DE102004003340A1

DE102004003340A1 - Flächensubstrat mit einer Makro- und Mikrostrukturen aufweisenden Substratoberfläche sowie Verfahren zur Herstellung eines derartigen Flächensubstrates

Info

Publication number: DE102004003340A1
Application number: DE200410003340
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl.-Ing. Disch; Claas MÜLLER; Benedikt Dr. Bläsi; Jörg Dipl.-Ing. Mick
Original assignee: Albert Ludwigs Universitaet Freiburg; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Albert Ludwigs Universitaet Freiburg; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2005-08-18

Abstract

Beschrieben wird ein Flächensubstrat sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen mit einer Substratoberfläche, die gegenüber der Substratoberfläche erhabene oder abgesenkte erste Strukturelemente aufweist, die gemeinsam eine so genannte Makrostruktur an der Substratoberfläche bilden, sowie mit einer die Makrostruktur wenigstens in Teilbereichen überlagernden Mikrostruktur, die sich aus zweiten Strukturelementen zusammensetzt, deren Strukturgröße kleiner als die der ersten Strukturelemente ist. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die zweiten Strukturelemente jeweils über eine maximale räumliche Erstreckung längs einer die Substratoberfläche schneidenden Raumachse verfügen, und dass die den maximal räumlichen Erstreckungen eines jeden zweiten Strukturelementes zuordenbaren Raumachsen parallel zueinander verlaufen. Das Flächensubstrat wird insbesondere durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte hergestellt: DOLLAR A Zunächst wird ein optisch transparentes Flächensubstrat mit einer die Makrostruktur aufweisenden Substratoberfläche bereitgestellt, auf dessen Makrostruktur eine negativ arbeitende lichtempfindliche Materialschicht aufgebracht wird. DOLLAR A Im Anschluss wird die negativ arbeitende lichtempfindliche Materialschicht mittels eines durch Überlagerung wenigstens zweier kohärenter Wellenfelder erzeugbaren Interferenzmusters durch eine der mit der Makrostruktur versehenen Substratoberfläche gegenüberliegenden Substratrückseite, derart belichtet, dass ...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Flächensubstrat mit einer Substratoberfläche, die gegenüber der Substratoberfläche erhabene oder abgesenkte erste Strukturelemente aufweist, die gemeinsam eine so genannte Makrostruktur an der Substratoberfläche bilden, sowie mit einer die Makrostruktur wenigstens in Teilbereichen überlagernden Mikrostruktur, die sich aus zweiten Strukturelementen zusammensetzt, deren Strukturgröße kleiner als die der ersten Strukturelemente ist.
Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Flächensubstrates beschrieben.

Durch gezielte Strukturierung von technischen Oberflächen gewonnene Oberflächentopographien, die zumeist aus zwei voneinander unterscheidbaren Strukturen zusammengesetzt sind, vermögen zum Teil sehr vielfältige technische Eigenschaften in sich zu vereinen. Derartig strukturierte Oberflächen sind von besonderem Interesse für die unterschiedlichsten wissenschaftlichen und technischen Anwendungsgebiete. So lassen sich beispielsweise transparente Flächenelemente im Einsatz als Schutzfenster für Sichtbildschirme durch flächiges Aufbringen einer periodischen Mikrostrukturierung, zumeist auch Mottenaugen-Struktur genannt, entspiegeln, während auf der transparenten Oberfläche zusätzlich vorgesehene stochastische Strukturen störende Reflexionsbilder auf der Displayoberfläche zu unterdrücken vermögen.

Ein Verfahren zur Herstellung derartiger Kombinationsstrukturen ist beispielsweise der DE 197 08 776 C1 entnehmbar, bei dem die Oberfläche eines Flächensubstrates zur Schaffung sogenannter Makrostrukturen entweder mechanisch oder chemisch aufgeraut oder mittels photolithographischer Verfahren unter Verwendung eines geeigneten Photoresists belichtet und anschließend entwickelt wird. Auf die so erhaltene Makrostruktur wird nachfolgend eine Photoresistschicht aufgetragen, die mittels eines holographischen Interferenzmusters zur Herstellung von Mikrostrukturen belichtet wird. Nach entsprechender Entwicklung der Photoresistschicht erfolgt ein Abformen der aus Makro- und Mikrostrukturen kombinierten Oberflächentopographie des Flächensubstrates auf eine entsprechende Prägematrix zur weiteren Replikation der kombinierten Oberflächenstruktur auf beliebige Trägerschichten.

Schwierigkeiten bei der Replikation derartiger kombinierter, aus Makro- und Mikrostrukturen bestehenden Oberflächentopologien entstehen in jenen Fällen, in denen die Kombinationsstruktur, insbesondere jedoch die Mikrostrukturen so genannte Hinterschneidungen aufweisen, d.h. die einzelnen Strukturelemente der Mikrostruktur weisen gegenüber der Substratoberfläche überhängende Flanken auf. Eben jene Bereiche von Hinterschneidungen können zu Zwecken der Replikation beispielsweise im Wege an sich bekannter Prägetechniken oder mittels Galvanoformen nicht oder nur bedingt abgeformt werden, wodurch nicht nur die abzuformende Oberflächentopologie ungenügend genau repliziert, sondern darüber hinaus auch die mit der Makro- und Mikrostruktur verbundene, gewünschte technische Funktionalität auf dem Replikat nachhaltig beeinträchtigt wird.

Aus der Literatur sind eine Vielzahl von Verfahren bekannt, die die Herstellung derartiger Kombinationsstrukturen auf Substratoberflächen beschreiben und auf Basis photolithographischer Belichtungstechniken arbeiten, die im Wege der Auflichtbelichtung ein holographisches Belichtungsmuster in eine lichtempfindliche Schicht abbilden, die auf einer Substratoberfläche aufgebracht ist. In diesem Zusammenhang sei auf die Druckschriften DE 100 28 426 A1 sowie DE 100 38 749 A1 verwiesen.

In aller Regel weisen die Strukturelemente, aus denen sich die Makrostruktur zusammensetzt, Strukturdimensionen auf, die größer sind als die Strukturdimensionen der die Mikrostruktur bildenden Strukturelemente. Typische Ausbildungsformen der die Makrostruktur bestimmenden Strukturelemente sind beispielsweise prismatische Strukturen mit geraden oder gekrümmt ausgebildeten Strukturflanken sowie auch jegliche Arten von Linsen oder Linsenanordnungen, durch die auf die Makrostruktur auftreffendes Licht umgelenkt, gebeugt, gestreut oder entsprechend reflektiert werden. So sind Makrostrukturen bekannt, deren Strukturelemente periodisch angeordnet sind oder einer stochastischen Verteilung unterliegen. Letztere werden bevorzugt als Diffusoren, Anti-Glare-Strukturen, Anti-Reflexstrukturen oder als Strukturen, die die mechanischen Eigenschaften der Oberfläche beeinflussen, bspw. als Schmutz abweisende Oberflächen, eingesetzt.

