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Dokumentenidentifikation DE10001664A1 27.07.2000
Titel Verfahren zum Herstellen einer Texturierung mit einem grossen Oberflächenbereich eines Substrats, mit diesem Verfahren hergestellte Substrate und Masken für eine Verwendung bei diesem Verfahren
Anmelder Agilent Technologies, Inc. (n.d.Ges.d.Staates Delaware), Palo Alto, Calif., US
Erfinder Brennen, Reid A., San Francisco, Calif., US;
Swedberg, Sally A., Palo Alto, Calif., US
Vertreter Schoppe, Zimmermann & Stöckeler, 81479 München
DE-Anmeldedatum 17.01.2000
DE-Aktenzeichen 10001664
Offenlegungstag 27.07.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.07.2000
IPC-Hauptklasse G01N 1/36
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich eines Substrats werden Verfahren verwendet, bei denen ein Material von einem Substrat von der Oberfläche des Substrats weggenommen oder zu der Oberfläche des Substrats hinzugefügt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Verfahren ein lithographisches Wegnahmeverfahren, das das Belichten eines laserablatierbaren Substrats, wie z. B. eines Polymer- oder Keramiksubstrats, mit Laserlicht umfaßt. Eine Maske kann verwendet werden, um das Lichtmuster zu definieren, das auf das Substrat einfällt. Ferner werden texturierte Substrate mit einem großen Oberflächenbereich, insbesondere miniaturisierte planare Analysevorrichtungen mit texturierten Merkmalen mit einem großen Oberflächenbereich, die durch die hierin offenbarten Verfahren hergestellt werden, geschaffen. Ferner wird ein Verfahren geschaffen, durch das das texturierte Substrat mit einem großen Oberflächenbereich oder die miniaturisierte planare Analysevorrichtung als Original verwendet wird, aus dem Vervielfältigungskopien desselben hergestellt werden können.

Beschreibung[de]

Diese Anmeldung bezieht sich auf eine vorläufige Patentanmeldung Serien-Nr. 60/098,350, die am 28. August 1998 eingereicht wurde, deren Priorität gemäß 35 USC §119(e)(1) beansprucht wurde, und die hierin durch Bezugnahme vollständig aufgenommen ist.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren zum Herstellen von Analysevorrichtungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats, das eine Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich ("high-surface area texturing") aufweist, und auf Substrate, die durch dieses Verfahren hergestellt werden. Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung allgemein auf miniaturisierte planare Analysevorrichtungen für eine Flüssigphasenanalyse, und im besonderen auf die Herstellung von mit einem großen Oberflächenbereich texturierten Mikrostrukturen in Substraten.

In der Technik haben sich mehrere Lösungsansätze zum Zweck einer Miniaturisierung für eine Flüssigphasenanalyse entwickelt; herkömmliche Lösungsansätze verwenden dagegen gezogene Quarzglaskapillarsäulen.

Bei der herkömmlichen miniaturisierten Technologie ist nicht die Größe des Geräteaufbaus reduziert worden; vielmehr ist die Trennungsfachgröße deutlich reduziert worden. Als Beispiel ist eine Mikrosäulenflüssigchromatographie (µLC) beschrieben worden, bei der Säulen mit Durchmessern von 100-200 µm verwendet werden. Ein weiterer Lösungsansatz zum Zweck einer Miniaturisierung war die Verwendung einer Kapillarelektrophorese (CE), die eine Trennungstechnik erforderlich macht, die in Kapillaren mit einem Durchmesser von 25-100 µm ausgeführt wird. Beide oben beschriebenen "herkömmlichen" Miniaturisierungstechnologien (µLC und CE) stellen einen ersten bedeutenden Schritt in Richtung einer Verringerung der Größe des chemischen Abschnitts eines Flüssigphasenanalysesystems dar.

Ein Hauptnachteil bei dem gegenwärtigen Ansatz für eine Miniaturisierung betrifft die chemische Aktivität und die chemische Instabilität von Siliziumdioxidsubstraten (SiO2 -Substraten), wie z. B. Quarzglas (Silika), Quarz oder Glas, die im allgemeinen sowohl bei CE- als auch µLC-Systemen verwendet werden. Insbesondere zeichnen sich Siliziumdioxidsubstrate als energiereiche Oberflächen aus und adsorbieren stark viele Verbindungen, vor allem Basen sehr beträchtlich. Die Verwendung von Siliziumdioxidmaterialien bei Trennungssystemen ist aufgrund der chemischen Instabilität dieser Substrate weiter eingeschränkt, da sich die Auflösung bzw. Zersetzung von SiO2-Materialien unter basischen Bedingungen (bei pH-Werten von größer als 7,0) erhöht.

Um die Probleme, die aufgrund der inhärenten chemischen Aktivität von Siliziumdioxidmaterialien entsteht, zu vermeiden, haben bekannte Trennungssysteme versucht, chemische Modifikationen an der Silika-Innenoberfläche der Kapillarwände vorzunehmen. Solche Modifikationen nach der Herstellung sind im allgemeinen schwierig, da dieselben das Vorsehen einer Grenzflächenschicht erfordern, um eine gewünschte Oberflächenbehandlung an der Kapillaroberfläche zu binden, beispielsweise unter Verwendung von silylierenden Mitteln, um Si-O-Si-C-Bindungen zu erzeugen. Obwohl solche Modifikationen die irreversible Adsorption von Lösungsproduktmolekülen durch die Kapillaroberflächen verringern können, leiden diese Systeme immer noch unter der chemischen Instabilität der Si-O-Si-Bindungen bei pH-Werten von über 7,0. Folglich bleibt die chemische Instabilität der SiO2-Materialien ein Hauptproblem.

Trotz der erkannten Unzulänglichkeiten bezüglich der chemischen Eigenschaften von SiO2-Substraten werden diese Materialien jedoch aufgrund ihrer erwünschten optischen Eigenschaften immer noch bei Trennungssystemen verwendet. In dieser Hinsicht sind mögliche Ersatzmaterialien, die in Vergleich zu Siliziumdioxidmaterialien bessere chemische Eigenschaften zeigen, im allgemeinen dahingehend eingeschränkt, daß dieselben in dem UV-Bereich, in dem eine Erfassung wichtig ist, auch stark absorbierend sind.

Obwohl eine maschinelle Mikrobearbeitung und ein Ätzen von Silizium bei der Fertigung von miniaturisierten Analysesystemen nützlich gewesen ist, gibt es signifikante Nachteile bezüglich der Verwendung dieses Ansatzes beim Erzeugen des Systems. Erstens, eine maschinelle Mikrobearbeitung von Silizium ist nicht geeignet, um einen hohen Ausrichtungsgrad zwischen zwei geätzten oder maschinell bearbeiteten Werkstücken zu erzeugen. Dies hat eine negative Auswirkung auf die Symmetrie und die Form eines Trennungskanals, der durch eine maschinelle Mikrobearbeitung gebildet ist, was wiederum die Wirksamkeit der Trennung beeinträchtigen kann. Zweitens, eine Abdichtung von maschinell mikrobearbeiteten oder geätzten Siliziumoberflächen wird im allgemeinen unter Verwendung von Haftmitteln ausgeführt, die dafür anfällig sein können, durch die Trennungsbedingungen, die durch Flüssigphasenanalysen hervorgerufen werden, angegriffen zu werden. Außerdem wird eine Silika-Oberfläche unter oxidierenden Bedingungen auf dem maschinell hergestellten oder geätzten Siliziumsubstrat gebildet. In dieser Hinsicht ist die maschinelle Mikrobearbeitung und das Ätzen von Silizium durch die chemischen Eigenschaften von SiO2 begrenzt. Entsprechend sind in beiden gemeinsam übertragenen US-Patenten Nr. 5,571,410 und Nr. 5,658,413 an Kaltenbach u. a., deren Offenbarungen hierin durch Bezugnahme vollständig aufgenommen sind, Laserablationstechniken zum Herstellen von miniaturisierten Analysevorrichtungen beschrieben worden, die diesen Problemen begegnen.

Gegenwärtig werden Masken für eine Laserablation hauptsächlich verwendet, um die Laserbeleuchtung derart zu definieren, daß Merkmale mit konstanter Tiefe oder Durchgangslöcher in das Substrat, das modifiziert werden soll, ablatiert werden. Es gibt jedoch einige Anwendungen, bei denen es erforderlich sein kann, daß die verschiedenen Merkmale oder Löcher in einem einzigen Substrat Tiefen aufweisen, die sich voneinander unterscheiden. Beispielsweise können sowohl ablatierte Kanäle als auch Durchgangslöcher in einem einzigen Substrat erwünscht sein. In diesem Fall ist es nicht möglich, diese Ablation unter Verwendung einer einzigen herkömmlichen Maske durchzuführen, wobei mehrere herkömmliche Masken erforderlich sind. Es gibt mehrere unterschiedliche Techniken, die verwendet werden können, um Teile mit mehreren Tiefen herzustellen, einschließlich der Verwendung mehrerer Masken, wobei es jedoch aus Gründen der Kosten, der Herstellungszeitdauer bzw. Fertigungszeitdauer, der Ausrichtung und der Einfachheit vorteilhaft wäre, die Ablation der Strukturen mit einer einzigen Maske durchzuführen. Es kann jedoch nützlich sein, frühere Maskentechnologien zu untersuchen, die verwendet wurden, um Teile mit einer einzigen Tiefe zu erzeugen. Im folgenden wird eine kurze Erörterung der Fertigung und der Verwendung herkömmlicher Lasermasken dargestellt.

Herkömmliche Verfahren für eine Lasermaskenherstellung Freistehende Metallmaske

Laserablationsmasken sind unter Verwendung eines Metallblechs hergestellt worden, durch das ein Muster geschnitten bzw. gestanzt worden ist. Diese Maske wird dann als "Schablone" verwendet, derart, daß das Laserlicht, das die offenen Löcher oder Bereiche in der Maske durchläuft, die Struktur auf das Substrat ablatiert. Dieses Verfahren für eine Maskenherstellung ist nicht immer genau, da die Struktur häufig unter Verwendung makroskopischer Fertigungstechniken geschnitten wird, obwohl ein elektrochemischer oder ein Direkt-Schreib-Laserätzvorgang verwendet werden kann, um eine größere Maskenstrukturgenauigkeit zu erhalten. Neben der sich ergebenden Auflösung ist die Verwendung von Metallmasken ferner dahingehend eingeschränkt, daß die Metallmaske in gewissen Fällen selbst ablatiert wird, wodurch die Lebensdauer der Maske reduziert wird.

Metall-Auf-Substrat-Maske

Die Metallmaskenstruktur kann ferner derart hergestellt werden, daß dieselbe von einem Substrat getragen wird, das UV-durchlässig ist. Die Substrate können aus Materialien, wie z. B. Quarzglas (Silika), gezüchtetem Quarz, Magnesiumfluorid, Calciumfluorid und Lithiumfluorid, gebildet sein, die alle eine ziemlich hohe Widerstandsfestigkeit gegenüber einer Beschädigung aufgrund der hohen Laserflußdichte aufweisen. Das Metall kann mittels mehrerer unterschiedlicher Einrichtungen, einschließlich einer direkten Aufdampfung, einer Elektronenstrahlaufdampfung, eines Sputter-Vorgangs oder einer Elektroplattierung, auf das Substrat aufgebracht werden. Dieses Metall kann dann unter Verwendung einer lithographischen Einrichtung oder möglicherweise sogar unter Verwendung einer Direkt-Schreib-Laserablation strukturiert werden. Dieses Verfahren kann extrem genaue Strukturen mit sehr kleinen Merkmalen liefern, wobei jedoch die Lebensdauer dieses Maskentyps aufgrund der hohen Energie des Lasers wiederum niedrig sein kann.

Masken aus dielektrischen Schichten

Der dritte Typ von Lasermasken verwendet ein stark UVdurchlässiges Substrat, auf das eine Reihe von λ/4-Schichten (λ = Wellenlänge) aus dielektrischen Materialien, die abwechselnd hohe und niedrige Brechungsindizes aufweisen, aufgebracht ist (siehe das US- Patent Nr. 4,923,772 an Kirch u. a.). Diese Konfiguration mit einer großen Anzahl von Schichtpaaren (z. B. 30 oder mehr) liefert eine stark reflektierende Oberfläche, die mehr als 99% des einfallenden Laserlichts reflektieren kann. Dieser Satz von dielektrischen Schichten kann dann unter Verwendung einer Lithographie und eines Naß- oder Trocken-Ätzvorgangs strukturiert werden, oder die dielektrischen Schichten können alternativ unter Verwendung einer Abhebetechnik aufgebracht werden. Das Ergebnis ist eine Maske, die eine stark reflektierende Struktur aus undurchlässigen Bereichen enthält, die zusammen mit den Bereichen, die stark durchlässig sind, einer Beschädigung aufgrund des hochenergetischen Lasers widerstehen. Obwohl dieses Verfahren komplizierter und aufwendiger ist als die Herstellung der Metall-Auf-Substrat-Masken, wird dieses Verfahren im allgemeinen aufgrund seiner erhöhten Betriebslebensdauer verwendet.

Holoqraphische Phasenverschiebungsmasken

Dieser Maskentyp kann auch verwendet werden, um Muster im Laserlicht zu definieren, wobei jedoch einerseits aufwendige und ausgedehnte Berechnungen erforderlich sind, um die Maskenstruktur zu erzeugen, und andererseits ferner die Herstellung der Maske aufwendig sein kann.

Insgesamt bieten dielektrische Masken die beste Auflösung und die beste Lebensdauer/Degradations-Widerstandsfähigkeit. Aufgrund ihrer niedrigeren Kosten werden Metall-Auf-Substrat-Masken jedoch bei Operationen verwendet, bei denen keine hohe Flußdichte des Laserlichts an der Maske erforderlich ist. Diese Anwendungen sind in den Fällen am üblichsten, bei denen das Laserlicht eine Bildreduktionsoptik durchläuft, nachdem das Muster mittels der Maske definiert worden ist. Auf diese Art und Weise ist die Laserenergie pro Einheitsfläche, die auf das zu ablatierende Bauteil einfällt, X2-mal größer als die auf der Maske, wobei X der Reduktionsfaktor ist. Übliche Reduktionsfaktoren sind 2 bis 10, wodurch sich Energiedichten an der Maske ergeben, die 4 bis 100 mal niedriger als diejenigen sind, die erforderlich sind, um das Teil zu ablatieren. In gewissen Fällen, bei denen die Genauigkeit nicht von großer Bedeutung ist, können freistehende Metallmasken eine unaufwendige Alternative liefern.

Es gibt gegenwärtig mehrere Verfahren, die verwendet werden können, um mehrere Merkmale jeweils mit einer unterschiedlichen Tiefe in einem Teil zu ablatieren. Diese Verfahren umfassen: (1) Definieren einer einzigen Laserpunktgeometrie oder möglicherweise einiger weniger Laserpunktgeometrien (z. B. ein Kreis, ein Quadrat, ein Rechteck) und schrittweises Bewegen dieses Punkts über das Teil und Ablatieren des Teils, um die Struktur zu definieren; (2) Verwenden einer einzigen Maske, wobei jedoch die Bewegungs- bzw. Abtastgeschwindigkeit des Lasers über den Strukturen auf der Maske variiert wird; (3) Verwenden mehrerer Masken, um die Merkmale für jede Tiefe zu definieren; (4) Verwenden unterschiedlicher Strukturen auf einer einzigen Maske, um die mehreren Tiefen zu definieren, indem zwischen den Ablationen für jede Tiefe sequentielle Strukturen auf der Maske zu vorhergehenden bewegt und mit denselben ausgerichtet werden; und (5) Verwenden einer einzigen Maske aus dielektrischen Schichten, die jedoch variierende Dicken des dielektrischen Stapels aufweist, wobei jeder Stapel einen unterschiedlichen Transmissionskoeffizienten aufweist, wodurch eine gleichzeitige Ablation von Merkmalen mit unterschiedlichen Tiefen ermöglicht wird.

