專利名稱：將圖案轉(zhuǎn)移到一個物體上的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及將一個圖案從印模轉(zhuǎn)移到一個物體上。本發(fā)明還特別涉及微米和納米結(jié)構(gòu)的制造。
背景技術(shù)：
一種有前途的制造納米結(jié)構(gòu)、即大約100納米或更小結(jié)構(gòu)的技術(shù)稱為納米版印術(shù)。文獻(xiàn)US-A-5772905中描述了這種技術(shù)，這里以該文獻(xiàn)為參考。在這種版印術(shù)中，主要步驟概括示于圖1a-1d，一個納米結(jié)構(gòu)的圖案從印模1轉(zhuǎn)移到物體2上。物體2由一個基體2a和一個加在基體上的聚合物材料的薄膜2b(保護(hù)層)組成。將薄膜2b加熱到適當(dāng)溫度后，將印模1壓到薄膜2b上(圖1b)。然后在層2b中形成所需深度的凹槽3后將印模從物體2取出(圖1c)。隨后消除留在凹槽3中的任何薄膜，例如通過腐蝕消除，因此暴露基體2a。在隨后的工藝階段(未示出)，在基體或加在基體上的某種其它材料中重新產(chǎn)生薄膜中的圖案。
一種根據(jù)上述美國專利進(jìn)行上述版印工藝的裝置包括第一接觸裝置和接受印模的表面、第二接收裝置和接受物體的表面、和一個用于使第一和第二接受面相互接觸或連接的壓力裝置。
加在基體上的薄膜非常薄，一般為50-200納米。甚至為了均勻地構(gòu)成物體的結(jié)構(gòu)，印模和物體必須相互平行，其精度為幾納米。工業(yè)應(yīng)用中，物體的直徑可以為15-30厘米，這就意味著相互接觸表面的最大傾斜角約為10-7rad。印模與物體之間的更大傾斜除了使物體的結(jié)構(gòu)不均勻外，還會導(dǎo)致物體破壞。實際上，基體一般由脆性材料制成，如Si/SiO2、GaAs或InP，并且接觸過程中加到基體上的壓力較大，一般為4-10MPa。
上述問題的一個可以接受的解決辦法是將裝置的接受面固定在一個互相完全平行的關(guān)系中。但是，這就要求所有物體的兩面完全平坦且平行。由于制造的原因，這是不可能的，因此，必須針對每個單個的物體來調(diào)整裝置。
根據(jù)以前提出的解決該問題的辦法，在印模或物體接受面安裝多個功率或壓力傳感器。采用一個控制單元在這樣測量的壓力分布的基礎(chǔ)上主動控制接觸裝置的相互角度位置。但是，這是一種高成本且復(fù)雜的方法，這種方法還很難放大到適用于大物體的結(jié)構(gòu)。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個目的是完全或部分解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題。更具體地說，本發(fā)明的目的是提供一種簡單的裝置，將一個圖案從印模轉(zhuǎn)移到一個物體上，印模與物體之間具有很高的相互平行度。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種可以使印模和物體在高壓下接觸的裝置。
本發(fā)明的一個特殊的目的是提供一種適于將微米或納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到物體的裝置。
將在下面的描述中體現(xiàn)出的這些目的通過一種權(quán)利要求1所述的裝置來達(dá)到。優(yōu)選的實施例在從屬權(quán)利要求中限定。
在本發(fā)明的裝置中，接受面以及接受在接受面上的印模和物體可以在一個不平行的位置中放在一起。當(dāng)印模與物體接觸時，作用在它們之間的力使一個接受面相對另一個接受面轉(zhuǎn)動，使它們被自動帶到一個相互平行的位置。該裝置設(shè)計簡單，并且可以使印模和物體在高壓下接觸。該裝置還可以很容易地放大到構(gòu)成直徑或厚度更大的物體。
根據(jù)一個優(yōu)選實施例，支承件通過相互配合的陰、陽部分與裝置體轉(zhuǎn)動連接，陰、陽部分之間形成一個接受一種流體、最好是液壓流體的小室。由于流體可以將一定量的慣性傳遞給支承件的轉(zhuǎn)動運(yùn)動，這種裝置使印模與物體可以平穩(wěn)地逐漸接觸。陰、陽部分之間的小室內(nèi)的流體還可以吸收接觸過程中可能出現(xiàn)的壓力突然變化，這也會促進(jìn)平穩(wěn)和逐漸接觸。該實施例的另一個優(yōu)點是能夠通過一個壓力傳感器檢測小室中建立的壓力，該壓力可以轉(zhuǎn)換成印模與物體之間實際接觸壓力的幾乎確切的值。在壓力傳感器檢測壓力的基礎(chǔ)上，壓力裝置可以產(chǎn)生很好確定的印模與物體之間的壓力。