Ebenso sind Anwendungen von Kombinationsstrukturen in der Fluidik bekannt. Interessant sind Makrostrukturen, welche bspw. dem Transport von gasförmigen oder fluidischen Stoffen dienen und eine zusätzliche Mikrostrukturierung zur gezielten Beeinflussung des Benetzungs- oder Strömungsverhaltens von fluidischen oder gasförmigen Stoffen aufweisen.

Die zumeist gegenüber den Strukturelementen der Makrostruktur kleiner dimensionierten Strukturelemente der Mikrostruktur generieren in der Regel weitere, nicht zwangsläufig andere technische Funktionen der Oberflächentopographie und vermögen zumeist die ursprüngliche Funktion der Makrostruktur zu ergänzen. Beispielsweise können periodisch angeordnete, die Mikrostruktur bildende Strukturelemente zur Entspiegelung beitragen, sofern die Strukturgröße kleiner als die zu entspiegelnde Wellenlänge der auf die Mikrostruktur auftreffenden Strahlung gewählt ist. Je nach gewünschter technischer Funktion können somit die Strukturgrößen der Strukturelemente sowohl der Makro- als auch Mikrostrukturen von einigen 100 nm bis zu einigen 100 μm variieren.

Gilt es kombinierte Oberflächentopographien auf vorstrukturierten Substraten im Wege lithographischer Verfahren herzustellen, so zeigt es sich beispielsweise bei prismatisch ausgebildeten, die Makrostruktur bildenden Strukturelementen, dass sich nach dem Vorgang der Belackung der Makrostruktur mit einem entsprechend lichtempfindlichen Material, das im Wege üblicher Belackungstechniken, wie beispielsweise Sprühen, Aufstreichen oder mittels Spin-Coating auf die makrostrukturierte Substratoberfläche aufgebracht wird, unterschiedlich dick ausgebildete Materialschichtbereiche ergeben.

So kommt es beispielsweise in den Tälern zwischen zwei benachbart angeordneten, prismatisch ausgebildeten Strukturelementen zu Verrundungen oder Einebnungen der Makrostrukturen durch die Lackschicht, während in den oberen Bereichen der Strukturflanken unter Umständen zu wenig Licht empfindliches Material abgelagert wird. Aufgrund der sich Topologie bedingt unterschiedlich dick ausbildenden lichtempfindlichen Materialschicht ist es leicht nachvollziehbar, dass die Strukturelemente der Mikrostruktur, die im Wege einer nachfolgenden Aufbelichtung hergestellt werden, nicht mit einer durch das holographische Belichtungsmuster bestimmbaren einheitlichen Strukturhöhe herstellbar sind. Vielmehr können bedingt durch die variable Schichtdickenverteilung der lichtempfindlichen Schicht unterschiedlich hoch ausgebildete Mikrostrukturelemente auftreten. Hinzukommt, dass aufgrund der inhomogenen Lackverteilung die Oberflächentopologie der Makrostruktur im Wege der Auflichtbelichtung und nachfolgenden Entwicklung des Photolackes zum Erhalt der Mikrostrukturen zumindest stellenweise beeinträchtigt wird, wodurch wiederum die Funktionalität der Makrostruktur verloren gehen kann. Um die Funktionalität der Makrostruktur zu erhalten, sollten die Mikrostrukturen weitgehend Kontur erhaltend auf die Makrostruktur aufgebracht werden.

Eine weitere grundsätzliche Schwierigkeit kommt bei der Belichtung von bereits mit der Makrostruktur vorstrukturierten Substratoberflächen in Fällen hinzu, in denen die das holographische Belichtungsmuster bildenden Belichtungsteilstrahlen nicht symmetrisch auf die zu belichtende, mit der lichtempfindlichen Materialschicht versehene Substratoberfläche auftreffen. Insbesondere bei prismatischen Makrostrukturelementen, die bspw. die optische Wirkung von Fresnel-Linsen besitzen, wird die Intensität der Teilstrahlen durch auftretende Fresnel-Reflexionen unterschiedlich stark vermindert, wodurch letztlich der lokale Belichtungskontrast bzw. die Belichtungsdosis von der lokalen Flankenneigung der einzelnen Makrostrukturelemente abhängen. Das aufgezeigte Problem wirkt sich umso drastischer aus, je größer der Einfallswinkelunterschied der die Licht empfindliche Materialschicht belichtenden Teilstrahlen ist.

Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Auflicht-Belichtungstechnik, bei der die zumeist als Photoresist eingesetzte Licht empfindliche Materialschicht unmittelbar von dem holographischen Interferenzmuster belichtet wird, sind auch Belichtungstechniken bekannt, bei denen die lichtempfindliche Materialschicht rückwärtig durch das optisch transparente Flächensubstrat hindurch belichtet wird, auf der die lichtempfindliche Materialschicht einseitig aufgebracht ist. Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise von K. M. Baker in dem Artikel „Highly Corrected Submicrometer Grid Patterning on Curved Surfaces", Applied Optics/Volume 38, no. 2, January 1999, erwähnt. Aus diesem Artikel geht eine Belichtungsanordnung hervor, mit der auf einer gekrümmten Linsenoberfläche eine gitterartige Mikrostruktur herstellbar ist. Hierbei wird auf der konvex ausgebildeten Linsenoberfläche eine Photoresistschicht aufgebracht, die mit Hilfe eines geeignet auf die optischen Abbildungseigenschaften des Linsenkörpers abgestimmten holographischen Belichtungssystems, bestehend aus einer Vielzahl geeignet angeordneter optischer Abbildungselemente, durch den Linsenkörper hindurch rückseitig belichtet wird. Durch geeignete Wahl des Photoresists sowie entsprechender lithographischer Entwicklungsschritte bildet sich auf der konvex ausgebildeten Linsenoberseite eine als Gitterstruktur ausgeformte Mikrostruktur ab. Eine Replikation dieser Mikrostruktur ist jedoch aufgrund der radialwärts zur Linsenoberfläche ausgerichteten gitterartigen Mikrostruktur nur schwer, insbesondere eine Entformung entlang nur einer Entformungsrichtung nicht möglich.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flächensubstrat sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Flächensubstrates mit einer Substratoberfläche, die gegenüber der Substratoberfläche erhabene oder abgesenkte erste Strukturelemente aufweist, die gemeinsam eine so genannte Makrostruktur an der Substratoberfläche bilden, sowie mit einer die Makrostruktur überlagernden Mikrostruktur, die sich aus zweiten Strukturelementen zusammensetzt, deren Strukturgröße kleiner als die der ersten Strukturelemente ist, derart weiterzubilden, dass unter Vermeidung der zum Stand der Technik beschriebenen Nachteile die Herstellung von nahezu beliebig ausgeformten, die Mikrostruktur definierenden Strukturelemente möglich ist, die längs einer beliebig ausgebildeten, durch die Makrostruktur vorgegebenen Oberflächentopographie anzuordnen ist, wobei zudem gewährleistet sein soll, dass eine vollständige Replizierbarkeit der aus Makro- und Mikrostruktur bestehenden Oberflächentopographie möglich wird. Hierbei gilt es insbesondere jegliche sowohl durch Makro- sowie auch Mikrostruktur bedingte Topographieabschattungen durch Hinterschneidungen zu vermeiden.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruches 12 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines entsprechend strukturierten Flächensubstrates. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie insbesondere der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.