Direkt-Schreib-Verfahren

Dieses Verfahren zum Ablatieren von Merkmalen mit mehreren Tiefen in einem einzigen Teil verwendet einen einzelnen Laserpunkt, dessen Form durch eine Öffnung oder eine Maske definiert ist. Eine Ablation wird unter Verwendung dieses Punkts an einer einzigen Stelle bis zu einer spezifischen Tiefe durchgeführt, woraufhin die Punktposition ein wenig versetzt wird und die Ablation erneut durchgeführt wird. Dieser Schritt-und-Wiederholungs- Prozeß wird fortgesetzt, wodurch sich ein kontinuierlicher überlappender Satz von Ablationspunkten ergibt, derart, daß ein Loch, ein Kanal oder ein anderes Merkmal mit konstanter Tiefe erzeugt wird. Beispielsweise wird unter Verwendung eines kreisförmigen Laserpunkts ein erstes Merkmal mit einer Tiefe von 1,0 ablatiert, wobei angenommen werden kann, daß eine Anzahl von X Laserpulsen an jeder Position des kreisförmigen Punkts vorgesehen ist. Nach X Pulsen wird der Punkt um 1/6 des Durchmessers des Punkts (oder welche Überlappung auch immer als geeignet angesehen wird) bewegt, wobei X weitere Pulse durchgeführt werden. Ein zweites Merkmal mit einer Tiefe von 2,0 kann entweder dadurch ablatiert werden, indem 2X Pulse an jeder Punktposition durchgeführt werden, oder indem die Schrittweite zwischen jedem Satz von Ablationspulsen um den Faktor 2 reduziert wird. (Es ist zu beachten, daß der Prozeß nicht wirklich linear ist, und daß der Multiplikationsfaktor oder der Schrittweitenreduktionsfaktor nicht in beiden Fällen 2 betragen muß.) Durchgangslöcher können einfach durch Erhöhen der Anzahl der Pulse an einer einzigen Position erzeugt werden. Große Durchgangslöcher können durch einen Ausschneidevorgang erzeugt werden - d. h. Erzeugen einer Außenlinie aus kleineren Durchgangslöchern, derart, daß der Mittelabschnitt herausfällt.

Der Hauptnachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß eine lange Zeitdauer erforderlich ist, um Teile mit vielen Merkmalen zu ablatieren. Die Größe des Punkts muß in der Größenordnung der kleinsten Abmessung des Merkmals sein, das gegenwärtig ablatiert wird. In gewissen Fällen kann dies bedeuten, daß Ablationszeitdauern im Bereich von Stunden auftreten. Ein zweiter Nachteil besteht darin, daß es schwierig sein kann, sehr flache Unterseiten der Ablationsstrukturen zu erhalten, da der Punkt um eine endliche Strecke zwischen jedem Satz von Laserpulsen bewegt wird.

Bewegungsgeschwindigkeitsvariationsverfahren

Unter Verwendung einer einzigen herkömmlichen Maske, entweder Metall- Auf-Substrat oder Dielektrikum-Auf-Substrat, kann ein großer Laserpunkt über die Maske bewegt werden, wobei die Geschwindigkeit über den Bereichen verringert wird, die tiefer ablatiert werden sollen. Dies erhöht die Anzahl der Pulse pro Einheitszeitdauer, die an einem bestimmten Punkt auf das Substrat gerichtet sind.

Der Vorteil bei diesem Verfahren besteht darin, daß eine herkömmliche Maske verwendet werden kann, um eine Struktur mit mehreren Tiefen herzustellen. Die Hauptnachteile umfassen die Schwierigkeit beim Herstellen kleiner exakt definierter Merkmale (z. B. 100 µm) unter Verwendung des großen Laserpunkts, der einen Durchmesser von mehreren Millimetern aufweisen kann. Tatsächlich bestehen neben der Anforderung für eine umfangreichere Computerprogrammierung für den Bewegungsweg und die Bewegungsgeschwindigkeit alle Nachteile darin, daß es schwierig ist, exakt definierte Merkmale unter Verwendung des großen Laserpunktes zu erzeugen.

Verfahren mit mehreren Masken

Ein Verfahren, das verwendet werden kann, um ein Bauteil mit Merkmalen mit mehreren Tiefen herzustellen, umfaßt die Verwendung separater Laserablationsmasken, die sequentiell verwendet werden, von denen jede die Merkmale, die in einer gemeinsamen Tiefe ablatiert werden sollen, definiert. Beispielsweise kann eine Maske verwendet werden, um die Durchgangslöcher zu definieren, die unter Verwendung einer spezifizierten Ablationsrate und Ablationszeitdauer (oder einer spezifizierten Anzahl von Pulsen) ablatiert werden, während eine zweite Maske, die mit den ablatierten Merkmalen von der ersten Maske ausgerichtet ist, verwendet werden kann, um Merkmale mit der selben Ablationsrate, jedoch mit einer verringerten Ablationszeitdauer (oder einer verringerten Anzahl von Pulsen) zu definieren. Eine dritte Maske kann mit den vorher ablatierten Merkmalen auf dem Teil ausgerichtet werden, wobei neue Merkmale mit einer unterschiedlichen Tiefe ablatiert werden können.

Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Masken mittels eines üblichen Prozesses kostengünstig hergestellt werden können. Weitere Vorteile umfassen die hohe Auflösung, die für einzelne Merkmale möglich ist, und die gute Ausrichtung zwischen den Merkmalen, die durch eine einzige Maske definiert sind. Der Hauptnachteil besteht darin, daß es schwierig ist, eine gute Ausrichtung zwischen den Merkmalen auf dem Teil zu erhalten, die unter Verwendung der ersten Maske und nachfolgender Masken ablatiert werden. Zusätzlich erhöhen sich für Teile, bei denen viele unterschiedliche Ablationstiefen erforderlich sind, die Kosten für die Masken linear mit der Anzahl von Tiefen.

Maske mit mehreren Strukturen

Es ist möglich, ein Bauteil, das ablatierte Merkmale mit mehreren unterschiedlichen Tiefen enthält, unter Verwendung der selben Grundidee herzustellen, wie sie für das "Verfahren mit mehreren Masken" oben beschrieben wurde, wobei jedoch lediglich eine einzige Maske verwendet wird. Durch Herstellen einer Maske mit mehreren unterschiedlichen Strukturen, von denen jede separat von den anderen positioniert ist, kann jede dieser Strukturen als eine Overlay-Maske oder Überdeckungsmaske für einen spezifischen Satz von Merkmalen mit einer gemeinsamen Tiefe wirken.

Der Vorteil bei diesem Verfahren besteht darin, daß lediglich eine einzige herkömmliche Maske erforderlich ist, und eine große Anzahl von unterschiedlichen Ablationstiefen mit der einen Maske erzeugt werden kann. Die Nachteile umfassen: die Schwierigkeit des Ausrichtens der Bewegung der Stufe, die die Maske hält, mit der Struktur auf der Maske selbst; die Ausrichtung jeder nachfolgenden Ablationsstruktur mit der vorhergehenden; und die Strukturgrößenbegrenzung. Das letztgenannte tritt auf, da mehrere Strukturen auf der einen Maske erforderlich sind. Falls beispielsweise zwei Ablationstiefen erforderlich sind, wird lediglich die Hälfte des Maskenraums für die erste Struktur (Tiefe 1) verfügbar sein, da die zweite Hälfte des Maskenraums verwendet werden muß, um die zweite Struktur (Tiefe 2) zu definieren. Der zweite Nachteil, der oben beschrieben wurde, ist nicht so gravierend wie der für das "Verfahren mit mehreren Masken", da dieses Verfahren nicht nur eine x- und y-Ausrichtung, sondern auch eine Drehausrichtung zwischen jeder Ablation erfordert, wobei das Eine-Maske/Mehrere-Strukturen-Verfahren eine Drehausrichtung nur einmal erfordert, d. h. beim Ausrichten der Maskenstufenbewegung mit der Struktur auf der Maske am Anfang des Prozesses.

Eine Maske mit variierenden Dielektrikumdicken

Das letzte Verfahren verwendet ein einziges Maskensubstrat, auf das Strukturen aus Stapeln aus dielektrischen Schichten mit unterschiedlichen Dicken aufgebracht sind. Jede Struktur, die eine bestimmte Dicke der dielektrischen Stapel aufweist, besitzt eine charakteristische Transmission und folglich eine zugeordnete Ablationsrate. Da diese Strukturen auf der Maske gleichzeitig die Laserablation definieren, ist die Ablationstiefe nach einer festgesetzten Ablationszeitdauer für jede Struktur unterschiedlich.

Der Hauptnachteil bei diesem Verfahren besteht darin, daß es schwierig ist, die Masken jeweils mit einer unterschiedlichen Anzahl von dielektrischen Schichtpaaren auf dem selben Substrat herzustellen. Siehe die offengelegte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 07-241690.

Lasermasken aus unterschiedlichen Typen sind eine Zeit lang verwendet worden, wobei zwei der frühesten Patente hinsichtlich solcher Masken das US-Patent Nr. 4,490,211, 4,490,210 und das US-Patent Nr. 4,478,677 an Chen u. a. sind. Das reflektierende Chrom, das für die undurchlässigen Bereiche der Metall-Auf-Substrat-Maske spezifiziert ist, die bei Chen u. a. 1985 beschrieben ist, kann die hohe Energie eines Excimer-Lasers für Laserintensitäten über 100 bis 200 mJ/cm2 nicht aushalten.

Aufgrund seines hohen Reflektionsvermögens ist auch Aluminium für die undurchlässigen Bereiche verwendet worden, wobei jedoch die Laserintensitätsablationsschwelle für Aluminium für eine ausgedehnte Laserbeleuchtung oder für eine Laserbeleuchtung mit hoher Intensität nicht ausreichend hoch ist. Das US-Patent Nr. 4,923,772, das 1990 an Kirch u. a. erteilt wurde, beschreibt eine mehrschichtige dielektrische Reflektionsmaske und die Verfahren für deren Herstellung, die entwickelt wurden, um zu ermöglichen, daß Laserlicht mit hochenergetischer Intensität in ein Muster gebracht werden kann. Abhängig von der verwendeten Laserwellenlänge und den verwendeten spezifischen dielektrischen Materialien können diese Masken Laserintensitäten von bis zu 6.000 mJ/cm2 aushalten.

Eine gleichzeitige Ablation von Strukturen mit mehreren Tiefen ist in der offengelegten Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 7-241690 durch Hitachi, die am 7. März 1994 eingereicht wurde, beschrieben worden. Diese Patentveröffentlichung lehrt die Verwendung einer Maske aus dielektrischen Schichten, die Strukturen mit unterschiedlichen Anzahlen von dielektrischen Schichtpaaren mit hohen und niedrigen Brechungsindizes auf derselben aufweist. Die Strukturen mit vielen dielektrischen Schichtpaaren lassen wenig bis keine Laserbeleuchtung durch, während Strukturen mit wenigen oder keinen dielektrischen Schichtpaaren einen Teil oder das gesamte einfallende Laserlicht durchlassen. Obwohl dieses Verfahren einer gleichzeitigen Laserablation mit mehreren Tiefen ziemlich attraktiv ist, kann es schwierig sein, die unterschiedlichen Dicken der dielektrischen Schichten für die Maske herzustellen.

Die offengelegte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 7-80675 von Fujitsu, die am 17. September 1993 eingereicht wurde, beschreibt eine Lasermaske für die Ablation von Durchgangslöchern in einem Polymer-Substrat und die gleichzeitige Aufrauhung oder Vergröberung von anderen Bereichen auf dem selben Substrat. Es wird beschrieben, daß die Lasermaske dielektrische Schichten unterschiedlicher Dicken aufweist, um eine hohe Laserintensität, keine Laserintensität und eine schwache Laserintensität zu liefern; es wird beschrieben, daß die schwache Laserintensität gerade ausreichend hoch ist, um die Oberfläche des Substrats aufzurauhen. Dieses Aufrauhen wird durchgeführt, um bei einer nachfolgenden Verarbeitung des Substrats eine Adhäsion zu unterstützen.

Die CE ist ein weit verbreitetes Trennungssystem sowohl für große als auch kleine Lösungsprodukte geworden, da solche miniaturisierten Trennungstechniken teilweise einen wirksameren Systementwurf liefern, der aufgrund der verringerten Geräteaufbaudimensionierung einen geringeren Mehraufwand ergibt, und zusätzlich eine erhöhte Analysegeschwindigkeit, einen verringerten Proben- und Lösungsmittelverbrauch und einen erhöhten Erfassungswirkungsgrad ermöglicht. Es ist gezeigt worden, daß insbesondere für makromolekulare Lösungsprodukte die Wechselwirkung des Lösungsprodukts mit der inneren Oberfläche der Kapillarsäule an dem Trennungsprozeß beteiligt ist. Folglich kann eine kapillarelektrophoretische Chromatographie (CEC) unter Verwendung einer ungepackten Säule für diese Klasse von Lösungsprodukten ausgeführt werden.

Die CEC, wie sie gegenwärtig in der Praxis ausgeführt wird, ist eine Betriebsart der Kapillarelektrophorese, bei der die Säule mit einem aus Partikeln bestehenden Festphasenpackmaterial gepackt ist, das aufgrund der Größe und Form der Partikel einen großen Oberflächenbereich aufweist. Bei Anliegen eines starken elektrischen Feldes tritt in der Anwesenheit der Packung mit einem großen Oberflächenbereich eine Elektroendosmose auf. Der Vorteil einer CEC besteht darin, daß dieselbe ein chromatographischer Prozeß ist, der ein Stopfenflußprofil verwendet, wodurch folglich eine Trennung mit einer verringerten axialen Dispersion geliefert wird. Interessierende Anwendungen sind mit kleinen Molekülen für eine CEC demonstriert worden. Einer der Nachteile einer CEC besteht jedoch darin, daß es schwierig ist, stabile gepackte Säulen zu bekommen, die Kapillare mit einem Durchmesser von 50-100 µm aufweisen, die mit Teilchen gepackt sind, die einen Durchmesser in dem Bereich von 1-2 µm aufweisen.

Das Ätzen der Oberfläche einer Quarzglaskapillarsäule, um den Oberflächenbereich der Säule zu vergrößern, ist als eine Alternative zu dem Packen der Kapillare mit Partikeln vorgeschlagen worden. Es ist beobachtet worden, daß Säulen, die auf diese Art und Weise hergestellt wurden, um eine große Kapillaroberfläche zu haben, die Lösungsprodukttrennungsauflösung erhöhen. Wie es im vorhergehenden angemerkt wurde, treten jedoch inhärente Probleme bei der Verwendung von geätzter Silika auf. Außerdem ist es schwierig, geätzte Silikasäulen zu beschichten, um eine Oberfläche, die gegenüber einem Biobewuchs widerstandsfähig ist, für eine Verwendung bei makromolekularen Trennungen zu schaffen. Außerdem sind solche Säulen einem Strömungsverlust ausgesetzt, was anzeigt, daß dieselben leicht beschädigt werden können. Selbst wenn solche geätzten Quarzglaskapillarsäulen nicht unakzeptabel zerbrechlich wären, sind dieselben durch die inhärente pH-Instabilität des Silika und die chemischen Phasen, die an die Silika gebunden sind, eingeschränkt.

Folglich besteht in der Technik ein Bedarf nach einem Verfahren zum Herstellen eines Substrat mit einem großen Oberflächenbereich zur Herstellung von CE-Säulen und anderer miniaturisierter Analysesysteme. Zusätzlich besteht in der Technik ein Bedarf nach einem verbesserten miniaturisierten Analysesystem, um die inhärenten Unzulänglichkeiten von herkömmlichen Miniaturisierungs- und Siliziummikrobearbeitungs- und Silizium-Ätztechniken zu vermeiden. Ferner besteht in der Technik ein Bedarf nach einem einzigen Lasermaske, die verwendet werden kann, um die Laserbeleuchtung gleichzeitig in Muster zu definieren, die unterschiedliche Energieflußdichten aufweisen, wodurch die gleichzeitige Definition in einem Substrat von ablatierten Strukturen mit unterschiedlichen Tiefen ermöglicht wird. Die Verwendung von herkömmlichen Herstellungstechniken für die Herstellung dieser Masken ermöglicht, daß dieselben einfacher als bei dem Herstellungsverfahren für die Dielektrikum/Dielektrikum-Masken hergestellt werden können. Die beschriebene Erfindung ist in drei getrennte Ausführungsbeispiele unterteilt, die alle entweder unter Verwendung herkömmlicher Herstellungstechniken von dielektrischen Lasermasken oder unter Verwendung von Erweiterungen und Modifikationen herkömmlicher Herstellungstechniken von dielektrischen Lasermasken hergestellt werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Konzept zu schaffen, mittels dem ein Material mit einem großen Oberflächenbereich hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich einer Oberfläche eines Substrats gemäß Anspruch 1, durch ein mit einem großen Oberflächenbereich texturiertes Substrat gemäß Anspruch 23, durch eine miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 48, durch ein Verfahren zum Herstellen einer Vervielfältigungskopie eines mit einem großen Oberflächenbereich texturierten Substrats gemäß Anspruch 71, und durch ein Verfahren zum Herstellen einer Vervielfältigungskopie einer miniaturisierten Analysevorrichtung gemäß Anspruch 74 gelöst.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Erfindung ein Polymer-Substrat schafft, das eine Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich aufweist und durch das oben erwähnte Verfahren hergestellt wird.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer miniaturisierten planaren Säule schafft, die eine texturierte Innenoberfläche mit einem großen Oberflächenbereich aufweist.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Materials mit einem großen Oberflächenbereich geschaffen. Das Verfahren weist den Schritt des Verwendens von Wegnahmeverfahren, wie z. B. lithographischen und nicht-lithographischen Verfahren, wie sie hierin beschrieben werden, von Hinzufügungsverfahren, wie z. B. Adsorptionsverfahren, oder sowohl von Wegnahme- als auch von Hinzufügungsverfahren auf.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Oberfläche des Substrats durch Belichten der Oberfläche mit einer Laserlichtquelle texturiert. Das Substrat kann optional mit einer Laserlichtquelle durch eine Laserablationsmaske belichtet werden, um ein Lichtmuster zu definieren, das auf das Substrat einfällt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein texturiertes Substrat mit einem großen Oberflächenbereich, das durch eines der oben erwähnten Verfahren hergestellt wird, geschaffen.

Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine miniaturisierte Analysevorrichtung, das durch eines der oben erwähnten Verfahren hergestellt wird, geschaffen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lasersystems, mittels dem das Verfahren der Erfindung ausgeführt werden kann.

Fig. 2A erläuternde Beispiele einer Graustufenmaske mit und 2B "undurchlässigen Punkten" bzw. einer Graustufenmaske mit "durchlässigen Punkten".

Fig. 3A ein erläuterndes Beispiel einer Graustufenmaske und 3B mit "undurchlässigen Linien und durchlässigen Zwischenbereichen" bzw. einer Graustufenmaske mit "durchlässigen Linien und undurchlässigen Zwischenbereichen".

Fig. 4A REM-Aufnahmen (REM = Rasterelektronenmikroskop) bis 4H einer Kapton®-Schicht, die mittels einer Linie- Und-Zwischenraum-Graustufenmaske, wie sie im Beispiel 1 beschrieben ist, ablatiert wurde.

Fig. 5 ein erläuterndes Beispiel einer Ablationsmaske mit einer einzelnen Dielektrikum/Metall-Schicht mit zwei Flußdichten, und eine Übersicht, die ein Verfahren darstellt, mittels dem eine solche Maske hergestellt werden kann, wie es im Beispiel 2 beschrieben ist.

Fig. 6 ein erläuterndes Beispiel einer kombinierten Ablationsmaske aus zwei dielektrischen Schichten mit zwei Flußdichten, die eine Rücken-An-Rücken-Konfiguration aufweist, und eine Übersicht, die ein Verfahren darstellt, mittels dem eine solche Maske hergestellt werden kann, wie es in den Beispielen 3 und 4 beschrieben ist.

Fig. 7 ein erläuterndes Beispiel einer kombinierten Ablationsmaske aus zwei dielektrischen Schichten mit zwei Flußdichten, die eine Vorderseite-An-Vorderseite-Konfiguration aufweist, und eine Übersicht, die ein Verfahren darstellt, mittels dem eine solche Maske hergestellt werden kann, wie es in den Beispielen 3 und 5 beschrieben ist.

Fig. 8 ein erläuterndes Beispiel einer kombinierten Ablationsmaske aus einer Dielektrikum/Metall-Schicht mit zwei Flußdichten, und eine Übersicht, die ein Verfahren darstellt, mittels dem eine solche Maske hergestellt werden kann, wie es in den Beispielen 6 und 7 beschrieben ist.

Fig. 9 ein erläuterndes Beispiel einer Ablationsmaske aus einer doppelten Dielektrikum/Metall-Schicht mit mehreren Flußdichten, und eine Übersicht, die ein Verfahren darstellt, mittels dem eine solche Maske hergestellt werden kann, wie es in den Beispielen 6 und 8 beschrieben ist.

Fig. 10 ein erläuterndes Beispiel einer Graustufenablationsmaske aus einer einzelnen Dielektrikum/Metall- Schicht, und eine Übersicht, die ein Verfahren darstellt, mittels dem eine solche Maske hergestellt werden kann, wie es in dem Beispiel 9 beschrieben ist.

Bevor die Erfindung detailliert beschrieben wird, sollte beachtet werden, daß diese Erfindung nicht auf die speziellen Bestandteile der beschriebenen Vorrichtungen oder auf die speziellen Prozeßschritte der beschriebenen Verfahren beschränkt ist, da solche Vorrichtungen und Verfahren variieren können. Es sollte ferner offensichtlich sein, daß die hierin verwendete Terminologie nur zum Zweck der Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele vorgesehen ist und keine Einschränkung darstellen soll. Es muß beachtet werden, daß die Singularausdrücke "ein, eine, einer" und "der, die, das", wie sie in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet werden, Pluralbezugnahmen umfassen, es sei denn, der Kontext gibt deutlich etwas anderes vor. Folglich umfaßt die Bezugnahme beispielsweise auf "eine Maske" mehr als eine solche Maske und dergleichen.

In der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen wird auf Ausdrücke Bezug genommen werden, die bezüglich ihrer Bedeutung folgendermaßen definiert werden sollen:

Der Ausdruck "Laserätzen" soll jede beliebige Oberflächenbehandlung eines Substrats unter Verwendung von Laserlicht umfassen, um ein Material von der Oberfläche des Substrats zu entfernen. Folglich umfaßt das "Laserätzen" nicht nur Laserätz-Vorgänge, sondern auch eine maschinelle Bearbeitung mittels Laser, eine Laserablation und dergleichen.

Der Ausdruck "Substrat" wird hierin verwendet, um auf ein beliebiges Material zu verweisen, das gemäß den hierin offenbarten und beanspruchten Verfahren hergestellt werden kann, um eine Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich aufzuweisen. Das Substrat kann ein Polymer-Material, ein Keramikmaterial, ein Glasmaterial, ein Metallmaterial, ein Verbundwerkstoff derselben, ein Laminat derselben oder ein entsprechendes Material sein. Vorzugsweise kann das Material auf eine solche Art und Weise mikrogefertigt werden, um Merkmale in, auf und/oder durch die Oberfläche des Substrats zu bilden. Materialien mit einem großen Oberflächenbereich werden unter Verwendung geeigneter Substrate, wie z. B. laserablatierbarer Polymer-Materialien (einschließlich Polyimide und dergleichen) und Keramikmaterialien (einschließlich Aluminiumoxide und dergleichen), hergestellt. Ferner werden Materialien mit einem großen Oberflächenbereich unter Verwendung von zusammengesetzten Substraten, wie z. B. Laminaten, hergestellt. Ein "Laminat" bezieht sich auf ein zusammengesetztes Material, das aus mehreren unterschiedlichen verbundenen Schichten des selben Materials oder unterschiedlicher Materialien gebildet ist. Ein besonders bevorzugtes Verbund- oder Komposit-Substrat weist ein Polyimidlaminat auf, das aus einer ersten Schicht aus Polyimid, wie z. B. aus Kapton® (DuPont; Wilmington, Delaware), gebildet ist, und das mit einer zweiten, dünnen Schicht eines mit einem thermischen Klebstoff versehenen Formstücks aus Polyimid, das als KJ® (DuPont) bekannt ist, gemeinsam stranggepreßt worden ist. Dieser thermoplastische Klebstoff kann dann auf eine oder auf beide Seiten der ersten Polyimidschicht aufgetragen werden, wodurch eine Einrichtung zum Erzeugen eines Laminats gewünschter Dichte geliefert wird.

Durch den Ausdruck "großer Oberflächenbereich" soll ein Oberflächenbereich bezeichnet werden, der nach einer Behandlung gemäß dem hierin offenbarten Verfahren zumindest 10- bis 100.000-fach größer, vorzugsweise 1.000- bis 100.000- fach größer und im bevorzugten Fall 10.000- bis 100.000-fach größer als der Oberflächenbereich eines unbehandelten Substrats ist.

Der Ausdruck "Flußdichte" wird entsprechend seiner herkömmlichen Bedeutung für die Leistungsmenge verwendet, die in Joule des einfallenden Laserlichts, das eine Maske durchläuft und auf das Substrat auftrifft, pro Einheitsflächenbereich des Substrats ausgedrückt wird. Der Ausdruck "untere Schwellenflußdichte" ist der Leistungspegel pro Einheitsoberflächenbereich des Substrats, unter dem keine Laserablation auftritt. Der Ausdruck "obere Schwellenflußdichte" ist der Leistungspegel pro Einheitsoberflächenbereich des Substrats, bei dem eine homogene Ablation des Substrats auftritt.

Die Ausdrücke "Teiltransmission" oder "teilweise durchlässig" bedeuten, wenn dieselben bezugnehmend auf eine Maske oder auf eine Komponente einer Maske verwendet werden, daß die Maske oder Komponente weniger als 100%, jedoch mehr als 0% einfallendes Licht durchläßt. Der Ausdruck "prozentuale Teiltransmission" wird verwendet, um auf die mittlere Gesamttransmission durch einen bestimmten Bereich einer Laserablationsmaske zu verweisen. Folglich ist ein dielektrischer Stapel, der den Durchgang von weniger als 100% des einfallenden Lichts ermöglicht, teilweise durchlässig. Eine "Punkt"-Graustufenmaske oder eine "Linie-Und-Zwischenraum"- Graustufenmaske, wie sie ausführlicher im folgenden beschrieben werden, werden Bereiche aufweisen, die im wesentlichen 100% des einfallenden Lichts durchlassen, und werden lichtundurchlässige Elemente aufweisen, die den Durchgang von im wesentlichen 100% des einfallenden Lichts blockieren, wodurch ein Lichtdurchgang ermöglicht wird, der gemittelt über der gesamten Fläche der Maske oder des Maskenelements niedriger als 100% des einfallenden Lichts ist, d. h. teilweise durchlässig ist. Eine Maske kann alternativ oder zusätzlich zu lichtundurchlässigen Elementen teilweise durchlässige Maskenelemente, z. B. dielektrische Stapelelemente, aufweisen. Die prozentuale Teiltransmission einer Maske kann durch Erhöhen oder Verringern des prozentualen Anteils eines lokalen Bereichs der Maske, der durch lichtundurchlässige Elemente bedeckt ist, eingestellt werden.

Die Ausdrücke "aufgelöst" oder "Auflösung" beziehen sich auf die Bildung von Merkmalen in dem Substrat, die den Merkmalen auf einer Laserablationsmaske entsprechen. Falls beispielsweise eine Laserablationsmaske verwendet wird, die als Ergebnis der Plazierung von Laserlicht-undurchlässigen Quadraten auf derselben teilweise durchlässig ist, würde die Auflösung der Maske, oder der Merkmale auf der Maske, auf dem Substrat das Aussehen von erkennbaren, quadratisch geformten Bereichen aus einem nicht-ablatierten Substratmaterial ergeben.

Der Ausdruck "Oberflächenbehandlung" wird verwendet, um auf eine Herstellung oder Modifikation der Oberfläche eines Substrats zu verweisen, die sich während Probenbehandlungsschritten und/oder einer analytischen Trennung in Kontakt mit einem Substrat befindet, wodurch die Trennungscharakteristika der Vorrichtung geändert oder anderweitig verbessert werden. Folglich umfaßt der Ausdruck "Oberflächenbehandlung", wie er hierin verwendet wird: physikalische Oberflächenadsorptionen; eine kovalente Bindung von ausgewählten Anteilen an Funktionsgruppen auf der Oberfläche der behandelnden Substrate (wie z. B. Amin-, Hydroxyl- oder Karbonsäuregruppen auf Kondensationspolymeren); Verfahren zum Beschichten von Oberflächen, einschließlich einer dynamischen Deaktivierung von behandelten Oberflächen (wie z. B. durch Hinzufügen von grenzflächenaktiven Stoffen zu Medien), eine Polymerübertragung zu der Oberfläche von behandelten Substraten (wie z. B. Polystyren oder Butadien-Benzol) und eine Dünnfilmauftragung von Materialien, wie z. B. Diamant oder Saphir, auf behandelte Substrate.

Der Ausdruck "Laserablation" wird verwendet, um auf einen Prozeß einer maschinellen Bearbeitung (z. B. einen Spanabhebungsprozeß) unter Verwendung eines Photonenlasers hoher Energie, wie z. B. eines Excimer-Lasers, um Merkmale in einem geeigneten Substrat zu ablatieren, zu verweisen. Der Excimer-Laser kann beispielsweise vom F2-, ArF-, KrCl-, KrF- oder XeCl-Typ sein.

Die Vorteile des Erzeugens von Analysevorrichtungen aus Polymer-Substraten unter Verwendung einer Excimer-Laserablation ist in den US-Patenten Nr. 5,571,410 und 5,658,413 an Kaltenbach u. a. dokumentiert worden. Folglich weist dieser Lösungsansatz sowohl alle Vorteile hinsichtlich des Verwendens des selben Prozesses zum Erzeugen der Vorrichtung und des Erzeugens der Texturierung in Polymer-Substraten als auch alle inhärenten Vorteile auf, die für in Polymer-Materialien hergestellten Vorrichtungen beschrieben sind.

Die Verwendung von Laserablationstechniken, um Polymer-Substrate mit einem großen Oberflächenbereich zu erzeugen, bietet Vorteile gegenüber bekannten Ätztechniken, die verwendet werden, um Silika-Substrate mit einem großen Oberflächenbereich zu bilden. Die Fähigkeit, eine starre computerisierte Steuerung auf den Laserablationsprozeß anwenden zu können, ermöglicht eine genaue Steuerung des Texturierungsprozesses. Der Laserablationsprozeß vermeidet ferner Probleme, die bei einem mikrolithographischen isotropen Ätzvorgang auftreten, und die die Maskierung während des Ätzvorgangs unterschneiden können, wodurch unerwünschte und asymmetrische Oberflächenstrukturen entstehen können.

Eine Laserablation ermöglicht ferner die Erzeugung von Mikrostrukturen mit stark reduzierten Komponentengrößen. In dieser Hinsicht können Mikrostrukturen, die gemäß der Erfindung gebildet werden, im Vergleich zu denjenigen Mikrostrukturen, die unter Verwendung bekannter Ätztechniken hergestellt werden, große Längenverhältnisse mit einer verbesserten Probenverarbeitung aufzuweisen. Die Verwendung von Laserablationsprozessen, um in Substraten, wie z. B. Polymer- Materialien, Mikrostrukturen zu bilden, vereinfacht die Herstellung und verringert die Fertigungskosten pro Einheit der Werkstücke im Vergleich zu früheren Lösungsansätzen, wie z. B. bei einer maschinellen Mikrobearbeitung der Elemente in Silizium. In dieser Hinsicht weisen Vorrichtungen, die gemäß der Erfindung in preisgünstigen Polymer-Substraten gebildet werden, das zusätzliche Merkmal auf, daß dieselben tatsächlich als miniaturisierte Einwegsäuleneinheiten verwendet werden können.

Im allgemeinen ist jedes UV-absorbierende Substrat ein geeignetes Substrat für eine Laserablation. Ein bevorzugtes Substrat weist ein Polyimid-Material auf, wie z. B. diejenigen, die unter den Warenzeichen Kapton® oder Upilex® von Du- Pont (Wilmington, Delaware) erhältlich sind, obwohl das spezielle, ausgewählte Substrat ein beliebiges anderes geeignetes Polymer- oder Keramiksubstrat aufweisen kann. Polymer- Materialien, die hierin besonders in Betracht gezogen werden, umfassen Materialien, die aus den folgenden Klassen ausgewählt sind: Polyimid, Polykarbonat, Polyester, Polyamid, Polyether, Polyolefin oder Mischungen derselben.

Folglich kann ein Polymer-Substrat mit großem Oberflächenbereich durch zumindest zwei allgemeine Typen von Verfahren hergestellt werden. Der erste Typ ist "wegnehmend", d. h. Verfahren, bei denen Material von einer vorher existierenden Oberfläche entfernt wird, um eine Oberflächenbeschaffenheit mit einem großen Oberflächenbereich zu bilden. Der zweite Verfahrenstyp ist "hinzufügend", d. h. mit anderen Worten, Verfahren, bei denen ein Material zu einer vorher existierenden Oberfläche hinzugefügt wird, beispielsweise adsorbiert, angehaftet, verbunden, abgesetzt wird oder eine Kombination dieser Vorgänge, um eine Oberflächenbeschaffenheit mit einem großen Oberflächenbereich zu bilden.