根據(jù)另一個優(yōu)選實施例，陽部分插在陰部分中，使小室在位于陰部分中的陽部分的周圍。因此，陰、陽部分之間的機(jī)械接觸最小。
當(dāng)印模和物體在接觸過程中向相互平行的位置轉(zhuǎn)動時，大量的力作用在物體的周邊。在優(yōu)選實施例中，通過形成一個開口部分的陰部分以及直徑等于或小于支承件接受面直徑的周邊部分而使這些力最小，開口部分與陽部分的外周部分密封接觸。
為了達(dá)到印模與物體的最佳均勻接觸，支承件上的陰、陽部分最好與支承件的接受面同軸。


下面參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明及其優(yōu)點，附圖以示例的方式示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1a-1d示出通過現(xiàn)有技術(shù)的納米版印術(shù)將一個圖案從一個印模轉(zhuǎn)移到一個基體上。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的裝置的基本示意圖。
圖3a是圖2所示支座的放大側(cè)視圖，某些內(nèi)部部分用虛線表示；圖3b是圖3a中支座中心平面的剖面圖。
圖4-7是其它實施例的支座中心平面的剖面圖。
具體實施例方式
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的裝置的示意圖。該裝置的目的是將一個圖案從印模1轉(zhuǎn)移到物體2，該裝置包括一個壓力機(jī)10和一個與壓力機(jī)配合的支座20。壓力機(jī)可以是現(xiàn)有技術(shù)中的類型，例如液壓操作的壓力機(jī)，壓力機(jī)有一個活塞件11，活塞件可以在一個確定的方向相對壓力機(jī)10的固定機(jī)體12往返運(yùn)動?；钊?1在其面向機(jī)體12以外方向的一側(cè)有一個用于接受印模1的表面13。
該裝置還包括一個支座20，支座20包括一個固定基礎(chǔ)21和一個支承件22，支承件面向基礎(chǔ)21以外的一側(cè)有一個用于接受物體2的表面23。表面23與要接受的物體2的尺寸基本相同。表面23上有一個用于固定物體2的鎖定裝置(未示出)。鎖定裝置可以是任何類型，但是為了自動生產(chǎn)，固定物體時最好使用負(fù)壓。正如下面將參照圖3a-3b更詳細(xì)描述的，支承件22可以相對基礎(chǔ)21轉(zhuǎn)動。
在根據(jù)圖3a-3b的實施例中，基礎(chǔ)21包括一個垂直支撐板24和一個凸起的陰部分25，該部分的形狀為一個套筒，因此形成一個凹腔26。支承件22包括一個底板27，它的一側(cè)形成表面23，而另一側(cè)有一個突出軸形狀的陽部分28，該部分與接受面23同軸。軸28的遠(yuǎn)端插入凹腔26中，并與陰部分一起形成一個封閉的小室29。軸28和凹腔26的橫截面都為圓形。凹腔26的出口區(qū)32處的圓形槽31中有一個O形密封環(huán)30。O形環(huán)30貼靠軸28的圓形表面，以封閉小室29不與外界空氣接觸。小室29由低壓縮性的液壓流體、如車輛制動液來充填。
當(dāng)印模1壓靠物體2時，小室29中產(chǎn)生增加的壓力，并且趨于將O形環(huán)30壓出槽31。為了抵抗這一點，出口區(qū)域32有一個與槽31連接的圓形導(dǎo)向凸緣33。為了最大限度地減少流體通過O形環(huán)從小室29滲漏，可以根據(jù)圖7所述的另一個實施例將一個柔性織物38、如橡膠材料的織物密封固定在小室的內(nèi)壁，因此形成在小室29中形成一個流體限制膜。流體被封閉在膜38與小室29內(nèi)壁之間空間中，并且吸收來自軸28遠(yuǎn)端的力，當(dāng)印模1壓靠物體2時，該遠(yuǎn)端頂靠膜38。如果有圖3a-3b所示的O形環(huán)，在軸28有很大傾斜的情況下，這將影響軸的遠(yuǎn)端。由于在該替代實施例中沒有O形環(huán)，當(dāng)印模貼靠物體時，力在印模整個表面上的分布將更加均勻。