So zeichnet sich erfindungsgemäß ein Flächensubstrat mit einer Substratoberfläche, die gegenüber der Substratoberfläche erhabene oder abgesenkte erste Strukturelemente aufweist, die gemeinsam eine so genannte Makrostruktur an der Substratoberfläche bilden, sowie mit einer die Makrostruktur überlagernden Mikrostruktur, die sich aus zweiten Strukturelementen zusammensetzt, deren Strukturgröße kleiner als die der ersten Strukturelemente ist, dadurch aus, dass die zweiten Strukturelemente jeweils über eine maximale räumliche Erstreckung längs einer die Substratoberfläche schneidenden Raumachse verfügen, wobei die den maximal räumlichen Erstreckungen eines jeden zweiten Strukturelementes zuordenbaren Raumachsen weitgehend parallel zueinander verlaufen.

Im Gegensatz zu den mit den bisher bekannten Lithographie-Belichtungsverfahren hergestellten, strukturierten Oberflächen weisen die zweiten Strukturelemente, durch die die Mikrostruktur gebildet wird, jeweils eine bevorzugte räumliche Erstreckung auf, die längs einer räumlich invarianten Raumrichtung ausgerichtet sind. Dies bedeutet, dass die einzelnen zweiten Strukturelemente keine von der lokalen Oberflächenneigung bzw. Flankenneigung der Makrostrukturoberfläche abhängige Raumorientierung aufweisen, sondern vielmehr relativ zu der vorzugsweise eben ausgebildeten Substratoberfläche einheitlich räumlich angeordnet sind. Mit anderen Worten existiert eine Raumrichtung z, so dass die Mikrostrukturen global als Graph einer injektiven Funktion z = f(x, y) bezüglich eines x,y,z-Koordinatensystems dargestellt werden können, wobei x und y die Substratoberfläche aufspannen. Die z-Achse bildet gegenüber der Flächennormalen der x,y-Ebene einen Winkel kleiner 90°, vorzugsweise einen Winkel kleiner 45°, idealerweise einen Winkel von etwa 0°. Diese z-Dimension sei die Richtung der maximalen Veränderung.

Eine alternative Formulierung, die den vorstehenden Zusammenhang gleichfalls zu beschreiben vermag, hebt auf die durch die Mikrostruktur an der Makrostruktur hervorgerufene Formänderung derart ab, dass die die Mikrostruktur bildenden zweiten Strukturelemente jeweils als lokale Veränderungen an der durch die Makrostruktur vorgegebenen Oberfläche aufzufassen sind, die jeweils eine Richtung einer größten Veränderung aufweisen, wobei jeweils die Richtung der größten Veränderung bei allen zweiten Strukturelementen eine zumindest weitgehend einheitliche Raumrichtung aufweisen.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines mit einer Makro- und Mikrostruktur versehenen Flächensubstrates sieht als Mikrostruktur zweite Strukturelemente in Form eines in ein oder zwei Raumrichtungen modulierten Gitters vor, wobei die jeweils zweiten Strukturelemente aus parallel zueinander verlaufenden, stegartig ausgebildeten Flankenelementen bestehen, deren Flanken vorzugsweise einen Winkel α von 90° mit der als eben angenommenen Substratoberfläche einschließen. Da die zweiten Strukturelemente an der Oberfläche der die Makrostruktur bildenden ersten Strukturelemente angeordnet sind, die wiederum grundsätzlich beliebig gegenüber der Substratoberfläche geneigt sein können, schließen die zweiten Strukturelemente der Mikrostruktur mit der Oberfläche der ersten Strukturelemente der Makrostruktur lokal unterschiedliche Winkel ein.

Um zu gewährleisten, dass eine formgetreue Replikation der erfindungsgemäß ausgebildeten, eine Makro- und Mikrostruktur aufweisende Oberflächentopographie des Flächensubstrates möglich wird, ist dafür Sorge zu tragen, dass jedwede Hinterschneidungen, zumindest in Bezug zur Raumrichtung, längs der ein zur Replikation erforderlicher Trennvorgang zwischen der ursprünglich strukturierten Flächensubstratoberfläche und der Negativform der strukturierten Substratoberfläche erfolgt, vermieden werden. Als besonders vorteilhaft erweist sich eine Ausbildung und Anordnung der jeweils zweiten Strukturelemente derart, dass die invariante Raumrichtung, längs der die zweiten Strukturelemente ausgerichtet sind, relativ zur Substratoberfläche einen Winkel zwischen 45° und 90°, vorzugsweise einen Winkel zwischen 80° und 90°, besonders vorzugsweise einen Winkel von 90° einschließen. Erfolgt die zur Replikation der strukturierten Substratoberfläche erforderliche Separierung normal zur Substratoberfläche, was der häufigste Fall ist, so sollten die Längsachsen der zweiten Strukturelemente jeweils möglichst senkrecht zur Substratoberfläche ausgerichtet sein.

Je nach Anwendung kann ein hohes Aspektverhältnis gefordert und vorteilhaft sein, was auf vorstrukturierten Oberflächen bisher nur sehr schwer zu realisieren war. Insbesondere zu Zwecken einer leichteren Replizierbarkeit der erfindungsgemäß ausgebildeten aus Makro- und Mikrostruktur bestehenden Oberflächentopographie eines Flächensubstrates, erweist es sich als vorteilhaft, die zweiten Strukturelemente mit einem Aspektverhältnis A auszubilden, d.h. einem Verhältnis aus Strukturtiefe zur Periode der Strukturen, mit 0,5 ≤ A ≤ 10, vorzugsweise 0,5 ≤ A ≤ 2. Zur Definition des Begriffes „Aspektverhältnis A" sei hingewiesen, dass die Strukturtiefe der Mikrostruktur entlang der Flächennormalen zur Substratoberfläche und deren Strukturperiode in Richtung der Substratoberfläche bemessen werden.

Weitere Einzelheiten bezüglich bevorzugter Ausbildungsvarianten des erfindungsgemäßen Flächensubstrates kann der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf die illustrierten Ausführungsbeispiele entnommen werden.

Besondere Bedeutung kommt dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Flächensubstrates mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 12 zu, das sich insbesondere durch die Kombination folgender Verfahrensschritte auszeichnet.