Ein Verfahren zum Herstellen von texturierten Substraten mit einem großen Oberflächenbereich durch eine direkte Merkmalsdefinition, eine "inhärente" ("intrinsic") Merkmalsdefinition, eine Hinzufügungsmerkmalsdefinition und dergleichen umfaßt: (1) eine Laserablation durch eine direkte Merkmalsdefinition oder eine inhärente Merkmalsdefinition oder durch eine Kombination derselben; (2) lithographische Verfahren durch Maskierungsverfahren, z. B. Trocken- und Naßätzvorgänge, eine direkte Merkmalsdefinition, z. B., LIGA- und lithographische Definition, von photoempfindlichen oder photoreaktiven Substraten; (3) nicht-lithographische Verfahren; (4) einen laserunterstützten chemischen Ätzvorgang; und (5) Kombinationen beliebiger der oben genannten Verfahren. Außerdem kann ein texturiertes Substrat mit einem großen Oberflächenbereich unter Verwendung einer Kombination eines beliebigen der hierin offenbarten Verfahren hergestellt werden.

Ein Verfahren einer direkten Merkmalsdefinition zur Erzeugung von großen Oberflächenbereichen definiert insbesondere die Form der Merkmale mit einem großen Oberflächenbereich, wie z. B. hohe kreisförmige, quadratische, rechtwinklige oder andere Querschnittsformen für Pfeiler, Wände oder andere "hohe" Konfigurationen. Bei diesem Verfahren ist nicht nur die Form jedes Merkmals, sondern auch jede Merkmalsplazierung vordefiniert. Nominell weist jedes Merkmal vertikale Seitenwände auf, wobei dies weder erforderlich noch notwendigerweise erwünscht ist. In der Praxis weisen die Seitenwände beinahe immer eine gewisse nicht-vertikale Neigung auf.

Ein Verfahren einer inhärenten Merkmalsdefinition zum Erzeugen von Substraten mit einem großen Oberflächenbereich ist auf die Wechselwirkung zwischen dem Herstellungsverfahren und den inhärenten Eigenschaften des Substratmaterials angewiesen. Beispielsweise verursachen einige chemische Ätzvorgänge eine Aufrauhung einer Substratoberfläche, wodurch der Oberflächenbereich vergrößert wird. Bei diesem Prozeßtyp kann die durchschnittliche Merkmalsdefinitions-Größe, -Form und -Plazierung vorhergesagt werden, wobei jedoch die tatsächlichen endgültigen Merkmale beinahe immer mehr oder weniger zufällig plaziert und dimensioniert sind.

Ein Verfahren einer Hinzufügungsmerkmalsdefinition zum Erzeugen von Substraten mit einem großen Oberflächenbereich fügt Merkmale zu einem Substrat hinzu, um einen vergrößerten Oberflächenbereich zu erzeugen. Beispiele dieses Prozesses könnten folgende Vorgänge umfassen: Binden einer Mehrzahl von Teilchen mit einem großen Oberflächenbereich an das Substrat; lithographisches Definieren von Merkmalen mit einem großen Oberflächenbereich in einer hinzugefügten Schicht aus einem Material (wie z. B. einem Photoresist oder einem photoabbildbären Material) entweder durch eine UV-Lichtbeleuchtung für das Photoresist, eine Laserablation oder ein anderes Verfahren; Aufwachsen mittels eines chemischen oder absorptiven Prozesses einer Schicht oder einer Gruppe von Teilchen mit einem großen Oberflächenbereich auf dem Substrat.

Es gibt mehrere unterschiedliche Typen von Wegnahmetechniken, wobei diese in zwei Kategorien erörtert werden: lithographische Wegnahmetechniken und nicht-lithographische Wegnahmetechniken.

Lithographische Verfahren sind diejenigen, bei denen eine Struktur durch eine optische Einrichtung erzeugt wird, indem üblicherweise, jedoch nicht notwendigerweise, eine Maske mit einer vorher existierenden Struktur auf derselben verwendet wird. Licht durchläuft die Maske in ausgewählten Bereichen, wodurch sich ein Lichtmuster auf einem Substrat ergibt. Die Unterschiede bei den folgenden lithographischen Verfahren liegen in den Unterschieden, wie dieses Lichtmuster verwendet wird.

Verfahren einer direkten Merkmalsdefinition sind diejenigen, bei denen das Substrat oder eine ihrer Schichten direkt strukturiert und daraufhin selbst als die Oberflächenbeschaffenheit mit großem Oberflächenbereich verwendet wird. Eine Maske wird derart verwendet, daß ein photoempfindliches oder photoreaktives Substrat (oder eine Schicht auf einem Substrat) ein maskendefiniertes Lichtmuster aufweist, das auf dasselbe einfällt. Dies bewirkt, daß das Substrat basierend auf der Struktur auf der Maske direkt strukturiert wird. Alternativ kann für das Substrat, das derart belichtet wird, ein zusätzlicher Entwicklungsschritt erforderlich sein, um die Struktur auf demselben freizulegen. Der große Oberflächenbereich wird dadurch erzeugt, indem ausgewähltes Material des Substrats entfernt wird. Durch Wählen einer geeigneten Struktur kann eine Oberflächenbeschaffenheit mit einem großen Oberflächenbereich direkt in ein Substrat strukturiert werden. Die tatsächliche Form jedes lokalen Merkmals, die die Oberfläche einmal zu einem großen Oberflächenbereich macht, kann gesteuert werden. Das Substrat, auf dem die Oberflächenbeschaffenheit mit einem großen Oberflächenbereich erzeugt worden ist, kann dann direkt in der Vorrichtung, für die dasselbe vorgesehen ist, oder optional als Form verwendet werden, um Duplikate des Substrats herzustellen, wie es detaillierter im folgenden beschrieben wird. Beispiele dieses Verfahrens umfassen LIGA- und LIGA-ähnliche Verfahren, die Strukturierung von Substraten aus Photoresist- und Photoresist-ähnlichen Materialien und Laserätzvorgänge.

Trocken- und Naßätzvorgänge sind Sekundärmaskierungstechniken, die verwendet werden können, um Substrate zu strukturieren. Bei diesen Verfahren wird eine optische Maske verwendet, um eine Oberflächenschicht an der Oberseite des Substrats zu strukturieren. Die strukturierte Oberflächenschicht wird daraufhin als Maske für nachfolgende Substratätzverfahren verwendet. Diese Ätzprozesse können Naßprozesse sein, bei denen das Substrat in einer Flüssigkeit oder in einem Plasma geätzt wird. Beispiele dieser Verfahren umfassen Ätzvorgänge eines Siliziumgrundmaterials und ein Tiefätzen von Silizium. Es ist beabsichtigt, daß solche Sekundärmaskierungstechniken Prozesse umfassen, die Masken und/oder Maskierungsschichten auf dem Substrat verwenden, um strukturierte Bereiche mit einem großen Oberflächenbereich zu erzeugen, in denen der große Oberflächenbereich nicht durch eine spezifische Struktur aus Punkten, Linien oder dergleichen, sondern durch zufällige oder probalistische Wechselwirkungen erzeugt wird. Beispielsweise erzeugt ein Reaktionsionenätzvorgang einen großen Oberflächenbereich in einer speziell definierten Struktur auf dem Substrat, beispielsweise eine Kammer oder einen Kanal mit einem großen Oberflächenbereich auf der ansonsten glatten Oberfläche. Trocken- oder Naßätzvorgänge können auf einem ausgewählten Bereich oder auf ausgewählten Bereichen durchgeführt werden, derart, daß eine Topographie mit einem großen Oberflächenbereich mit einer zufälligen oder pseudo-zufälligen Verteilung der Größe, Plazierung, Ausrichtung und/oder des Oberflächenbereichs erzeugt wird.

Bei einem Verfahren, das als "Aufbringung und Strukturierung" bezeichnet wird, kann eine Schicht mit einem großen Oberflächenbereich zu einem vorher existierenden Substrat hinzugefügt werden, indem eine Schicht aus einem Material auf das Substrat aufgetragen wird und indem daraufhin die Schicht unter Verwendung einer direkten lithographischen Merkmalsdefinition oder unter Verwendung eines Trocken- oder Naßätzvorgangs strukturiert wird, um eine Oberflächenbeschaffenheit mit einem großen Oberflächenbereich zu erzeugen.

Nicht-lithographische Techniken umfassen beispielsweise einen laserunterstützten chemischen Ätzvorgang und eine lokale "Aufrauhung" der gewünschten Oberflächen. Bei einem laserunterstützten chemischen Ätzvorgang kann eine rauhe Oberflächenbeschaffenheit durch eine Beleuchtung spezifischer Bereiche eines Substrats oder einer Schicht auf einem Substrat mit einem Laser in der Anwesenheit eines bestimmten reagierenden Gases oder einer reagierenden Flüssigkeit hergestellt werden. Die zugeführte Energie des Lasers bewirkt, daß eine chemische Reaktion an der beleuchteten Oberfläche, jedoch nicht in den Bereichen, die nicht beleuchtet sind, auftritt. Dieses Verfahren würde auf eine statistische Wahrscheinlichkeit der Bildung eines rauhen Merkmals angewiesen sein, wenn der Ätzvorgang fortschreitet.

Eine lokale "Aufrauhung" von gewünschten Oberflächen kann mittels einer Laserablation, einer chemischen Aufrauhung nach dem Zusammenbau oder dergleichen durchgeführt werden. Kurz gesagt, eine Laserablation umfaßt die Verwendung eines Excimer-Lasers oder anderer Lasertypen (z. B. eines YAG-Lasers), um einen Ätzprozeß, der nicht von der Strukturierung der rauhen "Punkte" abhängt, einzeln auf einem Substrat mittels einer Maske zu bewirken. Vielmehr ist diese Technik, die hierin detaillierter beschrieben wird, auf eine statistische Wahrscheinlichkeit der Bildung der rauhen Merkmale angewiesen, wenn der Ätzvorgang fortschreitet.

Eine chemische "Aufrauhung" nach dem Zusammenbau ist ein Verfahren, das verwendet wird, um Oberflächenbeschaffenheiten mit einem großen Oberflächenbereich beispielsweise in Silika-Säulen zu bilden. Bei diesem Verfahren wird eine Vorrichtung, z. B. eine Säule, eine Kammer, ein Fluidmerkmal oder dergleichen, hergestellt, woraufhin eine chemische Substanz oder ein Gemisch aus chemischen Substanzen, die flüssig oder gasförmig sind, auf die Oberfläche eingebracht wird. Die chemischen Substanzen ätzen die Oberfläche oder rauhen dieselbe auf, wodurch eine Oberflächenbeschaffenheit mit einem großen Oberflächenbereich geliefert wird. Dieses Verfahren definiert auch nicht explizit die Aufrauhungsstruktur (die Struktur aus Punkten oder Mikromerkmalen).

Nichtstrukturierte Oberflächenbeschaffenheiten mit einem großen Oberflächenbereich können ferner unter Verwendung von Hinzufügungstechniken, d. h. durch Hinzufügen von Material zu einer Oberfläche, erhalten werden. Es gibt mehrere Beispiele für Hinzufügungstechniken.

Bei einem Beispiel einer Hinzufügungstechnik wird ein Material selektiv adsorbiert, angehaftet oder auf eine andere Weise mit lediglich den gewünschten Oberflächen des Substrats verbunden. Dieses Verfahren kann optional verwendet werden, um Oberflächenmerkmale einer Vorrichtung nach dem Zusammenbau derselben zu bilden.

Eine Aufbringungs-Und-Strukturierungs-"Formung", auf die das Füllen mit einem Material mit einem großen Oberflächenbereich folgt, kann verwendet werden, um bestimmte Trennungsvorrichtungen herzustellen. Beispielsweise können planare und einige nicht-planare Vorrichtungen hergestellt und dann mit einem Material mit einem großen Oberflächenbereich gefüllt werden, wobei heutzutage viele gleiche LC-Vorrichtungen so hergestellt werden.

Ein weiteres alternatives Verfahren zum Herstellen einer rauhen Oberfläche verwendet einen Prozeß, der entweder eine Reaktion mit dem Oberflächenmaterial ergibt, wodurch eine rauhe Oberfläche erzeugt wird, oder der eine Ausfällung mit einem großen Oberflächenbereich auf der Oberfläche ergibt, d. h. reaktiv eine "rauhe" Oberfläche bildet.

Verfahren zum Erzeugen von Merkmalen mit einem großen Oberflächenbereich unter Verwendung einer Laserablation umfassen eine direkte Merkmalsdefinition und eine inhärente Merkmalsdefinition. Eine direkte Merkmalsdefinition und eine inhärente Merkmalsdefinition können durch die Verwendung von Schritt-Und-Wiederholungs-Verfahren unter Verwendung eines vordefinierten Laserpunktes und/oder durch die Verwendung eines Abtastverfahrens mit einer Lasermaske durchgeführt werden, das die Merkmale direkt definiert, d. h. Zylinder oder "Türme" mit einem quadratischen, rechtwinkligen oder diamantförmigen Querschnitt, oder dergleichen.

Das Abtastverfahren wird immer eine Maske für eine direkte Merkmalsdefinition verwenden. Die Maske definiert den horizontalen Querschnitt und die Plazierung der Merkmale, während die Tiefe der Ablation sowohl die Längenverhältnisse der Merkmale als auch die Gesamtvergrößerung des Oberflächenbereichs steuert.

Eine inhärente Merkmalsdefinition hängt von den spezifischen Eigenschaften des Materials, das ablatiert wird, ab. Beispielsweise bezieht sich eine inhärente Merkmalsdefinition (d. h. eine "Aufrauhung") unter Verwendung einer Laserablation auf das Phänomen, das als Kegelbildung bekannt ist. Diese Kegelbildung tritt auf, wenn die Flußdichte eines Laserpulses an dem Substrat nicht ausreichend hoch ist, um die gesamte Materialschicht vollständig zu entfernen. Selbst ein kleines Materialteilchen, das auf der vorherigen Schicht zurückbleibt, kann ausreichend sein, um die Bildung eines Kegels oder eines kegelartigen Merkmals einzuleiten, da dieses Materialteilchen durch nachfolgende Laserpulse nicht entfernt werden kann, sondern statt dessen als eine Art Maske wirkt, wodurch ein Kegel hinter demselben erzeugt wird, wenn der Laser nach unten in das Material um das Teilchen weiter eine Ablation durchführt. Siehe Krajnovich u. a. (1993), J. Appl. Phys. 73: 3.001-3.008.

Verfahren zum Bilden von miniaturisierten planaren Säulenvorrichtungen sind in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 5,658,413 an Kaltenbach u. a., siehe oben, offenbart. Das ausgewählte Substratmaterial wird in einer Struktur, die durch eine oder mehrere lithographische Masken definiert ist, unter Verwendung von Laserstrahlung laserablatiert. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel definieren diese Masken alle ablatierten Merkmale für einen ausgedehnten Bereich des Materials, beispielsweise mehrere Öffnungen (einschließlich Einlaß- und Auslaßtoren), Mikroausrichtungseinrichtungen und Trennungskammern.

Alternativ können Strukturen, wie z. B. die Öffnungsstruktur, die Trennungskanalstruktur usw., Seite an Seite auf einem gemeinsamen Maskensubstrat plaziert sein, das wesentlich größer als der Laserstrahl ist. Diese Strukturen können dann sequentiell in den Strahl bewegt werden. Bei weiteren in Betracht gezogenen Herstellungsverfahren können eine oder mehrere Masken verwendet werden, um Öffnungen durch das Substrat zu bilden, wobei eine andere Maske und ein anderer Laserenergiepegel (und/oder eine andere Anzahl von Laserpulsen) verwendet werden kann, um Trennungskanäle zu definieren, die lediglich durch einen Teil der Dicke des Substrats gebildet sind. Das Maskierungsmaterial, das bei solchen Masken verwendet wird, wird bei der Laserwellenlänge vorzugsweise stark reflektierend sein und beispielsweise aus einem mehrschichtigen dielektrischen Material oder einem Metall, wie z. B. Aluminium, bestehen.

Eine Laserablation kann verwendet werden, um miniaturisierte Trennungskanäle und Öffnungen mit vielen unterschiedlichen Geometrien zu bilden. Eine Geometrie, die kein Unterschneiden aufweist, kann unter Verwendung von Ablationstechniken vorgesehen werden, wie z. B. einer Modulation der Laserlichtintensität über dem Substrat, einer schrittweisen Bewegung des Strahls über die Oberfläche, oder einer schrittweisen Änderung der Flußdichte und der Anzahl der Pulse, die an jeder Position angelegt wird, um eine entsprechende Tiefe zu steuern.

Die laserablatierten Merkmale in der miniaturisierten planaren Analysevorrichtung können ferner durch eine Laserablationsmaske mit Laserlicht belichtet werden, wie es hierin offenbart ist, um Merkmale herzustellen, die eine Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich aufweisen.

