CN100454141C - 用于将图案转印到物体的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于将图案转印到物体(2)上的设备(4)。本发明特别地涉及微结构和毫微结构的生成。该设备包括对准装置(10)，它设置成与第一接触装置(7)连接，以控制第一印模(8)沿垂直于推压方向(A)的方向上的运动，和具有第二印模(12)的第二接触装置(11)，第二印模(12)用于将第二图案压印到物体(2)的第二表面(6)上，和推压装置(9)，它还用于沿推压方向(A)推动第二印模(12)与物体(2)的第二表面(6)接触。由此得到了设计简单的设备，它具有较高的印模与物体的对准精确度。

Description

用于将图案转印到物体的设备
技术领域
本发明总体上涉及将图案从印模转印到物体上。本发明特别地涉及微结构和毫微结构的生成。
背景技术
生成毫微结构(即数量级为100nm和更小的结构)的有前景的技术是所谓的毫微压印平版印刷术，但是该技术也可以用于微观结构。该技术记载在文献US-A-5,772,905中，在这里参引该文献。在该平版印刷术中，其主要步骤示意性地显示在图1a-d中，毫微结构的图案从印模1转印到物体2上。物体2由基片2a和加在它上面的聚合材料膜2b(保护层)组成。将膜2b加热到适当的温度后，将印模1压入其中(图1b)。当在层2b中形成理想深度的凹进部分3时，印模1则从物体2处离开(图1c)。随后，除去(例如通过蚀刻)在凹进部分3或加到基片上的一些其它材料中的任何残余膜，从而暴露出基片。
根据上述的用于执行上面的平版印刷术工艺的美国专利的设备包括：带有印模的接收表面的第一接触装置，用于相互接触或连接第一和第二接收表面的第二接触装置。
加到基片上的膜非常薄，典型地是50-200nm。为了使物体的结构均匀，则印模和物体就必须以几毫微米的精确度相互平行。
特别地，由于对精确度的高要求这一事实，当加工微结构和毫微结构时，在对准印模和物体时，非常需要精确地控制印模沿垂直于推压方向的方向上的移动，因为印模的小位移也会造成严重后果，即转印到物体上的图案不能使用。
基片通常由脆性材料(例如Si/SiO2，GaAs或InP)制成，在接触过程中，施加到基片上的压强较高，典型地是4-10MPa。
当一个图案要在一个工序中转印到物体的两个表面时，需要更可靠地沿垂直于推压方向的方向上控制印模。具体地，在这种情况下重要的是图案的转移具有高精确度，问题可能是物体被彻底破坏，也就不能用了。
而且，为了以有利的方式将图案转印到物体上，物体被加热到约150-300℃的温度。在推压过程中，这样高的物体的温度使热量从物体转移到周围(即印模和接触装置)。在该热传递过程中，得到了在已知装置中的不均匀的温度分布(也在随后的物体冷却过程中)，从而接触装置和印模的形状和尺寸发生变化，因而会引起设备中的元件的位移。这会对最终产品产生严重后果，因为图案相对于预定位置的仅仅微小的位移也会造成产品无用。
发明内容
本发明的一个目的是全部地或部分地克服上述现有技术的缺点。更具体地，一个目的是提供一种用于将图案转印到物体的设备，所述设备在推压过程中具有较高的印模的精确度。
本发明的另外一个目的是提供一种设备，它不受物体的偏移温度的影响。
本发明的再一个目的是提供一种设备，它结构简单，可以以有利的方式用它将图案同时转印到物体的两个表面上。
本发明的一个特殊目的是提供一种设备，它适用于将微结构或毫微结构转印到物体上。