In einem ersten Schritt wird ein optisch transparentes Flächensubstrat mit einer bereits auf der Substratoberfläche vorhandenen Makrostruktur bereitgestellt. Die Makrostruktur kann in an sich bekannter Weise im Wege mechanischer, chemischer, elektrischer, elektrochemischer sowie auch lithographischer Herstellverfahren und einer sich eventuell anschließenden Replikation erzeugt werden. Ebenso ist der Einsatz von chemischen oder physikalischen Beschichtungs- oder Ätzverfahren zur Herstellung derartiger Makrostrukturen denkbar. Nicht notwendigerweise ist es erforderlich, die Makrostruktur als dreidimensional über die vorzugsweise eben ausgebildete Substratoberfläche erhabene erste Strukturelemente auszubilden. Ebenso ist es denkbar, die ersten Strukturelemente der Makrostruktur als Vertiefungen oder Ausnehmungen ausgehend in der Substratoberfläche des Flächensubstrates auszubilden.

Gleichwie in welcher Form die Makrostruktur auf der Substratoberfläche aufgebracht und ausgebildet ist, wird diese mit einer negativ arbeitenden lichtempfindlichen Materialschicht, vorzugsweise ganzflächig, überzogen, wobei sich als Materialschicht vorzugsweise ein Negativresist oder ein Image-Reversal-Resist eignet. Derartige negativ arbeitenden, lichtempfindlichen Materialien besitzen die Eigenschaft, dass sie in Bereichen, in denen sie belichtet werden, einem so genannten Vernetzungsprozess unterliegen, wohingegen die unbelichteten Bereiche schwächer oder nicht vernetzt bleiben und im Rahmen einer nachfolgenden, chemischen Entwicklung weggelöst werden. Insofern verbleiben nach der Entwicklung lediglich die belichteten Materialbereiche bestehen.

Die Art der Belackung der die Makrostruktur aufweisenden Substratoberfläche hat durchaus einen entscheidenden Einfluss auf die sich ausbildende Dicke und Homogenität der lichtempfindlichen Materialschicht. Technisch nur sehr schwer bzw. nahezu kaum zu realisieren wäre daher eine Materialschicht auf der Makrostruktur, die idealerweise eine konforme Abbildung der vorstrukturierten Substratoberfläche darstellen würde. Tatsächlich treten jedoch insbesondere in Strukturtälern Bereiche mit erhöhten Materialansammlungen der lichtempfindlichen Materialschicht auf, wohingegen sich an oberen Strukturflanken eine nur verdünnte Materialabscheidung im Rahmen der Belackung einstellt.

Erfindungsgemäß wird jedoch in einem weiteren Verfahrensschritt die negativ arbeitende, lichtempfindliche Materialschicht rückwärtig durch das Flächensubstrat hindurch belichtet, so dass die nahezu unvermeidbare Inhomogenität der auf der Makrostruktur abgeschiedenen Materialschicht keinerlei störende Auswirkungen auf das weitere Entwicklungsergebnis haben wird. Die negativ arbeitende lichtempfindliche Materialschicht wird mittels eines durch Überlagerung wenigstens zweier kohärenter Wellenfelder erzeugbaren Interferenzmusters durch die der mit der Makrostruktur versehenen Substratoberfläche gegenüberliegenden Substratrückseite derart belichtet, dass das Interferenzmuster räumlich verteilte Bereiche lokaler Lichtintensitätsüberhöhungen aufweist, die jeweils über eine Längserstreckung längs einer räumlich nahezu invarianten Raumrichtung verfügen, die mit der Substratoberfläche einen weitgehend konstanten Winkel α mit α≠0° einschließt.

Durch die „rückwärtige" Belichtung der negativ arbeitenden lichtempfindlichen Materialschicht durch das optisch transparente Flächensubstrat hindurch, werden zumindest die an der Grenzfläche zwischen dem Flächensubstrat und der Materialschicht angrenzenden Bereiche der Materialschicht mit Hilfe eines durch das Interferenzmuster vorgegebenen Belichtungsmusters belichtet. Unbelichtete Bereiche werden aufgrund der Materialwahl der lichtempfindlichen Materialschicht im Wege eines nachfolgenden Entwicklungsvorganges abgetragen. Auf diese Weise werden die ursprünglich sehr ungleichmäßigen Schichtdicken der aufgebrachten lichtempfindlichen Materialschicht ausgeglichen und die gewünschte Mikrostruktur entsteht an allen Stellen des mit der Makrostruktur vorstrukturierten Flächensubstrates im Bereich der Grenzfläche Flächensubstrat/Materialschicht.

Bei geeigneter Ausbildung des Belichtungs-Interferenzmusters ist es alternativ ebenso möglich die zweiten Strukturelemente der Mikrostruktur nicht, wie vorstehend beschrieben, unmittelbar an der Grenzfläche zwischen dem Flächensubstrat und der Materialschicht angrenzen zu lassen, sondern vielmehr durch eine Materialschichtlage von dem Flächensubstrat beabstandet anzuordnen. Dies kann bspw. dadurch realisiert werden, indem im Wege der Rückwärtsbelichtung eine an dem transparenten Flächensubstrat unmittelbar angrenzende Materialschichtlage mit vorzugsweise konstanter Schichtlagendicke, die kleiner ist als die Gesamtschichtdicke der Materialschicht, vollständig belichtet wird, wobei die Ausbildung der zweiten Strukturelemente, durch die letztlich die Mikrostruktur zusammengesetzt wird, an der sich ausbildenden Oberseite der belichteten Materialschichtlage erfolgt.

Zwar vermeidet die Technik des rückwärtigen Belichtens einer negativ arbeitenden lichtempfindlichen Materialschicht durch das optisch transparente Flächensubstrat hindurch die mit den bekannten Auflichtverfahren verbundenen Nachteile, doch bedarf die Ausbildung des holographischen Interferenzfeldes besondere Beachtung für die Realisierung einer replikationsfähigen Mikrostruktur der durch die Makrostruktur vorstrukturierten Substratoberfläche. So gilt es mit Hilfe wenigstens zweier Teilstrahlen ein Interferenzfeld zu generieren, das sich durch räumlich periodisch oder stochastisch verteilt angeordnete Bereiche lokaler Intensitätsüberhöhungen auszeichnet, denen jeweils einzelne lokal begrenzte Raumvolumen zuordenbar sind, die über eine bevorzugte Längserstreckung verfügen, die bezüglich aller vorstehend bezeichneter Raumvolumina räumlich jeweils nahezu gleich orientiert, d.h. räumlich nahezu invariant, sind.