Als ein letzter optionaler Schritt bei dem Laserablationsprozeß wird ein Reinigungsschritt durchgeführt, bei dem der laserablatierte Abschnitt des Substrats unter einer Reinigungsstation positioniert ist. An der Reinigungsstation werden Aufschüttungen von der Laserablation gemäß der üblichen Industriepraxis entfernt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann ein Polymer- Substrat mit einem großen Oberflächenbereich hergestellt werden, indem Laserlicht mit ausreichender Intensität oder Flußdichte und mit einer Wellenlänge, die für das Substrat und die zu ablatierenden Merkmale geeignet ist, durch eine lithographische Maske auf die Oberfläche des Substrats, wie z. B. eines Polymer- oder Keramikmaterials, übertragen wird; eine Laserablation für einen großen Oberflächenbereich wird in den Bereichen bewirkt, die nicht von der lithographischen Maske geschützt sind.

Bei einer Laserablation werden kurze Pulse von intensivem ultraviolettem Licht in einer dünnen Oberflächenschicht des Materials innerhalb etwa 1 µm oder weniger als etwa 25-50 µm der Oberfläche absorbiert. Bevorzugte Pulsenergien sind größer als etwa 100 Millijoule pro Quadratzentimeter und die Pulsdauern sind kürzer als etwa 1 Mikrosekunde. Größere Ablationstiefen können erreicht werden, indem die Geschwindigkeit geändert wird, mit der die Laserlichtquelle das Substrat überquert, indem die Flußdichte erhöht wird, indem die Anzahl der Pulse des Laserlichts pro Sekunde erhöht wird, indem aufeinanderfolgende Überquerungen des Laserlichts über das Substrat durchgeführt werden oder dergleichen.

Unter diesen Bedingungen führt das intensive ultraviolette Licht eine optische Dissoziation des Polymer-Materials durch. Außerdem ist die absorbierte ultraviolette Energie in einem derart kleinen Volumen des Materials konzentriert, daß die dissoziierten Fragmente schnell erhitzt und von der Oberfläche des Materials weg ausgeworfen werden. Da diese Prozesse derart schnell ablaufen, ist keine Zeit vorhanden, daß sich die Hitze zu dem umgebenden Material ausbreiten kann. Als Ergebnis wird das umgebende Material nicht geschmolzen oder anderweitig beschädigt, und der Umfang der ablatierten Merkmale kann die Form des einfallenden optischen Strahls mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von etwa 1 µm wiedergeben.

Obwohl eine Laserablation hierin unter Verwendung eines Excimer-Lasers beschrieben worden ist, sollte es offensichtlich sein, daß auch andere Lichtquellen für ultraviolettes Licht mit im wesentlichen der gleichen optischen Wellenlänge und Energiedichte verwendet werden können, um den Ablationsprozeß zu erreichen. Vorzugsweise wird die Wellenlänge einer solchen Lichtquelle für ultraviolettes Licht in dem Bereich von 150 nm bis 400 nm liegen, um eine hohe Absorption indem zu ablatierenden Substrat zu ermöglichen. Außerdem sollte die Energiedichte größer als etwa 100 Millijoule pro Quadratzentimeter sein und mit einer Pulslänge, die kürzer als etwa 1 Mikrosekunde ist, um einen schnellen Auswurf des ablatierten Materials mit im wesentlichen keiner Erwärmung des umgebenden restlichen Materials zu erreichen. Laserablationstechniken, wie z. B. die oben beschriebenen Techniken, sind in dem Artikel von Znotins, T. A. u. a., "Laser Focus Electro Optics" (1987), S. 54-70; und in den US-Patenten Nr. 5,291,226 und 5,305,015 an Schantz u. a., beschrieben.

Folglich betrifft die Erfindung bei einem Ausführungsbeispiel die Verwendung einer Laserablation, um eine Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich von Polymer-Oberflächen zu bilden. Die Erfindung kann zusammen mit den zusätzlichen Merkmalen und Vorteilen derselben am besten bezugnehmend auf die folgende Beschreibung und in Verbindung mit den erläuternden Zeichnungen verstanden werden.

Das bei der Erfindung verwendete Laserablationssystem umfaßt im allgemeinen eine Strahlzuführungsoptik, eine Ausrichtungsoptik, ein hochgenaues Masken-Shuttle-System mit variabler Geschwindigkeit (Shuttle = Hin- und Herbewegungseinrichtung), und eine Verarbeitungskammer einschließlich einer Vorrichtung zum Handhaben und Positionieren des Materials. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet das Lasersystem eine Projektionsmaskenkonfiguration, bei der eine Präzisionslinse, die zwischen der Maske und dem Substrat angeordnet ist, das Licht des Excimer-Lasers auf das Substrat in der Abbildung der Struktur, die auf der Maske definiert ist, projiziert.

Im folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Dort ist ein Beispiel eines Systems 10 dargestellt, mittels dem ein Substrat laserablatiert werden kann, um eine Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich zu bilden. Das Laserablationssystem umfaßt im allgemeinen eine Strahlzuführungsoptik, eine Ausrichtungsoptik, ein hochgenaues Masken- Shuttle-System mit variabler Geschwindigkeit und eine Verarbeitungskammer einschließlich einer Vorrichtung zum Handhaben und Positionieren des Substrats. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet das Lasersystem eine Projektionsmaskenkonfiguration, bei der eine Präzisionslinse, die zwischen der Maske und dem Substrat angeordnet ist, das Excimer-Laserlicht auf das Substrat in der Abbildung der Struktur, die auf der Maske definiert ist, projiziert. Wie es bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel gezeigt ist, durchläuft insbesondere Licht 14 von einem Excimer-Laser 12 eine Maske 16 und trifft daraufhin auf die Oberfläche 22 eines Substrats 20. Optional kann eine Übertragungslinse 24 zwischen der Maske 16 und der Oberfläche 22 des Substrats 20 angeordnet sein. Die Maske 16 und das Substrat 20 können auf unabhängig gesteuerten X-Y-Translationsstufen oder auf der gleichen X-Y-Translationsstufe plaziert sein. Zusätzlich kann der Excimer-Laser 12 an einer bewegbaren Trageeinrichtung angebracht sein. Alternativ können ein Spiegel oder ein Spiegelsystem verwendet werden, um das Licht über die Maske und/oder das Substrat zu führen. Unter Verwendung dieses Systems kann das Licht 14 von dem Laser 12 mit einer vorbestimmten Rate und in einem beliebigen vorbestimmten Muster zu der Oberfläche 22 des Substrats 20 geführt werden.

Die Maske kann aus einem beliebigen laserlichtdurchlässigen Material mit einem auf demselben aufgebrachten laserlichtundurchlässigen Material, aus einem laserlichtdurchlässigen Material mit einem auf dasselbe aufgetragenen, laserlichtteildurchlässigen Material, aus einem laserlichtdurchlässigen Material mit einem in dasselbe eingebetteten, laserlichtundurchlässigen Material, aus einem laserlichtdurchlässigen Material mit einem in dasselbe eingebetteten laserlichtteildurchlässigen Material, oder aus einem laserlichtdurchlässigen Material mit einer Kombination aus einem auf dasselbe aufgebrachten laserlichtundurchlässigen Material, aus einem auf dasselbe aufgebrachten teilweise laserlichtdurchlässigen Material, aus einem in dasselbe eingebetteten laserlichtundurchlässigen Material und aus einem in dasselbe eingebetteten teilweise laserlichtdurchlässigen Material hergestellt sein. Das laserundurchlässige Material, das bei solchen Masken verwendet wird, wird vorzugsweise bei der Laserwellenlänge stark reflektierend sein und beispielsweise aus einem mehrschichtigen dielektrischen Material oder einem Metall, wie z. B. Aluminium, bestehen. Die Maske kann eine von vielen unterschiedlichen Konfigurationen annehmen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Maske eine "Graustufen"-Maske, die verwendet wird, um die Laserflußdichte auf bestimmten Bereichen des zu ablatierenden Substrats selektiv zu dämpfen. Da die Laserablationsrate, d. h. die Rate der Substratmaterialentfernung, abhängig von der Laserflußdichte ist, ergibt eine Steuerung und Dämpfung der Laserflußdichte unterschiedliche Laserablationsraten des Substrats. Merkmale mit unterschiedlichen Ablationstiefen können unter Verwendung einer einzigen Maske, die verschiedene Transmissionscharakteristika über der Oberfläche der Maske aufweist, gleichzeitig ablatiert werden. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann eine Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich eines Substrats bewirkt werden, indem eine Laserbeleuchtung mit niedriger Flußdichte bei einem Abtast- oder Schritt-Und-Wiederholungs-Protokoll verwendet wird.

Ein erster bevorzugter Maskentyp ist eine Maske mit vollständiger Transmission vom undurchlässigen/klaren Typ mit Graustufenstrukturen, z. B. eine "Punkt"-Graustufenmaske, wobei Beispiele derselben in Fig. 2A und 2B dargestellt sind. Dieser Maskentyp verwendet laserlichtundurchlässige Punkte, die in einem vorbestimmten oder zufälligen Abstand voneinander auf einer Volltransmissionsoberfläche beabstandet sind, oder laserlichtdurchlässige Punkte auf einem undurchlässigen Hintergrund. Die Punkte sind Elemente eines "Graustufen"-Bereichs auf der Maske, d. h. ein Bereich, über dem die Oberfläche eine Transmission von durchschnittlich weniger als 100% aufweist. Die Punkte können eine beliebige Geometrie, z. B. Kreise, Ovale, Dreiecke, Quadrate, Rechtecke, Fünfecke, Sechsecke oder eine andere mehrseitige Struktur und dergleichen, aufweisen. Ein zweiter bevorzugter Typ einer teilweise durchlässigen Maske ist eine "Linie-und-Zwischenraum"-Graustufenmaske, wobei Beispiele derselben in Fig. 3A und 3B dargestellt sind. Dieser Graustufenmaskentyp verwendet abwechselnde Linien, die entweder auf einem durchlässigen Hintergrund laserlichtundurchlässig oder auf einem undurchlässigen Hintergrund laserlichtdurchlässig sind.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Graustufenmaske ist die Größe der Punkte und der Linien derart gewählt, daß die Merkmale auf der ablatierten Oberfläche des Substrats nicht aufgelöst werden, d. h., so daß die Punkte oder Linien auf der Oberfläche des Substrats nicht sichtbar werden. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Größe der Punkte und Linien derart gewählt, daß die Merkmale mit einem großen Oberflächenbereich optimiert sind.

Der Strukturentwurf (Layout) der Punkte und folglich die Dichte der Laserlichttransmission wird hinsichtlich der Größe des Punktes auf einem Einheitsrasterbereich ausgedrückt. Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, kann folglich ein laserlichtundurchlässiges Quadrat von 2,0 µm × 2,0 µm in einem Einheitsrasterbereich von 3,0 µm × 3,0 µm plaziert sein. Bei einer Punktgraustufenmaske kann der Strukturentwurf der Punkte über dem Oberflächenbereich der Maske gleich oder unterschiedlich sein. Folglich können beispielsweise quadratische Punkte, deren Größe im Bereich von 0,75 µm2 bis 3,0 µm2 liegt, auf Einheitsrastern angeordnet werden, deren Größe in dem Bereich von etwa 2,0 µm2 bis 4,0 µm2 liegt. Die prozentuale Transmission von Laserlicht kann in einem Bereich zwischen größer als etwa 95% bis weniger als etwa 5% und vorzugsweise in dem Bereich von etwa 95% bis etwa 50% liegen. Da sich jedoch die Größe der Merkmale relativ zu der Wellenlänge des verwendeten Laserlichts erhöht, kann ein Verlust der Oberflächenhomogenität und eine Auflösung der Merkmale auftreten, d. h. die Struktur auf der Oberfläche des Substrats ähnelt einem Punkt. Dies kann für den Fall einer direkten Merkmalsdefinition eine erwünschte Oberflächenbereichskonfiguration oder für den Fall einer inhärenten Merkmalsdefinition eine unerwünschte Konfiguration darstellen.

Für eine Linie-Und-Zwischenraum-Maske wird der Strukturentwurf der abwechselnden undurchlässigen und durchlässigen Linien hinsichtlich der Größe einer durchlässigen Linie relativ zu einem Linie-Und-Zwischenraum-Paar ausgedrückt. Folglich wird eine 1,75 µm/3,0 µm-Maske 1,75 µm breite durchlässige Linien mit einer Gesamtabmessung des Linie-Und-Zwischenraum-Paars von 3,0 µm aufweisen. "Kleine" Linie-Und-Zwischenraum-Graustufenstrukturen weisen durchlässige Linien mit einer Breite in dem Bereich zwischen etwa 1,0 µm und 2,0 µm und einen Abstand in dem Bereich zwischen etwa 2,0 µm und 4,0 µm auf. "Große" Linie-Und-Zwischenraum-Graustufenstrukturen weisen durchlässige Linien mit einer Breite in dem Bereich zwischen etwa 2,0 µm und 4,0 µm und einen Abstand in dem Bereich zwischen etwa 4,0 µm und 8,0 µm oder größer auf. Die Maske kann einen gleichmäßigen Abstand über der gesamten Oberfläche der Maske aufweisen oder der Abstand kann alternativ über der Oberfläche der Maske variieren. Da sich, wie bereit angesprochen, der Abstand der Merkmale relativ zu der Wellenlänge des verwendeten Laserlichts erhöht, kann ein Verlust der Oberflächenhomogenität und eine Auflösung der Merkmale auftreten, d. h. die Struktur wird auf der Oberfläche des Substrats aufgelöst und ähnelt der Struktur auf der Maske. Dies kann für den Fall einer direkten Merkmalsdefinition eine erwünschte Oberflächenbereichskonfiguration darstellen oder für den Fall einer inhärenten Merkmalsdefinition eine unerwünschte Konfiguration darstellen.

Beispiele von Lasermasken umfassen freistehende Metallmasken, Metal-Auf-Substrat-Masken, Masken aus dielektrischen Schichten, holographische Phasenverschiebungsmasken und dergleichen.

Freistehende Metallmasken sind Laserablationsmasken, die unter Verwendung eines Metallblechs hergestellt wurden, in das eine Struktur gestanzt bzw. geschnitten worden ist. Diese Maske wird dann als eine "Schablone" verwendet, so daß das Laserlicht, das die offenen Löcher oder Bereiche in der Maske durchläuft, die Struktur auf dem Substrat ablatiert.

Metall-Auf-Substrat-Masken sind Metallmaskenstrukturen, die derart hergestellt werden, daß dieselben von einem Substrat getragen werden, das UV-durchlässig ist. Die Substrate können aus Materialien, wie z. B. Quarzglas, gezüchtetem Quarz, Magnesiumfluorid, Calciumfluorid und Lithiumfluorid, gebildet werden, wobei alle diese Materialien eine ziemlich hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Beschädigung aufgrund der hohen Laserflußdichte aufweisen. Das Metall kann durch mehrere unterschiedliche Einrichtungen einschließlich einer direkten Verdampfung, einer Elektronenstrahlverdampfung, eines Sputter-Vorgangs und einer Elektroplattierung auf dem Substrat aufgebracht werden. Dieses Metall kann dann unter Verwendung einer lithographischen Einrichtung oder möglicherweise sogar unter Verwendung einer Direkt-Schreibe-Laserablation strukturiert werden. Dieses Verfahren kann äußerst genaue Strukturen mit sehr kleinen Merkmalen liefern.

Masken aus dielektrischen Schichten verwenden ein stark UVdurchlässiges Substrat, auf das eine Serie von λ/4-Schichten (λ = Wellenlänge) aus dielektrischen Materialien mit abwechselnden hohen und niedrigen Brechungsindizes aufgebracht ist (siehe das US-Patent Nr. 4,923,772). Diese Konfiguration mit einer großen Anzahl von Schichtpaaren (z. B. 30 oder mehr) liefert eine hochreflektierende Oberfläche, die mehr als 90% des einfallenden Laserlichts reflektieren kann. Dieser Satz von dielektrischen Schichten kann dann unter Verwendung einer Lithographie und eines Naß- oder Trockenätzvorgangs strukturiert werden, oder die dielektrischen Schichten können alternativ unter Verwendung einer Abhebetechnik aufgebracht werden. Das Ergebnis ist eine Maske, die eine hochreflektierende Struktur aus undurchlässigen Bereichen, die einer Beschädigung aufgrund des hochenergetischen Lasers widerstehen, zusammen mit Bereichen aufweist, die stark durchlässig sind.

Holographische Phasenverschiebungsmasken sind bei Holmer u. a. (1995), Applied Optics 34: 7.718-7.723, und in den hierin zitierten Quellenangaben beschrieben.