上述目的，以及从下面的描述中可以明白的许多其它目的、优点和特征，通过根据本发明的方案、通过一种用于将图案转印到物体的设备来实现，所述的物体具有第一表面和第二表面，所述的设备包括：具有第一印模的第一接触装置，该第一印模用于将第一图案压印到物体的第一表面上，以及推压装置，该推压装置用于沿推压方向推动第一印模与物体的第一表面接触。此外，一个对准装置与第一接触装置连接，以控制第一印模沿垂直于推压方向的方向上的运动，具有第二印模的第二接触装置用于将第二图案压印到物体的第二表面上，该推压装置还用于沿推压方向推动第二印模与物体的第二表面接触。
由此，得到了设计简单的设备，它具有较高的印模相对于物体的对准精确度，这样，在操作设备的过程中，在现有技术中会发生的位移被限制到几乎不可察觉的精确度范围内的等级，这在将图案同时转印到物体的第一表面和第二表面时是必须的。
在操作本发明的设备的过程中，推压装置沿推压方向推动第一印模与物体的第一表面接触。在整个移动中，对准装置控制着第一印模沿垂直于推压方向的方向上的运动，从而确保第一印模按预定精确地接触物体的第一表面。当推压装置沿推压方向进一步推压，第二印模会与物体的第二表面接触，由此第一印模将第一图案压印到物体的第一表面上，同时第二印模将第二图案压印到物体的第二表面上。该设备设计简单，并且由此可以允许印模在高压下与物体接触。
根据本发明的一个优选实施方案，可以设置对准装置与第二接触装置连接。从而确保更高的精确度，这样，在推压过程中，接触装置之间不会发生相对位移。
在本发明的一个有利的实施方案中，对准装置可以是臂，该臂从至少第一接触装置伸出到适用于一个固定支架的导轨，其中臂设置成在导轨上沿推压方向滑动。由此得到结构简单的具有高对准精确度的设备。而且，该对准装置可以不经过结构改变而结合到现有的设备中。
有利地，根据本发明，第一和第二接触装置的尺寸可以基本上相同。因此，两个接触装置的传热能力基本上相同，所以向它们传递的热不会影响它们的相互对准。实际上，两个接触装置的可能发生的热位移基本上相同。
此外，根据本发明可以设置一个加热装置，以将物体加热到预定温度。物体的温度可以加热到500℃，优选在250-350℃之间，最优选在280-320℃之间。上述的温度区间取决于基片的材料，这是本领域技术人员可以理解的。
根据本发明，可以使用一个温度传感器监测物体在压印图案过程中的温度。
根据本发明，可以设置一个压力传感器与推压装置连接。而且，可以使用一个控制装置，基于压力传感器监测到的压力，使推压装置在第一和第二印模以及物体之间产生给定的压力。
在本发明的一个优选的有利的实施方案中，第一和第二印模可以具有微结构或毫微结构的图案。
物体可以优选地包括基片和加在该基片上的聚合材料层。
在本发明的一个优选实施方案中，推压装置可以设置为机械操作装置，例如千斤顶(jack)或螺杆。由此最小化在液压机中经常产生的对准误差。
在本发明的一个有利的实施方案中，可以在第一接触装置与推压装置之间设置一个热传递隔板，使第一接触装置和推压装置之间的热传递最小化。由此，不会发生整个装置不均匀的热传递，避免了造成对准误差的后果。
附图说明
下面参考所附的示意图更详细地描述本发明及其优点，这些附图作为实例示出本发明的目前优选的实施方案。
图1a-1d示出了根据已知方法通过毫微压印平版印刷术将图案从印模转印到基片。
图2是本发明的第一实施方案的设备的示意图。
图3是本发明的第二实施方案的设备的示意图。
图4是本发明的第三实施方案的设备的一部分的示意图。
图5是本发明的第四实施方案的设备的一部分的示意图。
所有的图都是高度示意性的，不一定成比例，它们只示出了为说明本发明所必需的部分，其它部分被省略或仅仅予以暗示。
具体实施方式
图2是本发明的第一实施方案的设备的示意图。设备4用于将图案转印到物体2上，所述的物体2具有第一表面5和第二表面6，所述的设备4包括具有第一印模8的第一接触装置7，第一印模8用于将第一图案压印到物体2的第一表面5上。