Eben jene räumlich verteilten Bereiche lokaler Lichtintensitätsüberhöhungen sind nun in die zu belichtende Materialschicht derart abzubilden, dass vorrangig grenzflächennahe Bereiche bzw. unmittelbar an die Grenzfläche Substratoberfläche und lichtempfindliche Materialschicht angrenzende Bereiche der lichtempfindlichen Materialschicht belichtet und Grenzflächen-ferne Bereiche möglichst wenig belichtet werden. Die Belichtungsintensität bzw. -dosis, die Belichtungswellenlänge sowie das Absorptionsverhalten und die Schichtdicke der lichtempfindlichen Materialschicht sind derart aufeinander abzustimmen, dass die Materialschicht nicht vollständig durchbelichtet wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Ausbildung der die Mikrostruktur charakterisierenden zweiten Strukturelemente über jeweils eine einheitliche Strukturhöhe oder zumindest über eine durch das holographische Belichtungsmuster festgelegte Strukturhöhe verfügen. Darüber hinaus gilt es die Mikrostrukturen nahe der Oberfläche der Makrostrukturen auszubilden und trotz inhomogener Verteilung der lichtempfindlichen Materialschicht eine konforme Abbildung der vorstrukturierten Oberfläche zu gewährleisten.

Selbstverständlich ist es möglich, den rückwärtigen Belichtungsvorgang in mehreren einzelnen Belichtungsschritten durchzuführen, beispielsweise in einem ersten Belichtungsschritt, bei dem das Interferenzfeld relativ zur zu belichtenden Materialschicht eine erste Raumlage einnimmt, wobei nach dem ersten Belichtungsschritt entweder das optische Interferenzfeld oder das mit der zu belichtenden Materialschicht versehene Flächensubstrat um einen Raumwinkel γ gedreht oder verkippt wird, um anschließend in einem zweiten Belichtungsschritt eine weitere Belichtung mit dem Interferenzfeld vorzunehmen. Natürlich sind auch weitere Belichtungsschritte durchführbar. Beispielsweise bei der Durchführung eines zweistufigen Belichtungsverfahren, bei dem das Flächensubstrat vor der zweiten Belichtungsstufe um 90° gegenüber der ersten Raumlage gedreht worden ist, ist es möglich, längs zur Oberfläche der Makrostruktur eine in zwei Richtungen modulierte gitterartige Anordnung lokal über die Makrostrukturoberfläche erhabene zweite Strukturelemente auszubilden.

Ebenso sind weitere Variationen des Verfahrens dahingehend denkbar, dass nach einem erfolgten Belichtungsvorgang mit entsprechender Entwicklung und Entfernung von schwach oder nicht belichteten Materialschichtbereichen ein weiterer, rückwärtiger Belichtungsvorgang durchgeführt wird mit nachfolgendem Entwickeln und Entfernen. Auch kann nach einem bereits erfolgten Entwickeln und Entfernen der nicht oder schwach belichteten negativ arbeitenden lichtempfindlichen Materialschicht abermals eine entsprechende Materialschicht auf die vorstrukturierte Substratoberfläche abgeschieden werden, die erneut belichtet, entwickelt und entsprechend nachbehandelt wird. Beliebige Kombinationen aus den vorstehenden Varianten sind je nach erwünschten Oberflächentopographien denkbar.

Zwar ist es möglich, das in der vorstehend beschriebenen Weise strukturierte Flächensubstrat selbst für bestimmte technische Einsatzzwecke direkt zu verwenden, doch kommen die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbundenen Vorteile insbesondere in einem nachfolgenden Replikationsvorgang zum Tragen, durch den die gewonnene, mit der Makro- und Mikrostruktur versehene Oberflächentopologie auf weitere Flächensubstrate oder geeignet ausgebildete Trägerschichten, die selbst nicht notwendigerweise optisch transparent ausgebildet sein müssen, übertragen wird. Durch die gezielte Vermeidung von Hinterschneidungen betreffend die Form und Anordnung der die Mikrostruktur charakterisierenden zweiten Strukturelemente können diese konturgetreu im Wege an sich bekannter Replikationsverfahren, wie beispielsweise Abformen mittels Prägen oder Abformen mittels Erstellen einer Galvanoform, beispielsweise eines so genannten Nickelshims, hergestellt werden. Ebenso ist eine Strukturübertragung durch Ätzprozesse möglich.

Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
1 schematisierte Belichtungsanordnung zur Erzeugung eines holographischen Interferenzfeldes,
2 Darstellung des Belichtungsstrahlenganges bei rückwärtiger Belichtung, im Wege der Immersion,
3a, b Diagrammdarstellungen bezüglich der Belichtungsintensität und des Belichtungskontrasts bei konventioneller vorderseitiger (a) sowie rückseitiger (b) Belichtung,
4 Darstellung der Beleuchtungssituation zweier Teilstrahlen auf eine prismatisch ausgebildete Makrostruktur bei Vorwärtsbelichtung,
5 Belichtungssituation bei Fresnel-artig ausgebildeten Makrostrukturen,
6 Rasterelektronenmikroskopaufnahme einer Makrostruktur mit einer überzogenen Schicht eines lichtempfindlichen Photoresists, sowie
7 Rasterelektronenmikroskopaufnahme einer erfindungsgemäß ausgebildeten Mikrostruktur aufgebracht auf einer Makrostrukturoberfläche.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
In 1 ist ein Belichtungssystem zur Rückseitenbelichtung mit Hilfe eines holographisch ausgebildeten Interterenzfeldes dargestellt. Aus einem Argon-Ionen-Laser 1 tritt ein Laserstrahl aus, der auf einen Strahlteiler 2 auftrifft, durch den zwei Teilstrahlen T1 und T2 erzeugt werden, die jeweils über Umlenkspiegel 3 auf so genannte Bestformlinsen 4 umgelenkt werden, durch die die Teilstrahlen T1 und T2 räumlich aufgeweitet werden. Im Brennpunkt der Bestformlinsen 4 sind jeweils Raumfilter 5 in Form so genannter Pinholes angeordnet, durch die die Teilstrahlen T1 und T2 raumgefiltert in der Probenebene unter Ausbildung eines Interferenzmusters überlagern. Die Periode der sich ausbildenden Interferenzmaxima in Form eines rechenartig, zweidimensional ausgebildeten Interferenzmusters, gemäß Bilddarstellung in 1, lässt sich über den Einfallswinkel der Teilstrahlen T1 und T2 in Bezug auf die Substratoberfläche einstellen.
Hinsichtlich der in 1 stark schematisiert dargestellten Beleuchtungssituation sei angenommen, dass das Flächensubstrat 6 eine negativ arbeitende, lichtempfindliche Materialschicht 7 aufweist, die auf der Vorderseite des Flächensubstrats 6 angeordnet ist, das selbst aus optisch transparentem Material gefertigt ist und rückseitig von dem Interferenzmuster durchstrahlt wird. Die rückwärtige Belichtung der vorzugsweise als negative Photoresistschicht 7 ausgebildeten lichtempfindlichen Materialschicht erfolgt im Wege der so genannten Immersion. Hierbei ist gemäß Bilddarstellung in 2 das optisch transparente Flächensubstrat 6, das über einen Brechungsindex n_Substrat verfügt einseitig mit der Photoresistschicht 7 beschichtet, die ihrerseits einen Brechungsindex n_Resist aufweist, wobei der Brechungsindexunterschied zwischen n_Substrat und n_Resist sehr gering ist, vorzugsweise kleiner 0,3. Die in 2 dargestellten Pfeile sollen das Brechungsverhalten der Teilstrahlen T1 und T2 an den jeweiligen Grenzflächen darstellen, wobei die Belichtungswinkel θ₀, θ₁, θ₂ jeweils durch die Brechung an den Grenzflächen abnehmen, wodurch die Teilstrahlen T1 und T2 steiler in den zu belichtenden Bereich des Photoresists 7 eindringen. Durch das auf der Immersion beruhende Brechungsverhalten der einzelnen Grenzschichten ist es möglich, dass aufgrund der steil in die Photoresistschicht 7 eindringenden Belichtungsteilstrahlen sehr viel steiler geneigte Flanken bzw. geneigte Oberflächen der Makrostruktur mit sehr viel kleineren Strukturperioden hinsichtlich der Ausbildung der Mikrostruktur belichtet werden können, als im Falle konventioneller Vorwärtsbelichtungstechniken.
So eignet sich die Rückwärtsbelichtung insbesondere in Hinblick auf eine kontrasterhöhte Belichtung besser als konventionelle Vorwärtsbelichtungsverfahren, insbesondere in Fällen, in denen die einzelnen Flanken der Makrostruktur große Flankenwinkel β mit der Substratoberfläche einschließen. Nicht notwendigerweise ist die Ausbildung der Makrostrukturen auf Strukturelemente beschränkt, die durch eben ausgebildete Strukturflanken einbeschreibbar sind. Der Begriff „Strukturflanke" soll auch jene Oberflächenbereiche mit umfassen, durch deren Zusammensetzung die Ausbildung nahezu beliebig gekrümmt ausgebildeter Strukturelemente möglich wird. Im Falle einer gekrümmten Oberfläche kann die Strukturflanke bspw. als eine Tangentialebene aufgefasst werden, die zumindest einen Punkt der Strukturelementoberfläche enthält.
3a zeigt hierzu ein Diagramm, das die Intensitätsverteilung des Belichtungslichtes im Falle einer Vorwärtsbelichtung einer auf eine Makrostruktur aufgebrachten lichtempfindlichen Schicht in Abhängigkeit des Flankenwinkels darstellt. So zeigt sich, dass bei Flankenwinkeln β bis maximal 20° mit einer Belichtungsintensität von etwa 80% der maximalen Belichtungsintensität belichtet werden kann. Nehmen die Neigungen der Flanken zu, so ist es mit konventioneller Vorwärtsbelichtung nicht möglich, längs steil verlaufender Strukturflanken ausreichende Intensitäts- und Kontrastverhältnisse innerhalb der zu belichtenden Materialschicht zu schaffen, die letztlich zu einer scharf ausgebildeten Mikrostruktur führen können. Demgegenüber kann der Diagrammdarstellung in 3b entnommen werden, die einer Rückwärtsbelichtung in Immersion entspricht, dass selbst bei Flankenwinkeln β größer 40° Interferenzkontraste von größer 80% erzielbar sind, durch die eine kontrastreiche Belichtung der an den Makrostrukturflanken angrenzenden Photoresistschicht möglich ist.
Der Grund hierfür wird deutlich, wenn man sich die Belichtungssituation an einer Flanke einer Makrostruktur vor Augen führt, die gegenüber der Substratoberfläche um den Winkel β geneigt ist. Betrachtet man beispielsweise die herkömmliche Vorwärtsbelichtungstechnik eines vorstrukturierten Substrates, dessen Substratoberfläche bspw. mit prismatisch ausgebildeten Strukturelementen versehen ist, wie es beispielsweise in 4 anhand eines derartigen Strukturelementes dargestellt ist, so zeigt sich bei einem symmetrischen Belichtungsaufbau bezüglich der Normalen N zur Substratoberfläche 8 eine lokale Asymmetrie der einfallenden Strahlen T1 und T2 bezüglich der Oberfläche auf der Makrostruktur, d.h. die Teilstrahlen T1 und T2 treffen in unterschiedlichen Winkeln auf die Makrostrukturoberfläche auf (siehe ⊝+β ungleich ⊝–β). Der Anteil der an der Grenzfläche Luft/Photoresist reflektierten Intensität ist damit unterschiedlich groß, wodurch zum einen eine Verminderung des Belichtungskontrastes auftritt, zum anderen insgesamt eine geringere mittlere Intensität in die Licht empfindliche Schicht eingekoppelt werden kann. Die geringere Intensität ließe sich zwar durch eine entsprechend längere Belichtung ausgleichen, allerdings weisen oftmals die Makrostrukturen auf der Substratoberfläche sehr unterschiedliche Oberflächenneigungen auf, wodurch auch die Belichtungsdosis lokal in hohem Maße variiert. All diese Nachteile können, wie vorstehend beschrieben, im Rahmen der rückwärtigen Belichtung im Wege der Immersion vermieden werden.