Der Prozeß, mittels dem die Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich des Substrats hergestellt wird, umfaßt das Belichten der Oberfläche des Substrats mit einer Laserlichtquelle vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, durch eine teilweise durchlässige Maske oder eine holographische Phasenverschiebungsmaske. Der Prozeß kann das Abtasten der Oberfläche des Substrats mit dem maskierten Laserlicht umfassen. Das Ausmaß der Ablation des Substrats hängt teilweise von der Abtastgeschwindigkeit ab. Eine größere Ablation der Oberfläche des Substrats kann durch die Verwendung niedrigerer Abtastgeschwindigkeiten erreicht werden. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit, mit der das Laserlicht über das Substrat geführt wird, in dem Bereich von etwa 0,1 mm/s bis etwa 100 mm/s, vorzugsweise in dem Bereich von etwa 10 mm/s bis 50 mm/s, und in einem besonders bevorzugten Fall in dem Bereich von etwa 15 mm/s bis 35 mm/s liegen, wobei diese Angaben auf keine Weise eine Einschränkung bezüglich der Abtastgeschwindigkeiten darstellen sollen, die unter Verwendung der hierin beschriebenen Verfahren akzeptabel sind. Im allgemeinen kann dieses Verfahren unter Verwendung einer beliebigen Abtastrate als auch eines Schritt- Und-Wiederholungs-Protokolls angewendet werden, d. h. bei dem ein Laserpunkt, der möglicherweise eine definierte Form aufweist, inkremental von Ort zu Ort über das Substrat bewegt wird, wodurch eine ablatierte Struktur erzeugt wird. Alternativ kann der Laserpunkt feststehend gehalten werden, wobei das Substrat hinsichtlich des Punkts bewegt wird.

Zusätzlich kann der Laserablationsprozeß mehrere Belichtungen der Oberfläche des Substrats durch Laserlicht unter Verwendung der gleichen Maske oder einer Serie von unterschiedlichen Graustufenmasken umfassen. Die Serie von Laserablationsmasken kann die gleichen oder unterschiedliche Strukturen aufweisen, d. h. eine oder mehrere Punktgraustufenmasken mit der selben oder einer unterschiedlichen Struktur und/oder einer oder mehreren Linie-Und-Zwischenraum-Graustufenmasken mit dem selben oder unterschiedlichen Abständen können sequentiell oder in einer beliebigen Reihenfolge verwendet werden. Optional kann die Oberfläche mit Laserlicht durch eine 100%-durchlässige Maske, d. h. eine Maske, die im wesentlichen das gesamte einfallende Laserlicht durchläßt, an einem beliebigen Stadium des Prozesses belichtet werden.

Eine Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich eines Substrats kann ferner durch eine Kombination des Bewegens der Laserlichtquelle über die Oberfläche des Substrats, des Belichtens der Oberfläche mit Laserlicht unter Verwendung eines Schritt-Und-Wiederholungs-Protokolls und des Aussetzens des Substrats mehreren Laserlichtbelichtungen bewirkt werden.

Die Abtast- und Schritt-Und-Wiederholungs-Verfahren zum Herstellen eines texturierten Substrats mit einem großen Oberflächenbereich können verwendet werden, um die gesamte Oberfläche des Substrats mit Laserlicht oder lediglich ausgewählte Bereiche des Substrats zu belichten. Ausgewählte Bereiche des Substrats können unter Verwendung einer Maske, mittels der die Belichtung ausgewählter Bereiche verhindert wird, mit einer Laserlichtquelle belichtet werden, indem die Laserlichtquelle selektiv ein- oder ausgeschaltet wird, oder mittels einer Einrichtung, die in der Technik bekannt ist, um die Belichtung des Substrats selektiv zu begrenzen.

Das beanspruchte Verfahren kann ferner verwendet werden, um miniaturisierte Analysevorrichtungen unter Verwendung einer Laserablation in einem geeigneten Substrat herzustellen. Die Analysevorrichtungen können unter Verwendung von Spritzgußtechniken gebildet werden, bei denen die ursprüngliche Mikrostruktur in dem Substrat durch eines der oben erwähnten Verfahren gebildet worden ist.

Insbesondere werden Mikrostrukturen, wie z. B. Trennungsfächer, in einem planaren Substrat durch eine Excimer-Laserablation gebildet. Ein frequenzmultiplizierter YAG-Laser kann ferner anstelle des Excimer-Lasers verwendet werden. In einem solchen Fall kann eine komplex strukturierte Mikrostruktur auf einem geeigneten Polymer- oder Keramiksubstrat gebildet werden, indem ein Maskierungsprozeß mit einer Laserablationseinrichtung, wie z. B. bei einem Schritt-Und-Wiederholungs-Prozeß, kombiniert wird, wobei diese Prozesse Fachleuten auf diesem Gebiet ohne weiteres bekannt sind. Eine Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich der Trennungsfächer oder andere Merkmale auf der Vorrichtung werden bewirkt, indem eine Laserablationsmaske zwischen der Laserlichtquelle und dem Substrat angeordnet wird. Miniaturisierte Analysevorrichtungen, die, wie es hierin offenbart ist, aufgebaut sind, sind bei jedem Analysesystem nützlich, das entweder bei kleinen und/oder makromolekularen Lösungsprodukten in der flüssigen Phase durchgeführt wird, und können chromatographische und/oder elektrophoretische Trennungseinrichtungen verwenden. Die Vorrichtung weist Mikrokanäle und Kammern für eine Probenvorbereitung, Trennung und Erfassung auf. Beispielsweise kann eine biologische Probe, wie z. B. Blut, Urin, Milch, Zellen- oder Gewebeextrakt, ein Fermentierungsprodukt oder dergleichen, direkt zu der Vorrichtung hinzugefügt werden. Die Probe wird dann vorbereitet, wie es für den speziellen durchzuführenden Trennungsprozeß erforderlich ist, d. h. eine Filtration, eine Festphasenextraktion, eine Kapillarelektrophorese oder eine Flüssigchromatographie. Die vorbereitete Probe wird dann in eine Trennungskammer geleitet, woraufhin sofort eine Trennung folgt, die dann durch eine der vielen im Stand der Technik bekannten Einrichtungen erfaßt wird.

Insbesondere kann eine miniaturisierte Analysevorrichtung, die für eine Probenverarbeitung nützlich ist, durch eine Mikrofertigung eines Kanals in der Oberfläche eines Substrats hergestellt werden, der beispielsweise eine Trennungskammer bildet, wenn dieses Substrat mit einer Abdeckungsplatte oder einem Spiegelbild des Substrats, in dem ein entsprechender Kanal hergestellt worden ist, zusammenpassend angeordnet wird. Wie es im vorhergehenden angemerkt wurde, sind eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung in dem US-Patent Nr. 5,658,413 an Kaltenbach u. a., siehe oben, offenbart. Der Kanal kann unter Verwendung der hierin offenbarten und beanspruchten Verfahren hergestellt werden, um eine texturierte Oberfläche mit einem großen Oberflächenbereich zu besitzen. Die Texturierung der Oberfläche des Kanals kann homogen sein, d. h. gleichmäßig in dem gesamten Kanal, d. h. sowohl quer zu als auch entlang der Längsachse des Kanals. Alternativ kann die Texturierung des Kanals heterogen sein, d. h. die Texturierung ist nicht quer zu oder entlang der Längsachse des Kanals oder sowohl quer zu als auch entlang der Längsachse des Kanals gleichmäßig. Die Heterogenität der Texturierung kann entweder kontinuierlich sein, beispielsweise kann eine sich kontinuierlich ändernde Texturierung vorhanden sein, oder dieselbe kann diskontinuierlich sein, beispielsweise können Segmente mit einer unterschiedlichen heterogenen Texturierung vorhanden sein. Zusätzlich kann die Kanaloberfläche des Substrats hergestellt werden, um eine Mischung aus homogenen und heterogenen Bereichen oder Segmenten zu besitzen, wenn es die Anwendung der Vorrichtung erfordert.

Der Trennungsmodus, der unter Verwendung von miniaturisierten Analysevorrichtungen bewirkt werden kann, die Kanäle mit texturierten Merkmalen mit einem großen Oberflächenbereich aufweisen, kann eine chromatographische Trennung, eine elektrophoretische Trennung und Kombinationen von chromatographischen und elektrophoretischen Trennungsbetriebsarten sein. Diese Trennungsbetriebsarten können unter Verwendung von Kanälen, die eine Oberflächenbehandlung aufweisen, durchgeführt werden, d. h. Kanälen, die eine Oberfläche mit einem großen Oberflächenbereich aufweisen, die derart hergestellt und modifiziert ist, daß die Trennungscharakteristika der Vorrichtung durch eine Adsorption, Bindung oder Beschichtung, wie oben beschrieben, geändert oder auf irgendeine Weise gesteigert sind. Beispiele von selektiven chromatographischen Trennungsbetriebsarten umfassen eine "Normal"-Phasentrennung, eine Umkehrphasentrennung, eine Hydrophobe-Wechselwirkung-Trennung, eine Ionenaustauschtrennung, eine Affinitätserfassungstrennung und Kombinationen dieser Betriebsarten. Eine Umkehrphasentrennung kann somit beispielsweise in einem Trennungsfach bewirkt werden, das aus einem Kanal gebildet ist, an dem ein C18-Anteil gebunden worden ist, auf dem ein C18-Anteil adsorbiert worden ist, oder der mit einem C18-Anteil überzogen worden ist. Entsprechend kann eine Ionenaustauschtrennung in einem Trennungsfach bewirkt werden, das aus einem Kanal gebildet ist, an dem ein Mitglied einer Serie von starken oder schwachen anionischen oder kationischen Austauschern oder eine Kombination von starken und schwachen anionischen oder kationischen Austauschern gebunden ist, auf dem dieselben adsorbiert worden sind, oder der mit denselben beschichtet worden ist. Beispiele von elektrophoretischen Trennungsbetriebsarten umfassen das Herstellen eines Trennungsfachs aus einem Kanal, der der Probe einen physisch gewundenen Weg liefert, das Füllen der Zwischenräume eines Kanals, der eine Textur mit einem großen Oberflächenbereich aufweist, mit einem Gel, z. B. eine vernetzte oder nicht-vernetzte Polymer-Zusammensetzung, wie z. B. Polyacrylamid, das an die Oberfläche des Kanals gebunden oder auch nicht gebunden sein kann, oder das Packen der Zwischenräume eines Kanals, der eine Textur mit einem großen Oberflächenbereich aufweist, mit einem Material. wie z. B. Teilchen, die selektive Trennungscharakteristika liefern.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die miniaturisierte Analysevorrichtung hergestellt werden, um "n-dimensionale" Trennungsbetriebsarten zu liefern. Beispielsweise kann eine zweidimensionale Vorrichtung hergestellt werden, bei der ein Kanal, der eine Textur mit einem großen Oberflächenbereich aufweist, als die Trennungsbetriebsart erster Dimension dient. Eine zweite Dimension, die vorzugsweise orthogonal zu der ersten ist, kann auf der Oberfläche der Vorrichtung mikrogefertigt werden, um eine Textur mit einem großen Oberflächenbereich zu haben, und kann konfiguriert werden, so daß die Probe, die in der ersten Dimension getrennt wird, durch eine Trennung in der zweiten Dimension weiter verarbeitet werden kann. Die Trennungsbetriebsarten erster und zweiter Dimension können übereinstimmen oder sich unterscheiden und können eine beliebige der oben beschriebenen Betriebsarten aufweisen. Zusätzlich können die Oberflächen der Merkmale erster und zweiter Dimension des Substrats als eine texturierte Trennungsbetriebsart mit einem großen Oberflächenbereich verwendet werden oder können hergestellt oder modifiziert werden, um eine Oberflächenbehandlung oder eine Packung aufzuweisen, wie es oben beschrieben ist. Die Oberflächenbehandlungen der Merkmale erster und zweiter Dimension können übereinstimmen oder sich unterscheiden.

Das texturierte Substrat mit einem großen Oberflächenbereich, das hierin offenbart und beansprucht ist, kann als ein Original zum Herstellen von Duplikatstrukturen verwendet werden, die die Merkmale mit einem großen Oberflächenbereich aufweisen. Folglich kann das Substrat beispielsweise als eine Originalform verwendet werden, aus der ein Duplikat hergestellt werden kann. Alternativ kann das Substrat als Stempel oder Prägeeinrichtung oder als eine beliebige andere Einrichtung, die im Stand der Technik bekannt ist, verwendet werden, mittels der ein Duplikat hergestellt werden kann.

Das offenbarte Verfahren zum Herstellen einer Laserablationsmaske ist in vier getrennte Typen 1-4 unterteilt, die alle entweder unter Verwendung herkömmlicher Herstellungstechniken für dielektrische Lasermasken oder unter Verwendung von Erweiterungen und Modifikationen von herkömmlichen Herstellungstechniken für dielektrische Lasermasken hergestellt werden. Diese Typen und/oder deren Herstellungsverfahren können kombiniert werden, um weitere Maskentypen zu bilden.

Herstellung unter Verwendung einer Metallschichtstrukturierung

Verfahren A: Nach der Aufbringung wird die Metallschicht strukturiert oder selektiv entfernt, derart, daß eine Struktur aus Metall auf der Oberfläche des dielektrischen Stapels zurückbleibt. Das Metall kann auf mehrere Arten entfernt werden, einschließlich einer Laserablation und üblicherweise eines selektiven Schützens (Maskierens) der Bereiche, in denen das Metall bleiben soll, mit einem Photoresist, und daraufhin eines Verwendens eines Naß- oder Trockenätzvorgangs, um das freigelegte Metall zu entfernen.

Verfahren B: Alternativ kann das Metall in einer Struktur unter Verwendung eines Abhebeprozesses aufgebracht werden, bei dem eine strukturierte Opferschicht (z. B. ein Photoresist oder ein anderes Material) direkt auf den dielektrischen Stapel aufgebracht wird, woraufhin das Metall unter Verwendung eines "Tan"-Verdampfungsprozesses, eines Elektronenstrahlverdampfungsprozesses oder eines Sputtervorgangs aufgebracht wird. Das aufgebrachte Metall haftet an dem dielektrischen Stapel an, wobei jedoch das Metall, das auf die Opferschicht aufgebracht ist, "abgehoben" wird, wenn die Opferschicht entfernt wird.

Herstellung unter Verwendung einer Strukturierung eines dielektrischen Stapels

Es gibt zumindest vier grundlegende Verfahren zur Strukturierung eines dielektrischen Stapels: (1) der Stapel kann unter Verwendung eines Photoresists als definierende Maske trockengeätzt werden; (2) der Stapel kann unter Verwendung des Photoresists oder eines Metalls als definierende Maske naßgeätzt werden; (3) der Stapel kann unter Verwendung des Metalls als definierende Maske trockengeätzt werden; und (4) der Stapel kann während der Aufbringung unter Verwendung des oben für Metall beschriebenen Abhebeprozesses definiert werden, indem dielektrische Materialien anstelle von Metall gesputtert werden. Die Verfahren (1), (2) und (4) trennen die Prozesse der Strukturierung des Metalls und des dielektrischen Stapels vollständig. Bei dem Verfahren (3) ist es erforderlich, daß als erstes die Metallschichtstruktur definiert und als die Maske verwendet wird, um die Bereiche zu schützen, die die gewünschte Struktur für den dielektrischen Stapel definieren. Daraufhin wird der dielektrische Stapel geätzt/strukturiert. Das Verfahren (3) ist das bevorzugte Verfahren zur Strukturierung eines Dielektrikums.

BEISPIEL 1

Ein 308 nm-Excimer-Laser wurde verwendet, um eine Schicht aus Kapton® einer Laserablation zu unterziehen. Die nominelle Flußdichte des Laserlichts an der Oberfläche der Kapton®-Schicht war etwa 450±100 mJ/cm2. Die Abtastgeschwindigkeit der Maske und des Substrats relativ zu der Lichtquelle war etwa 23 mm/s. Ein Durchlauf des Laserlichts durch die Maske über die Oberfläche des Substrats ergab eine Laserablation bis auf eine Tiefe von 35±5 µm. Alle Maskenstrukturen wurden gleichmäßig durch den Laser beleuchtet, so daß alle Unterschiede in den sich ergebenden Strukturen aufgrund der Unterschiede in den Maskenstrukturen selbst auftraten. Die Fig. 4A-H sind Rasterelektronenmikroskopaufnahmen einer Kapton®-Schicht, die durch eine Linie-Und-Zwischenraum-Graustufenmaske laserablatiert wurde, die eine/einen Durchlaßlinienbreite/Linienabstand (prozentuale Transmission) von 4,0 µm/7,0 µm (57%), 4,0 µm/6,0 µm (67%), 3,5 µm/7,0 µm (50%), 3,5 µm/6,0 pm (58%), 3,0 µm/7,0 µm (43%), 3,0 µm/6,0 µm (50%) und 2,5 µm/5,0 µm (50%) aufweist.

