- 및 서브마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 주기적인 구조를 포함하고,
    상기 제2 간섭 픽셀과 상기 제1 간섭 픽셀 사이의 오프셋은 간섭 주기의 10% ≤ x ≤ 50% 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 방법.
16. 제12항에 있어서,
    단계 b) 이후에 제3 펄스는 기판(5)의 상기 표면 상에 인가되며, 상기 제3 간섭 픽셀은 마이크로- 및 서브-마이크로미터 범위의 치수들을 갖는 주기적인 도트 구조를 포함하고,
    상기 제3 펄스는 상기 기판(5)의 상기 표면 상에 또는 상기 기판(5) 내에 제3 간섭 픽셀을 생성하며, 상기 제3 간섭 픽셀은 상기 제2 간섭 픽셀에 대해 간섭 주기의 10% ≤ x ≤ 50% 범위의 오프셋을 갖는, 방법.
17. 제12항에 있어서,
    간섭 주기의 오프셋은 적어도 하나의 공간 방향에서 균일한 것인, 방법.
18. 광전지 시스템들에서의 제1항에 따른 상기 패턴화된 기판의 용도.
19. 모니터들, 스크린들 및 디스플레이들의 반사 방지 글레이징으로서 제1항에 따른 상기 패턴화된 기판의 용도.
20. 유리 섬유들에서의 제1항에 따른 패턴화된 기판의 용도.
21. 다른 기판 상에 패턴들을 간접적으로 적용하거나 생성하기 위한 네거티브 몰드로서의 제1항에 따른 패턴화된 기판의 용도.