一個壓力傳感器34穿過支撐板24中的孔35直接或通過一個隔板(未示出)與小室29中的流體接觸。根據(jù)圖2，壓力傳感器34與一個控制單元36、如一個計算機(jī)連接?？刂茊卧?6與壓力機(jī)10連接，并通過壓力控制裝置37、如一個泵/閥控制印模1與物體2的接觸，泵/閥控制作用在活塞件上的液壓壓力。
在一個優(yōu)選實施例中，支承件22包括一個用于加熱物體2的加熱裝置(未示出)。另外，支承件可以有一個冷卻回路K形式的冷卻裝置，一種冷卻介質(zhì)流過冷卻回路K(圖3a)。這樣除了冷卻物體2外，還可以使軸28的溫度穩(wěn)定，防止軸的溫度變化。
下面參照圖2簡要描述該裝置的操作方式?？刂茊卧?6起動壓力控制裝置37，將活塞件11推向不動的支座20，以便與支座20接觸。安裝在活塞件11上的印模1通常不與安裝在支座上的物體2完全平行。與物體2接觸時，印模1與物體2之間的任何傾斜都將自動被它們之間的力消除，力的作用造成支承件22繞位于出口區(qū)域32中心的轉(zhuǎn)動點相對基礎(chǔ)21轉(zhuǎn)動。小室29中的流體緩沖支承件22在平行過程中的運(yùn)動，因此使接觸能平緩進(jìn)行。然后，平行的接受面13、23相互貼靠，直到壓力傳感器34紀(jì)錄所需的接觸壓力，此后，控制單元36使壓力機(jī)鎖住活塞件11一個給定的時間。然后，控制單元36起動壓力控制裝置37，使活塞件11離開支座20，這樣，可以將已經(jīng)形成的物體2從接受表面23拿開。
用圖2、3所示的裝置已經(jīng)在制造微米和納米結(jié)構(gòu)方面取得了令人滿意的結(jié)果。一個Si/SiO2基體上有一個300納米厚的950K PMMA薄層。將該物體在180℃下烘烤24小時。然后將物體安裝在裝置上，隨后將PMMA層加熱到大約170℃。加熱在該溫度下結(jié)束，并將帶有一個圖案的印模壓到物體上，圖案深度為300納米，壓力約為60巴，時間約1分鐘。同時將物體冷卻到約80℃。這樣構(gòu)成的物體圖案深度約為200納米，并且均勻分布在整個基體上，在該例子中，物體的直徑約為5厘米。
圖4-6為支座20的不同實施例的示意圖，與圖2-3相同的部件用相同的標(biāo)號表示。
圖4中，基礎(chǔ)21的相互配合的陰、陽部分28、25和支承件22的形狀互補(bǔ)，更特殊的是局部為球形。該實施例可以使印模1與物體2產(chǎn)生某種更柔和的接觸。
圖5中，支承件22的接受面23的直徑與開口區(qū)域的陽部分28的外周表面的直徑基本相同。
圖6中，基礎(chǔ)21有一個與支承件中的陰部分25’配合的凸起的陽部分28’。
但是，需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明不限于上述實施例，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出某些改變是可行的。例如，在附圖中，印模1和物體2可以改變位置。在另一個實施例中，支承件22旋轉(zhuǎn)安裝在活塞件11上，而不是安裝在支座20的基礎(chǔ)21上。根據(jù)另一個實施例，支座20向活塞件11移動。在一個可能的實施例中，支承件22也可以通過一個機(jī)械連接，而不是上面描述的流體力學(xué)連接與基礎(chǔ)21轉(zhuǎn)動連接。
權(quán)利要求
1.將圖案從印模(1)轉(zhuǎn)移到物體(2)上的裝置，它包括帶有印模(1)的接受面(13)的第一接觸裝置(11)、帶有物體(2)的接受面(23)的第二接觸裝置(20)、和一個壓力裝置(10)，壓力裝置用于操縱至少一個接觸裝置(11，20)，使印模(1)與物體(2)接觸，其特征在于，第一和第二接觸裝置(11，20)中的一個包括一個基礎(chǔ)(21)和一個支承件(22)，支承件(22)有一個第一端和一個第二端，第一端限定所述一個接觸面(23)，相對的第二端與基礎(chǔ)(21)轉(zhuǎn)動連接，使印模(1)與物體(2)相互接觸時自動處于相互平行的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，支承件(22)通過相互配合的陰、陽部分(28，25；28’，25’)與基礎(chǔ)(21)連接，陰、陽部分之間形成一個容納一種流體、特別是液壓流體的小室(29)。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，陽部分(28；28’)插入到陰部分(25；25’)中，使小室(29)包圍位于陰部分(25；25’)中的陽部分(28；28’)。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，小室(29)在支承件(22)的所述相對端形成。