Ein bemerkenswerter Aspekt der REM-Aufnahmen ist das Vorhandensein von Merkmalen, die als "Kegel" bezeichnet werden. Eine Kegelbildung, d. h. der Prozeß, der die Kegel erzeugt, ist ein häufig beobachtetes Phänomen bei der Ablation von Polymer-Materialien, wenn eine Ablation mit einer niedrigen Flußdichte, d. h. in der Nähe der Ablationsschwelle des Substrats, durchgeführt wird (siehe z. B. Krajnovich u. a. (1993), J. Appl. Phys. 73: 3.001-3.008). Zusätzliche Beobachtungen können in den Fig. 4A-G gemacht werden:

  • 1. die stärker durchlässigen Strukturen ergaben eine tiefere Ablation, während die schwächer durchlässigen Strukturen eine flachere Ablation ergaben;
  • 2. eine Kegelbildung tritt anscheinend überwiegend in den Bereichen auf, die die niedrigste nominelle Transmission durch die Lasermaske aufweisen, und bedeckt mit abnehmender Transmission einen größeren prozentualen Anteil des Ablationsbereichs;
  • 3. Linien, die der Linie-und-Zwischenraum-Graustufe entsprechen, wurden teilweise aufgelöst (siehe den unteren Bereich und die Seiten der ablatierten Bereiche); und
  • 4. die Größe der Kegel scheint zumindest teilweise von dem Transmissionswert abzuhängen, wobei eine größere Transmission größere Kegel ergibt.

Es hat den Anschein, daß es bei einem konstanten prozentualen Anteil der Transmission eine Korrelation zwischen der Gesamtanzahl von Kegeln in einem Bereich und der Größe der durchlässigen Linien gibt; es gibt eine größere Gesamtanzahl von Kegeln für eine kleinere Breite der durchlässigen Linien. Da die gesamte nominelle Beleuchtung auf dem Substrat für einen beliebigen gegebenen prozentualen Anteil der Transmission gleich ist, ist der Grund für diesen Effekt nicht klar. Da es jedoch eine gewisse "Unschärfe" an jeder Kante einer undurchlässigen Linie gibt, bei der eine gewisse Laserbeleuchtung auf den benachbarten nominell dunklen Bereich auftrifft, und da es eine große Anzahl von kleinen durchlässigen/undurchlässigen Linien gibt, die erforderlich sind, um einen gegebenen Bereich zu füllen, folgt daraus, daß es eine größere Anzahl von Punkten in dem gesamten Ablationsbereich gibt, die eine niedrige oder sehr niedrige Flußdichte aufweisen, die ideal zum Einleiten einer Kegelbildung ist.

BEISPIEL 2 Typ 1: Dielektrikum/Metall-Lasermaske mit zwei Flußdichten

Eine Dielektrikum/Metall-Lasermaske mit zwei Flußdichten und der Herstellungsprozeß für dieselbe sind in Fig. 5 dargestellt. Dieser Maskentyp ist aus einem durchlässigen Substrat zusammengesetzt, auf das ein teilweise durchlässiger (z. B. etwa 50%) dielektrischer Stapel aufgebracht ist. Der dielektrische Stapel kann durch Sputtern, gefolgt durch eine Aufbringung einer Schicht aus Metall durch eine Aufdampfung oder Sputtern aufgebracht werden. Die Metallschicht ist derart strukturiert, daß das Metall in den Bereichen entfernt wird, in denen sowohl eine vollständige Transmission erwünscht ist als auch in denen eine teilweise Transmission erwünscht ist. Der dielektrische Stapel wird derart strukturiert, daß derselbe lediglich an denjenigen Positionen entfernt wird, an denen eine vollständige Transmission erwünscht ist. Auf diese Art und Weise tritt in den Bereichen, in denen sowohl die Metallschicht als auch der dielektrische Stapel auf dem Substrat verbleiben, keine Transmission des Lasers auf, wobei dort, wo lediglich der dielektrische Stapel auf dem Substrat bleibt, eine verringerte Transmission auftritt, und wobei dort, wo weder die Metallschicht noch der dielektrische Stapel verbleibt, eine vollständige Transmission auftritt.

BEISPIEL 3 Typ 2: Kombinierte dielektrische Maske

Die Konfiguration einer kombinierten dielektrischen Maske und der Herstellungsprozeß dafür sind in Fig. 6 und 7 dargestellt.

Eine kombinierte dielektrische Maske ist aus zwei getrennt hergestellten dielektrischen Masken zusammengesetzt, die nach der Herstellung zu einer einzigen Maske kombiniert werden. Die erste Maske wird als die Typ-1-Maske, die im Beispiel 2 beschrieben wurde, unter Verwendung eines teilweise durchlässigen dielektrischen Stapels hergestellt, derart, daß eine niedrige, teilweise und vollständige Transmission mit der ersten Maske an dieser Stufe des Herstellungsprozesses erreicht werden kann. Die Metallschicht wird dann von der ersten Maske entfernt. Die zweite Komponente der Typ-2- Maskenkonfiguration wird entsprechend zu der dielektrischen Standardstapelmaske für eine Laserstrukturierung mit einem einzigen Transmissionspegel hergestellt. Der dielektrische Stapel für die zweite Komponente ist vollständig reflektierend (d. h. es tritt eine Transmission des Laserlichts von weniger als 1% auf), und dieser dielektrische Stapel und die definierende Metallschicht weisen nach der Definition die selbe Struktur auf, wie es in Fig. 6 und Fig. 7 gezeigt ist. Die Metallschicht wird dann von der zweiten Maske entfernt. Die erste und zweite Maske werden dann kombiniert oder aufeinander gestapelt, um eine einzige Maske zu bilden. Entweder die erste oder zweite Maske kann hinsichtlich der Laserquelle vor die andere Maske gesetzt werden.

BEISPIEL 4 Typ 2A: Kombinierte dielektrische Maske - Rücken-An-Rücken-Konfiguration

Diese Maske, die in Fig. 6 dargestellt ist, kombiniert eine erste und zweite Maske, wie es im Beispiel 3 beschrieben ist, derart, daß sich die Oberflächen der Maskensubstrate, die denjenigen der dielektrischen Stapel gegenüberliegen, in Kontakt befinden, und die Bereiche mit niedriger Transmission der ersten Maske exakt mit den Bereichen mit niedriger Transmission der zweiten Maske ausgerichtet sind.

BEISPIEL 5 Typ 2B: Kombinierte dielektrische Maske - Vorderseite-An-Vorderseite-Konfiguration

Diese Maske, die in Fig. 7 dargestellt ist, kombiniert eine erste und zweite Maske, wie es im Beispiel 3 beschrieben ist, derart, daß sich die Oberflächen der Maskensubstrate, auf denen die dielektrischen Stapel hergestellt sind, in Kontakt befinden, und die Bereiche mit niedriger Transmission der ersten Maske exakt mit den Bereichen mit niedriger Transmission der zweiten Maske ausgerichtet sind. Die erste und die zweite Maske können ferner derart kombiniert werden, daß die Rückseite einer Maske die Vorderseite der anderen Maske berührt, wobei jedoch die Vorderseite-An-Rückseite- Konfiguration die allgemeine Richtung des Verfahrens angibt.

Es gibt zumindest zwei Vorteile einer Typ-2B-Maske gegenüber einer Typ-2A-Maske. Erstens, die Ausrichtung der ersten Maske und der zweiten Maske zueinander hängt von der Ausrichtung der dielektrischen Merkmale jeweils zueinander ab, und es ist viel einfacher, Merkmale auszurichten, die sich in der selben Brennpunktebene befinden, wie für den Fall des Typs 2B, wobei dies nicht für den Fall des Typs 2A zutrifft, bei dem die dielektrischen Stapel durch die kombinierten Dicken beider Substrate getrennt sind. Zweitens, einige Verfahren einer Lasermaskenverwendung erfordern, daß die Maskenstruktur an einem spezifischen Punkt entlang des Lichtwegs eines konvergierenden oder divergierenden Lasers positioniert ist, damit sich die endgültige Beleuchtungs/Ablationsstruktur im Brennpunkt befindet. Die Typ-2A-Maske weist die dielektrische Struktur in zwei sehr getrennten Punkten entlang des Laserlichtwegs auf und könnte unerwünschte Effekte in dem endgültigen Lichtmuster erzeugen.

BEISPIEL 6 Typ 3: Zweiseitige dielektrische Maske

Ein Beispiel der Konfiguration einer Typ-3-Maske und der Herstellungsprozesse für dieselbe sind in Fig. 8 und Fig. 9 dargestellt.

Die zweiseitige dielektrische Maske entspricht der Typ-2A- Maske mit der Ausnahme, daß anstelle der Herstellung der zwei dielektrischen Stapel auf zwei getrennten durchlässigen Substraten, wie bei der Typ-2A-Maske, die dielektrischen Stapel bei der Typ-3-Maske sowohl auf die erste als auch zweite gegenüberliegende Seite eines einzigen Substrats unter Verwendung exakt der gleichen Techniken, die zum Herstellen der Typ-2A-Maske verwendet werden, aufgebracht und strukturiert werden. Der einzige Unterschied liegt in der Notwendigkeit, während der Herstellung eine Vorderseite-An- Rückseite-Ausrichtung durchzuführen, so daß die Struktur des dielektrischen Stapels auf der Vorderseite mit der auf der Rückseite des Substrats ausgerichtet ist.

BEISPIEL 7 Typ 3A: Zweiseitige dielektrische Maske - Maske mit zwei Flußdichten

Eine Typ-3A-Maske und ein Verfahren zum Herstellen derselben sind in Fig. 8 dargestellt.

Das Verfahren zum Herstellen einer Typ-3A-Maske repliziert das Verfahren, das verwendet wird, um eine Typ-2A-Maske herzustellen, in Konfiguration und Verwendung, jedoch mit der Ausnahme, daß der Abstand zwischen den Strukturen des dielektrischen Stapels auf dem Substrat lediglich die Dicke eines Substrats und nicht die Dicke von zwei Substraten, wie bei der Typ-2A-Maske, ist.

BEISPIEL 8 Typ 3B: Zweiseitige dielektrische Maske - Maske mit vier Flußdichten

Eine Typ-3B-Maske und ein Verfahren zum Herstellen derselben sind in Fig. 9 dargestellt.

Diese Maske verwendet einen dielektrischen Stapel, der einen vorbestimmten prozentualen Anteil eines Laserlichts durchläßt, einen weiteren dielektrischen Stapel, der einen vorbestimmten prozentualen Anteil durchläßt, auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats, und eine Metallschicht an der Oberseite des dielektrischen Stapels der Rückseite des Substrats. Die Metallschicht blockiert jedes verbleibende Laserlicht, nachdem dasselbe die vorhergehenden Dielektrika und das Substrat durchlaufen hat. Vier unterschiedliche prozentuale Anteile für die Transmission können unter Verwendung dieser Konfiguration definiert werden. Für Bereiche, in denen kein dielektrischer Stapel vorhanden ist, beträgt die Transmission 100% (minus der Verluste aufgrund des Substrats selbst). Für Bereiche, die lediglich mit 80% des dielektrischen Stapels bedeckt sind, beträgt die Transmission 80%. Für Bereiche, die mit lediglich 60% des dielektrischen Stapels bedeckt sind, beträgt die Transmission 60%. Für Bereiche, die sowohl mit 80% als auch 60% der dielektrischen Stapel bedeckt sind, beträgt die Transmission 40%. Und für Bereiche, die sowohl durch dielektrische Stapel als auch die Metallschicht bedeckt sind, beträgt die Transmission Null.

BEISPIEL 9 Typ 4: Dielektrische Standardmaske - Graustufenstrukturen

Dieses Verfahren verwendet eine Standardmaske aus dielektrischen Schichten. Die Laserlichttransmission wird durch die Verwendung unterschiedlich dimensionierter Punkte und/oder Linien und Zwischenräume moduliert. Die durchschnittliche Laserlichttransmission pro Einheitsfläche über eine Struktur kann durch Einbringen einer bestimmten Dichte von kleinen undurchlässigen oder reflektierenden Merkmalen, wie z. B. Punkten oder Linien, modifiziert werden. Falls beispielsweise 30% eines gegebenen Bereichs mit kleinen undurchlässigen oder reflektierenden Punkten bedeckt sind, kann angenommen werden, daß die Laserlichttransmission 70% beträgt, falls die Punkte klein genug sind, so daß dieselben nicht an der Zieloberfläche definiert werden. Falls die Punkte zu groß sind, werden die Punkte auf dem Substrat strukturiert.

BEISPIEL 10 Anwendungsfall unter Verwendung einer Maske, die wie hierin offenbart hergestellt ist

Verwendungsbeispiele für eine gleichzeitige Ablation mit mehreren Tiefen unter Verwendung einer der obigen Masken und für die Herstellung von Fluidvorrichtungen, die Durchgangslöcher und Kanäle erfordern, sind in dem US-Patent Nr. 5,500,071 an Kaltenbach u. a. und in dem US-Patent Nr. 5,571,410 an Swedberg u. a. definiert.