Eine weitere Besonderheit des vorstehend beschriebenen Verfahrens ist, dass durch die rückwärtige Belichtung in Immersion die Funktionalität der Makrostruktur einen sehr geringen Einfluss auf das Belichtungsergebnis ausübt.
Im Folgenden sei ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem es gilt, eine prismatische Makrostruktur in Form einer Frenellinsenanordnung zusätzlich mit einem periodischen Subwellenlängengitter mit einer Strukturperiode von 302 nm zu entspiegeln. Eine derartige Makrostrukturanordnung ist in 5 schematisiert dargestellt. Die die Makrostruktur bestimmenden Strukturelemente weisen eine konstante Stufenhöhe der Störflanken S von 9 μm auf, die Flankenwinkel β der Wirkflanken W variieren, typischerweise zwischen 0 und 29°. Die Rillenbreite der Linse variiert zwischen 16 μm und einigen 100 μm. Die Fresnellinse wird in einem Abformungsprozess in einen Kunststoff übertragen, welcher als Trägermaterial für die holographische Belichtung dient und sich als möglichst kompatibel gegenüber der gesamten Prozessführung erweist, d.h. auftretende optische Streuungen können vernachlässigt werden. Die optische Transmission des Trägermaterials beträgt größer 90%. Wünschenswert ist ein geringer Brechungsindexunterschied zwischen dem Flächensubstrat und dem negativen Photoresist, wobei ein hoher Brechungsindex des Flächensubstrates zu einem steileren Verlauf der Teilstrahlen führt und somit die dargelegten Probleme bei der Belichtung weiter vermindert.
Durch die Rückwärtsbelichtung wird die höchste Dosis nahe an der Grenzfläche zwischen dem Flächensubstrat, bzw. der Oberfläche der die Makrostruktur bildenden Strukturelemente und dem Photoresist abgelagert. Vorteilhaft ist es, den als Negativresist ausgebildeten Photoresist nicht bis zur Resistoberfläche durchzubelichten. Damit lassen sich die Auswirkungen einer ungleichmäßigen Schichtdicke des Photoresists auf das Belichtungsergebnis weitgehend unterdrücken. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen Photoresiste einzusetzen, bei denen der aufgrund der exponentiellen Abnahme der Lichtintensität im Photoresist auftretende Dosisgradient in der Schicht durch ihre physikalischen Eigenschaften hoch ist. Dies ist z.B. möglich durch einen Photoresist mit hoher Absorption bzw. hohem Extinktionskoeffizienten k > 5 × 10^-3, vorzugsweise k > 25 × 10^-3. Auch ist der Einsatz von Photoresistmaterialien vorteilhaft, bei dem das belichtete Photoresistmaterial über eine höhere Absorption verfügt als unbelichtetes Material, wobei sich die Absorptionsunterschiede durch einen Faktor 2, vorzugsweise Faktor 5 bis 20, unterscheiden sollen. Auf diese Weise kann nämlich gewährleistet werden, dass bei der rückwärtigen Belichtung eine gute Vernetzung des Photoresists nur in jenen Bereichen an der Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem Photoresist erfolgt.
Nach der entsprechenden Belackung des Photoresists ist dieser zu trocknen. Der Trocknungsvorgang kann beispielsweise unter Verwendung einer so genannten „Hot Plate" oder aber bei dicken bzw. ungleichmäßigen Materialschichten im Ofen oder durch Infrarotstrahlung vorteilhaft beeinflusst werden.
Gemäß Bilddarstellung in 1 wird das so vorbereitete Flächensubstrat im Rahmen einer Zweistrahl-Interferenz belichtet, wobei für die Ausbildung einer Strukturperiode von 302 nm die beiden einfallenden Teilstrahlen T1 und T2 unter einem Einfallswinkel zur Normalen der Substratoberfläche von 37° orientiert sind. Bedingt durch den Effekt der Immersion verringert sich der Winkel im Substrat auf 23,3°. Bei einer Periode des Interferenzmusters von 200 nm liegt hierbei der Einfallswinkel an Luft bei 65,4°, im Flächensubstrat hingegen bei 36,7°.
Abhängig von der Auswahl des Photoresists und der Prozessparameter können Oberflächenreliefgitter mit großen Strukturtiefen bzw. Aspektverhältnissen A zwischen 1 und 10 oder auch mehr entstehen. Je nach Anwendung kann es jedoch auch vorteilhaft sein, die auftretenden Strukturtiefen durch eine gezielte Variation der Prozessparameter zu verringern.
Im Gegensatz zur Belichtung startet der Entwicklungsprozess an der Photoresistoberfläche. Je nach Wahl der Prozessparameter wird der überschüssige, weit von der Grenzfläche Substrat-Photoresist entfernt und damit schwach bzw. nicht vernetzte Photoresist in der Entwicklung weggelöst, ohne dass sich eine nennenswerte Modulation hinsichtlich der Mikrostruktur ergibt. Idealerweise bildet sich diese erst im Bereich der Grenzfläche zwischen Flächensubstrat und Photoresist heraus, an der letztlich auch der Entwicklungsvorgang zum Erliegen kommt bzw. hinreichend weit verlangsamt wird. Auf diese Weise kann eine konforme Abbildung der ursprünglich vorstrukturierten Oberfläche erzeugt werden, die darüber hinaus die entsprechende Mikrostruktur und die damit verbundene gewünschte Funktionalität aufweist.
Abschließend sei auf 6 verwiesen, die eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme zeigt, mit einer, eine Makrostruktur in Form einer prismatischen Fresnelstruktur aufweisenden Substratoberfläche 6 und einer die Makrostruktur überziehenden Schicht aus negativem Photoresist 7.
7 zeigt schließlich eine erfindungsgemäß ausgebildete Mikrostruktur innerhalb eines entwickelten Photoresists 7, die längs einer schrägen Flanke der Makrostruktur 6 angeordnet ist. Besonders deutlich zeigt sich, dass die einzelnen Strukturelemente der Mikrostruktur, die im Beispiel der 7 in Form einzelner Kegelspitze ausgebildet sind, längs einer gemeinsamen Raumrichtung R, unabhängig von der Topologie der schrägen Flanke der Makrostruktur ausgerichtet sind.