5.如權(quán)利要求2-4之一所述的裝置，其特征在于，陽部分和陰部分(28，25；28’，25’)中的一個在支承件(22)上，并最好與支承件(22)的接受面(23)同軸。
6.如權(quán)利要求2-5之一所述的裝置，其特征在于，陰部分(25；25’)形成一個與陽部分(28；28’)的外周部分密封接觸的開口部分(32)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，開口部分(32)包括一個柔性材料制成的密封件(30)，該密封件貼靠陽部分(28；28’)的外周部分。
8.如權(quán)利要求6或7所述的裝置，其特征在于，外周部分基本為圓形。
9.如權(quán)利要求6-8之一所述的裝置，其特征在于，外周部分的直徑等于或小于支承件(22)的接受面(23)的直徑。
10.如權(quán)利要求2-9之一所述的裝置，其特征在于，陽部分(28)在支承件(22)的相對端形成，而陰部分(25)在基礎(chǔ)(21)中形成。
11.如權(quán)利要求2-9之一所述的裝置，其特征在于，陰部分(25’)在支承件(22)的相對端形成，而陽部分(28’)在基礎(chǔ)(21)中形成。
12.如權(quán)利要求2-11之一所述的裝置，其特征在于，一個壓力傳感器(34)用于檢測小室(29)中的流體壓力。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，壓力傳感器(34)裝在基礎(chǔ)(21)中。
14.如權(quán)利要求12或13所述的裝置，其特征在于，一個控制單元(36)能夠在壓力傳感器(34)所測壓力的基礎(chǔ)上使壓力裝置(10)在印模(1)與物體(2)之間建立一個給定的壓力。
15.如上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，支承件(22)包含由一種冷卻介質(zhì)通過的一個冷卻回路(K)。
16.如上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，印模(1)有一個微米或納米結(jié)構(gòu)的圖案。
17.如上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，物體(2)包括一個基體(2a)和一個加在基體上的聚合物材料層(2b)。
18.將圖案從印模(1)轉(zhuǎn)移到物體(2)上的裝置，它包括帶有印模(1)的接受面(13)的第一接觸裝置(11)、帶有物體(2)的接受面(23)的第二接觸裝置(20)、和一個壓力裝置(10)，壓力裝置用于操縱至少一個接觸裝置(11， 20)，使印模(1)與物體(2)接觸，其特征在于，第一和第二接觸裝置(11，20)中的一個包括一個基礎(chǔ)(21)和一個支承件(22)，支承件(22)有一個第一端和一個第二端，第一端限定所述一個接觸面(23)，相對的第二端通過相互配合的陰、陽部分(28，25；28’，25’)與基礎(chǔ)(21)轉(zhuǎn)動連接，陰、陽部分之間限定一個容納一種流體、特別是液壓流體的小室(29)，使印模(1)與物體(2)相互接觸時自動處于相互平行的位置。
全文摘要
將一個微米或納米結(jié)構(gòu)的圖案從印模(1)轉(zhuǎn)移到物體(2)上的裝置，它包括帶有印模(1)的接受面(13)的第一接觸裝置(11)和帶有物體(2)的接受面(23)的第二接觸裝置(20)。一個壓力裝置(10)能夠操縱至少一個接觸裝置(11，20)，使印模(1)與物體(2)相互配合。一個接觸裝置(11，20)包括一個基礎(chǔ)(21)和一個支承件(22)。支承件(22)有一個第一端和一個第二端，第一端形成所述一個接觸面(23)，相對的第二端與基礎(chǔ)(21)轉(zhuǎn)動連接，使印模(1)與物體(2)相互接觸時自動處于相互平行的位置。
文檔編號G03F7/00GK1437714SQ01806518
公開日2003年8月20日 申請日期2001年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月15日
發(fā)明者拉爾斯·蒙特利烏斯, 巴巴克·海達(dá)里, 托德·謝恩霍爾姆 申請人:奧博杜卡特股份公司