Folglich liefert die vorliegende Erfindung ein neuartiges Verfahren zum Herstellen eines texturierten Polymer-Substrats mit einem großen Oberflächenbereich, neuartige Substrate, die unter Verwendung dieses Verfahrens hergestellt werden, als auch neuartige Verfahren zum Herstellen von Laserablationsmasken und neuartige Laserablationsmasken, die durch diese Verfahren hergestellt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Herstellen einer Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich einer Oberfläche eines Substrats, mit dem Schritt des Wegnehmens von Material von der Oberfläche eines Substrats, des Hinzufügens von Material zu derselben oder sowohl des Wegnehmens von Material von derselben als auch des Hinzufügens von Material zu derselben unter Verwendung eines Wegnahmeverfahrens, eines Hinzufügungsverfahrens oder sowohl eines Wegnahmeverfahrens als auch eines Hinzufügungsverfahrens, um eine Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich der Oberfläche zu bilden.
  2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Verfahren ein Wegnahmeverfahren ist.
  3. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Verfahren ein Hinzufügungsverfahren ist.
  4. 4. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem das Wegnahmeverfahren ein lithographisches Verfahren ist.
  5. 5. Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem das lithographische Verfahren aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Verfahren einer direkten Merkmalsdefinition, einem Verfahren einer inhärenten Merkmalsdefinition, einem Verfahren einer Sekundärmaskierung, einem Aufbringungs- Und-Strukturierungs-Verfahren und Kombinationen derselben besteht.
  6. 6. Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem das lithographische Verfahren ein Verfahren einer direkten Merkmalsdefinition ist.
  7. 7. Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem das lithographische Verfahren ein Verfahren einer inhärenten Merkmalsdefinition ist.
  8. 8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem das Merkmalsdefinitionsverfahren das Belichten der Oberfläche eines Laser-ablatierbaren Substrats mit einer Laserlichtquelle aufweist.
  9. 9. Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem eine Laserablationsmaske verwendet wird, um ein Laserlichtmuster zu definieren, das auf die Oberfläche des Substrats einfällt.
  10. 10. Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem die Laserablationsmaske aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: einem Laserlicht-durchlässigen Material, das ein Laserlicht- undurchlässiges Material aufweist, das auf dasselbe aufgebracht ist, einem Laserlicht-durchlässigen Material, das ein Laserlicht-teildurchlässiges Material aufweist, das auf dasselbe aufgebracht ist, einem Laserlicht-durchlässigen Material, das ein Laserlicht-undurchlässiges Material aufweist, das in dasselbe eingebettet ist, einem Laserlicht-durchlässigen Material, das ein Laserlicht-teildurchlässiges Material aufweist, das in dasselbe eingebettet ist, oder einem Laserlicht-durchlässigen Material, das eine Kombination aus einem Laserlicht-undurchlässigen Material, das auf dasselbe aufgebracht ist, einem Laserlicht-teildurchlässigen Material, das auf dasselbe aufgebracht ist, einem Laserlicht-undurchlässigen Material, das in dasselbe eingebettet ist, und einem Laserlicht-teildurchlässigen Material, das in dasselbe eingebettet ist, aufweist.
  11. 11. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem die Laserablationsmaske eine Punktgraustufenmaske, eine Linie-Und-Zwischenraum-Graustufenmaske oder eine Kombination derselben ist.
  12. 12. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem die Laserablationsmaske eine Punktgraustufenmaske ist, die Punkte aufweist, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: undurchlässige Punkte, durchlässige Punkte, teildurchlässige Punkte und Kombinationen derselben.
  13. 13. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem die Laserablationsmaske eine Linie-Und-Zwischenraum-Graustufenmaske ist, die Linien aufweist, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: undurchlässige Linien, durchlässige Linien, teildurchlässige Linien, und Kombinationen derselben.
  14. 14. Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem das Belichten der Oberfläche des Substrats aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Abtasten der Laserlichtquelle über die Oberfläche des Substrats, Belichten der Oberfläche mit Laserlicht unter Verwendung eines Schritt-Und-Wiederholungs-Protokolls, Aussetzen des Substrats mehreren Belichtungen von Laserlicht, und Kombinationen derselben.
  15. 15. Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem eine Laserablationsmaske verwendet wird, um ein Laserlichtmuster zu definieren, das auf die Oberfläche des Substrats einfällt.
  16. 16. Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem das Substrat mehreren Belichtungen von Laserlicht ausgesetzt wird, wobei für jede der mehreren Belichtungen dieselbe oder eine unterschiedliche Laserablationsmaske oder eine Kombination derselben verwendet wird, um das Muster des Lichts zu definieren, das auf die Oberfläche des Substrats einfällt.
  17. 17. Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem ein ausgewählter Bereich des Substrats mit der Laserlichtquelle belichtet wird.
  18. 18. Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem eine Laserablationsmaske verwendet wird, um ein Laserlichtmuster zu definieren, das auf die Oberfläche des Substrats einfällt.
  19. 19. Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem die Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich eine homogene Texturierung oder eine heterogene Texturierung ist.
  20. 20. Verfahren gemäß Anspruch 19, bei dem die Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich eine heterogene Texturierung ist, und bei dem ferner die heterogene Texturierung aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: einer kontinuierlichen heterogenen Texturierung und einer diskontinuierlichen heterogenen Texturierung.
  21. 21. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem das Wegnahmeverfahren ein nicht-lithographisches Verfahren ist, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Verfahren eines Laser-unterstützten chemischen Ätzvorgangs und einem Verfahren einer lokalen Aufrauhung besteht.
  22. 22. Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem das Hinzufügungsverfahren aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Adsorbieren von Material an der Oberfläche des Substrats, Anhaften von Material an der Oberfläche des Substrats, Verbinden von Materialien mit der Oberfläche des Substrats, Abscheiden von Material auf die Oberfläche des Substrats und Kombinationen derselben.
  23. 23. Mit einem großen Oberflächenbereich texturiertes Substrat, das durch einen Prozeß mit folgenden Schritten hergestellt ist: Wegnehmen von Material von der Oberfläche eines Substrats, Hinzufügen von Material zu derselben oder sowohl Wegnehmen von Material von derselben als auch Hinzufügen von Material zu derselben unter Verwendung eines Wegnahmeverfahrens, eines Hinzufügungsverfahrens oder sowohl eines Wegnahme- als auch eines Hinzufügungs-Verfahrens, um eine Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich der Oberfläche zu erzeugen.
  24. 24. Mit einem großen Oberflächenbereich texturiertes Substrat gemäß Anspruch 23, bei dem das Substrat aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Polymer-Materialien, Keramikmaterialien, Glasmaterialien, Metallmaterialien, Verbundwerkstoffe derselben und Laminate derselben.
  25. 25. Mit einem großen Oberflächenbereich texturiertes Substrat gemäß Anspruch 23, bei dem das Substrat ein Laser-ablatierbares Substrat ist.
  26. 26. Mit einem großen Oberflächenbereich texturiertes Substrat gemäß Anspruch 25, bei dem das Lasersubstrat Polyimid aufweist.
  27. 27. Mit einem großen Oberflächenbereich texturiertes Substrat gemäß Anspruch 23, bei dem das Verfahren ein Wegnahmeverfahren ist.
  28. 28. Mit einem großen Oberflächenbereich texturiertes Substrat gemäß Anspruch 23, bei dem das Verfahren ein Hinzufügungsverfahren ist.
  29. 29. Mit einem großen Oberflächenbereich texturiertes Substrat gemäß Anspruch 27, bei dem das Wegnahmeverfahren ein lithographisches Verfahren ist.
  30. 30. Mit einem großen Oberflächenbereich texturiertes Substrat gemäß Anspruch 29, bei dem das lithographische Verfahren aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: einem Verfahren einer direkten Merkmalsdefinition, einem Verfahren einer inhärenten Merkmalsdefinition, einem Verfahren einer Sekundärmaskierung, einem Aufbringungs-Und-Strukturierungs-Verfahren, und Kombinationen derselben.
  31. 31. Mit einem großen Oberflächenbereich texturiertes Substrat gemäß Anspruch 30, bei dem das lithographische Verfahren ein Verfahren einer direkten Merkmalsdefinition ist.
  32. 32. Mit einem großen Oberflächenbereich texturiertes Substrat gemäß Anspruch 30, bei dem das lithographische Verfahren ein Verfahren einer inhärenten Merkmalsdefinition ist.
  33. 33. Mit einem großen Oberflächenbereich texturiertes Substrat gemäß Anspruch 32, bei dem das Merkmalsdefinitionsverfahren das Belichten der Oberfläche eines Laser-ablatierbaren Substrats mit einer Laserlichtquelle aufweist.
  34. 34. Das Substrat gemäß Anspruch 33, bei dem eine Laserablationsmaske verwendet wird, um ein Laserlichtmuster zu definieren, das auf die Oberfläche des Substrats einfällt.
  35. 35. Substrat gemäß Anspruch 34, bei dem die Laserablationsmaske aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: einem Laserlicht-durchlässigen Material, das ein Laserlicht- undurchlässiges Material aufweist, das auf dasselbe aufgebracht ist, einem Laserlicht-durchlässigen Material, das ein Laserlicht-teildurchlässiges Material aufweist, das auf dasselbe aufgebracht ist, einem Laserlicht-durchlässigen Material, das ein Laserlicht-undurchlässiges Material aufweist, das in dasselbe eingebettet ist, einem Laserlicht-durchlässigen Material, das ein Laserlicht-teildurchlässiges Material aufweist, das in dasselbe eingebettet ist, oder einem Laserlicht-durchlässigen Material, das eine Kombination aus einem Laserlicht-undurchlässigen Material, das auf dasselbe aufgebracht ist, einem Laserlicht-teildurchlässigen Material, das auf dasselbe aufgebracht ist, einem Laserlicht-undurchlässigen Material, das in dasselbe eingebettet ist, und einem Laserlicht-teildurchlässigen Material, das in dasselbe eingebettet ist, aufweist.
  36. 36. Substrat gemäß Anspruch 35, bei dem die Laserablationsmaske eine Punktgraustufenmaske, eine Linie-Und-Zwischenraum-Graustufenmaske oder eine Kombination derselben ist.
  37. 37. Substrat gemäß Anspruch 36, bei dem die Laserablationsmaske eine Punktgraustufenmaske mit Punkten ist, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: undurchlässige Punkte, durchlässige Punkte, teildurchlässige Punkte und Kombinationen derselben.
  38. 38. Substrat gemäß Anspruch 36, bei dem die Laserablationsmaske eine Linie-Und-Zwischenraum-Graustufenmaske ist, die Linien aufweist, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: undurchlässige Linien, durchlässige Linien, teildurchlässige Linien und Kombinationen derselben.
  39. 39. Substrat gemäß Anspruch 33, bei dem das Belichten der Oberfläche des Substrats aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Abtasten der Laserlichtquelle über die Oberfläche des Substrats, Belichten der Oberfläche mit Laserlicht unter Verwendung eines Schritt-Und-Wiederholungs-Protokolls, Aussetzen des Substrats mehreren Belichtungen von Laserlicht und Kombinationen derselben.
  40. 40. Substrat gemäß Anspruch 39, bei dem eine Laserablationsmaske verwendet wird, um ein Laserlichtmuster zu definieren, das auf die Oberfläche des Substrats einfällt.
  41. 41. Substrat gemäß Anspruch 40, bei dem das Substrat mehreren Belichtungen von Laserlicht ausgesetzt ist, und wobei für jede der mehreren Belichtungen die gleiche oder eine unterschiedliche Laserablationsmaske oder eine Kombination derselben verwendet wird, um das Muster des Lichts, das auf die Oberfläche des Substrats einfällt, zu definieren.
  42. 42. Substrat gemäß Anspruch 33, bei dem ein ausgewählter Bereich des Substrats mit der Laserlichtquelle belichtet wird.
  43. 43. Substrat gemäß Anspruch 42, bei dem eine Laserablationsmaske verwendet wird, um ein Laserlichtmuster zu definieren, das auf die Oberfläche des Substrats einfällt.
  44. 44. Substrat gemäß Anspruch 43, bei dem die Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich eine homogene Texturierung oder eine heterogene Texturierung ist.
  45. 45. Substrat gemäß Anspruch 44, bei dem die Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich eine heterogene Texturierung ist, und bei der ferner die heterogene Texturierung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer kontinuierlichen heterogenen Texturierung und einer diskontinuierlichen Texturierung besteht.
  46. 46. Substrat gemäß Anspruch 27, bei dem das Wegnahmeverfahren ein nicht-lithographisches Verfahren ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Verfahren eines Laser-unterstützten chemischen Ätzvorgangs und einem Verfahren einer lokalen Aufrauhung besteht.
  47. 47. Substrat gemäß Anspruch 28, bei dem das Hinzufügungsverfahren aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Adsorbieren von Material an der Oberfläche des Substrats, Anhaften von Material an der Oberfläche des Substrats, Verbinden von Material mit der Oberfläche des Substrats, Abscheiden von Material auf die Oberfläche des Substrats und Kombinationen derselben.
  48. 48. Miniaturisierte Analysevorrichtung, die durch einen Prozeß hergestellt wird, der den Schritt des Wegnehmens von Material von der Oberfläche eines Substrats, des Hinzufügens von Material zu derselben oder sowohl des Wegnehmens von Material von derselben als auch des Hinzufügens von Material zu derselben unter Verwendung eines Wegnahmeverfahrens, eines Hinzufügungsverfahrens oder sowohl eines Wegnahme- als auch Hinzufügungsverfahrens aufweist, um eine Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich der Oberfläche zu erzeugen.
  49. 49. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 48, bei der das Substrat aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Polymer-Materialien, Keramikmaterialien, Glasmaterialien, Metallmaterialien, Verbundwerkstoffe aus denselben und Laminate derselben.
  50. 50. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 48, bei der das Verfahren ein Wegnahmeverfahren ist.
  51. 51. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 48, bei der das Verfahren ein Hinzufügungsverfahren ist.
  52. 52. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 50, bei der das Wegnahmeverfahren ein lithographisches Verfahren ist.
  53. 53. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 52, bei dem das lithographische Verfahren aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: einem Verfahren einer direkten Merkmalsdefinition, einem Verfahren einer inhärenten Merkmalsdefinition, einem Sekundärmaskierungsverfahren, einem Aufbringungs-Und-Strukturierungs-Verfahren und Kombinationen derselben.
  54. 54. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 53, bei der das lithographische Verfahren ein Verfahren einer direkten Merkmalsdefinition ist.
  55. 55. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 53, bei der das lithographische Verfahren ein Verfahren einer inhärenten Merkmalsdefinition ist.
  56. 56. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 55, bei der das Merkmalsdefinitionsverfahren den Schritt des Belichtens der Oberfläche eines Laser-ablatierbaren Substrats mit einer Laserlichtquelle aufweist.
  57. 57. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 56, bei der eine Laserablationsmaske verwendet wird, um ein Laserlichtmuster zu definieren, das auf die Oberfläche des Substrats einfällt.
  58. 58. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 57, bei der Laserablationsmaske aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: einem Laserlicht-durchlässigen Material, das ein Laserlicht-undurchlässiges Material aufweist, das auf dasselbe aufgebracht ist, einem Laserlicht-durchlässigen Material, das ein Laserlicht-teildurchlässiges Material aufweist, das auf dasselbe aufgebracht ist, einem Laserlicht-durchlässigen Material, das ein Laserlicht-undurchlässiges Material aufweist, das in dasselbe eingebettet ist, einem Laserlichtdurchlässigen Material, das ein Laserlicht-teildurchlässiges Material aufweist, das in dasselbe eingebettet ist, oder einem Laserlicht-durchlässigen Material, das eine Kombination aus einem Laserlicht-undurchlässigen Material, das auf dasselbe aufgebracht ist, einem Laserlicht-teildurchlässigen Material, das auf dasselbe aufgebracht ist, einem Laserlicht-undurchlässigen Material, das in dasselbe eingebettet ist, und einem Laserlicht-teildurchlässigen Material, das in dasselbe eingebettet ist, aufweist.
  59. 59. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 58, bei der die Laserablationsmaske eine Punktgraustufenmaske, eine Linie-Und-Zwischenraum-Graustufenmaske oder eine Kombination derselben ist.
  60. 60. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 59, bei der Laserablationsmaske eine Punktgraustufenmaske ist, die Punkte aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus undurchlässigen Punkten, durchlässigen Punkten, teildurchlässigen Punkten und Kombinationen derselben besteht.
  61. 61. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 59, bei der die Laserablationsmaske eine Linie-Und-Zwischenraum-Graustufenmaske ist, die Linien aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus undurchlässigen Linien, durchlässigen Linien, teildurchlässigen Linien und Kombinationen derselben besteht.
  62. 62. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 56, bei der der Belichtungsvorgang der Oberfläche des Substrats aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Abtasten der Laserlichtquelle über die Oberfläche des Substrats, Belichten der Oberfläche mit Laserlicht unter Verwendung eines Schritt-Und-Wiederholungs-Protokolls, Aussetzen des Substrats mehreren Belichtungen von Laserlicht und Kombinationen derselben.
  63. 63. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 62, bei der eine Laserablationsmaske verwendet wird, um ein Laserlichtmuster zu definieren, das auf die Oberfläche des Substrats einfällt.
  64. 64. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 63, bei der das Substrat mehreren Belichtungen von Laserlicht ausgesetzt ist, und bei der für jede der mehreren Belichtungen die gleiche oder eine unterschiedliche Laserablationsmaske oder eine Kombination derselben verwendet wird, um das Muster des Lichts zu definieren, das auf die Oberfläche des Substrats einfällt.
  65. 65. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 56, bei der ein ausgewählter Bereich des Substrats mit der Laserlichtquelle belichtet wird.
  66. 66. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 65, bei der eine Laserablationsmaske verwendet wird, um ein Laserlichtmuster zu definieren, das auf die Oberfläche des Substrats einfällt.
  67. 67. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 66, bei der die Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich eine homogene Texturierung oder eine heterogene Texturierung ist.
  68. 68. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 67, bei der die Texturierung mit einem großen Oberflächenbereich eine heterogene Texturierung ist, und bei der ferner die heterogene Texturierung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer kontinuierlichen heterogenen Texturierung und einer diskontinuierlichen heterogenen Texturierung besteht.
  69. 69. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 50, bei der das Wegnahmeverfahren ein nicht-lithographisches Verfahren ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Verfahren eines Laser-unterstützten chemischen Ätzvorgangs und einem Verfahren einer lokalen Aufrauhung besteht.
  70. 70. Miniaturisierte Analysevorrichtung gemäß Anspruch 51, bei der das Hinzufügungsverfahren aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Adsorbieren von Material an der Oberfläche des Substrats, Anhaften von Material an der Oberfläche des Substrats, Verbinden von Material mit der Oberfläche des Substrats, Abscheiden von Material auf die Oberfläche des Substrats und Kombinationen derselben.
  71. 71. Verfahren zum Herstellen einer Vervielfältigungskopie eines mit einem großen Oberflächenbereich texturierten Substrats mit dem Schritt des Verwendens des mit einem großen Oberflächenbereich texturierten Substrats gemäß einem der Ansprüche 23 bis 47 als ein Original zum Herstellen der Kopie.
  72. 72. Verfahren gemäß Anspruch 71, bei dem das Original als Originalform verwendet wird.
  73. 73. Verfahren gemäß Anspruch 71, bei dem das Original als ein Prägestempel verwendet wird.
  74. 74. Verfahren zum Herstellen einer Vervielfältigungskopie einer miniaturisierten Analysevorrichtung, mit dem Sehritt des Verwendens der miniaturisierten Analysevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 48 bis 70 als Original zum Herstellen der Vervielfältigungskopie.
  75. 75. Verfahren gemäß Anspruch 74, bei dem das Original als Originalform verwendet wird.
  76. 76. Verfahren gemäß Anspruch 74, bei dem das Original als Prägestempel verwendet wird.






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