1: Laser
2: Strahlteiler
3: Umlenkspiegel
4: Bestformlinse
5: Raumfilter
6: Flächensubstrat
7: Photoresistschicht
8: Substratoberfläche

Claims

Flächensubstrat mit einer Substratoberfläche, die gegenüber der Substratoberfläche erhabene oder abgesenkte erste Strukturelemente aufweist, die gemeinsam eine so genannte Makrostruktur an der Substratoberfläche bilden, sowie mit einer die Makrostruktur wenigstens in Teilbereichen überlagernden Mikrostruktur, die sich aus zweiten Strukturelementen zusammensetzt, deren Strukturgröße kleiner als die der ersten Strukturelemente ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Strukturelemente jeweils über eine maximale räumliche Erstreckung längs einer die Substratoberfläche schneidenden Raumachse verfügen, und dass die den maximal räumlichen Erstreckungen eines jeden zweiten Strukturelementes zuordenbaren Raumachsen parallel zueinander verlaufen.
Flächensubstrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den maximal räumlichen Erstreckungen eines jeden zweiten Strukturelementes zuordenbaren Raumachsen die Substratoberfläche unter einem nahezu einheitlichen Winkel α schneiden, für den gilt: 30° ≤ α ≤ 90°, vorzugsweise 60° ≤ α ≤ 90°, besonders vorzugsweise 80° ≤ α ≤ 90°.
Flächensubstrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Makro- und Mikrostruktur keine Hinterschnitte aufweisen.
Flächensubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Strukturelemente der Mikrostruktur ein Aspektverhältnis A, d.h. Verhältnis aus Strukturtiefe und Periode der Strukturen, aufweisen, für das gilt: 0,5 ≤ A ≤ 10, vorzugsweise 0,5 ≤ A ≤ 2.
Flächensubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächensubstrat aus einem optisch transparentem Material besteht, in dessen Substratoberfläche einstückig die ersten Strukturelemente der Makrostruktur eingearbeitet sind oder an dessen Substratoberfläche die ersten Strukturelemente der Makrostruktur ein- oder aufgebracht sind.
Flächensubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Makrostruktur als technisch wirksame Struktur ausgebildet ist, die auf die ersten Strukturelemente auftreffende Lichtstrahlen im Wege der optischen Brechung, Beugung, Streuung oder Reflexion beeinflussen und/oder das Benetzungs- oder Strömungsverhalten von mit der Makrostruktur in Kontakt tretenden gasförmigen oder fluidischen Medien beeinflusst.
Flächensubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Oberfläche der Makrostruktur aufmodulierte Mikrostruktur bezüglich der auftreffenden Lichtstrahlen antireflektierende Eigenschaften besitzt, als optisches Beugungsgitter ausgebildet ist, und/oder das Benetzungs- oder Strömungsverhalten von mit der Mikrostruktur in Kontakt tretenden gasförmigen oder fluidischen Medien beeinflusst.
Flächensubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Makrostruktur aus prismatischen oder mit einer gekrümmten Oberfläche versehenen ersten Strukturelementen zusammengesetzt ist, vorzugsweise als Fresnelstruktur oder in Form eines Mikrolinsenarrays ist.
Flächensubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostruktur als eine zwei-dimensionale, periodische Gitteranordnung ausgebildet ist.
Flächensubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostruktur Strukturgrößen im Bereich zwischen 150 nm bis 400 nm aufweist.
Flächensubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Strukturelemente der Makrostruktur wenigstens eine Strukturflanke aufweisen, die gegenüber der Substratoberfläche um einen Flankenwinkel β geneigt ist, mit 10° ≤ β ≤ 80°, vorzugsweise 20° ≤ β ≤ 55°, und dass längs der Strukturflanke die zweiten Strukturelemente der Mikrostruktur angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Flächensubstrats mit einer Substratoberfläche, die gegenüber der Substratoberfläche erhabene und/oder abgesenkte erste Strukturelemente aufweist, die gemeinsam eine so genannte Makrostruktur an der Substratoberfläche bilden, sowie mit einer die Makrostruktur wenigstens in Teilbereichen überlagernden Mikrostruktur, die sich aus zweiten Strukturelementen zusammensetzt, deren Strukturgröße kleiner als die der ersten Strukturelemente ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verfahrensschritte: – Bereitstellen eines optisch transparenten Flächensubstrats mit einer die Makrostruktur aufweisenden Substratoberfläche, – Aufbringen einer negativ arbeitenden lichtempfindlichen Materialschicht auf die Makrostruktur – Rückwärtiges Belichten der negativ arbeitenden lichtempfindlichen Materialschicht mittels eines durch Überlagerung wenigstens zweier kohärenter Wellenfelder erzeugbaren Interterenzmusters, durch eine der mit der Makrostruktur versehenen Substratoberfläche gegenüberliegenden Substratrückseite, derart, dass das Interterenzmuster räumlich verteilte Bereiche lokaler Lichtintensitätsüberhöhungen aufweist, die jeweils über eine Längserstreckung längs einer räumlich invarianten Raumrichtung verfügen, die mit der Substratoberfläche einen weitgehend konstanten Winkel α mit α ≠ 0° einschließt, – Entwickeln der negativ arbeitenden lichtempfindlichen Materialschicht und Entfernen von unbelichteten oder schwach belichteten Materialschichtbereichen zur Herausbildung der mit der Mikrostruktur überlagerten Makrostruktur.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das rückwärtige Belichten schrittweise erfolgt, in einem ersten Schritt, bei dem das Flächensubstrat in einer ersten Raumlage mit dem Interferenzfeld durchleuchtet wird, und in einem oder mehreren nachfolgenden rückwärtigen Belichtungsschritten, nachdem das Flächensubstrat um einen Raumwinkel γ gedreht und/oder verkippt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass γ gleich 90° oder 60° gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entwickeln und dem Entfernen eines Teils der negativ arbeitenden lichtempfindlichen Materialschicht wenigstens ein weiterer rückwärtiger Belichtungsschritt durchgeführt wird, mit einem nachfolgendem Entwickeln und Entfernen der nicht oder schwach belichteten negativ arbeitenden lichtempfindlichen Materialschicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entwickeln und dem Entfernen der nicht oder schwach belichteten negativ arbeitenden lichtempfindlichen Materialschicht wiederholt eine negativ arbeitende lichtempfindliche Materialschicht auf die bereits entwickelte mit der Mikrostruktur überlagerte Makrostruktur aufgebracht wird, und dass wenigstens ein weiterer rückwärtiger Belichtungsschritt durchgeführt wird, mit nachfolgendem Entwickeln und Entfernen der nicht oder schwach belichteten negativ arbeitenden lichtempfindlichen Materialschicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als negativ arbeitende lichtempfindliche Materialschicht ein Negativ-Photoresist oder ein Image-Reversal-Resist eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das die Makro- und Mikrostruktur aufweisende Flächensubstrat als Grundform dient zur Herstellung weiterer Flächensubstrate im Wege eines Prägevertahrens derart, dass die die Makro- und Mikrostruktur aufweisende Substratoberfläche auf eine Prägematrix abgeformt wird, mittels der Replikate geformt werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägematrix durch Galvanoformung, vorzugsweise unter Ausbildung eines Nickelshims, hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die negativ arbeitende lichtempfindliche Materialschicht flächendeckend auf die Substratoberfläche aufgebracht wird, mittels Aufstreichen, Aufsprühen, Gießen, Tauchbelacken oder Spincoating.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahl der negativ arbeitenden lichtempfindlichen Materialschicht hinsichtlich Schichtdicke und Absorptionsgrad sowie die Intensität des Interferenzfeldes derart vorgenommen wird, dass die negativ arbeitende lichtempfindliche Materialschicht nicht vollständig längs ihrer Schichtdicke durch belichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das rückwärtige Belichten der negativ arbeitenden lichtempfindlichen Materialschicht im Wege einer Immersion erfolgt, d.h. es besteht ein kleiner Brechungsindexunterschied zwischen dem Flächensubstrat und dem negativ arbeitenden lichtempfindlichen Materialschicht, der kleiner 0,3 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch transparente Flächensubstrat aus Polymer- oder Glasmaterial besteht, das über eine optische Transmission von wenigstens 90% für jene Wellenlänge verfügt, mit der die rückwärtige Belichtung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die negativ arbeitende lichtempfindliche Materialschicht über einen optischen Extinktionskoeffizienten k ≥5 × 10E-3 und/oder über ein dynamisches Absorptionsverhalten verfügt, durch das sich die Absorption der Materialschicht bei Belichtung, vorzugsweise um den Faktor 2, 5 oder besonders vorzugsweise um den Faktor 20 gegenüber unbelichteten Bereichen erhöht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen eines optisch transparenten Flächensubstrats mit einer die Makrostruktur aufweisenden Substratoberfläche, derart erfolgt, dass die ersten Strukturelemente der Makrostruktur wenigstens eine Strukturflanke aufweisen, die mit der Substratoberfläche einen Winkel β einschließt mit 10° ≤ β ≤ 80°, vorzugsweise 20° ≤ β ≤ 55°, und längs der zur Ausbildung der Mikrostruktur an der Grenzfläche Substratoberfläche und negativ arbeitende lichtempfindliche Materialschicht in diese die Raumformen der zweiten Strukturelemente abgebildet werden.