此外，推压装置9用于沿推压方向(由箭头A所示)推动第一印模8与物体2的第一表面5接触。在该实施方案中，推压方向是显示为推压装置9的垂直运动，但是，根据本发明它也可以是水平的或倾斜的运动，这是本领域技术人员可以理解的。推压装置9可以是现有技术中的类型，例如液压或气动操作压力机。但是，根据本发明，推压装置可以设置为机械操作装置，例如千斤顶(jack)或螺杆，由此得到简单且便宜的装置，并且仍然具有较高的推压精确度。
对推压装置的一般要求是，它们能给物体施加将图案转印到物体期间要使用的精确的预定压力。施加的压强典型地为4-10MPa。
在该实施方案中示出的推压装置9只与第一接触装置7连接，但是根据本发明也可以与第二接触装置11连接，以及与两个接触装置连接。
对准装置10设置成与第一接触装置7连接，用于控制第一印模8沿垂直于推压方向A的方向上的运动。而且，还有具有第二印模12的第二接触装置11，第二印模12用于将第二图案压印到物体2的第二表面6上，推压装置9还用于沿推压方向A推动第二印模12与物体2的第二表面6接触。
在该实施方案中，对准装置10包括臂13，该臂从至少第一接触装置7伸出到适用于一个固定支架15的导轨14，其中臂13设置成在导轨14上沿推压方向A滑动。
而且，根据本发明，有利地是臂具有预拉力，由此使导轨和接触装置之间没有位移。优选地，臂和导轨可以由金属制成，例如由不锈钢制成。
图3是本发明的第二实施方案的设备4的示意图。在该设备4中，对准装置10还设置成与第二接触装置11连接。而且在该实施方案中，第一和第二接触装置7和11的尺寸基本上相同。
根据本发明，该装置还可以包括一个加热装置(未图示)，用于将物体加热到预定温度。物体的温度可以加热到500℃，优选在250-350℃之间，最优选在280-320℃之间。
此外，可以使用一个温度传感器(未图示)监测物体2在推压过程中的温度。
特别地，由于这些供给物体2的高温，需要以精确的方式控制从物体2向周围(即第一和第二印模8和12，以及第一和第二接触装置7和11)的热传递。如果热传递不受控制则会造成严重后果，因为整个装置的不均匀的温度稳定性会影响物体2与第一和第二印模8和12之间的对准。
具体地，在图3所示的实施方案中得到了精确的热传递，因为第一和第二接触装置7和11的尺寸基本上相同，而且第一和第二接触装置7和11都有与它们连接且尺寸基本相同的对准装置10。
而且，可以在第一接触装置7与推压装置9之间设置一个热传递隔板16，使它们之间的热传递最小化。还可以在第二接触装置11与固定支架15之间设置一个热传递隔板17。
通过该创造性的思想，接触装置的热运动垂直于图2所示的与公用线X相同的推压方向。
设备4还可以包括用于在推压过程中冷却物体的冷却装置(未图示)。在该情况下，也需要以精确的方式控制热传递，以得到第一和第二接触装置7和11的温度稳定性，并防止它们形状的改变。
在图4和图5中示出了根据本发明的其它实施方案，其中用气体压印技术部分地或全部地替换推压装置。
在图4中设置有一个与第二接触装置11连接的密封垫圈18，它基本上围绕第二印模12的图案区域而延伸。密封垫圈18可以放入第二接触装置11的槽(未图示)中，并以任意适当的方式固定在该槽中。该密封垫圈也可以设置在第二印模12的相应的槽中。第二接触装置11的表面、密封垫圈18和第二印模12的后表面19一起限定腔20，它作为给第二印模12的后表面提供压力的压力腔。
可以通过压力介质通道21控制压力腔20中的压力，压力介质通道21又连接到合适的压力控制仪器(未图示)。压力介质通道21可以具有用于控制压力介质通道中的流动的阀(未图示)。该阀可以用于限制压力介质通道中的流动，从而防止在例如第二印模12或物体2破裂时压力介质的大量外流。
还可以给压力腔20和/或压力介质通道21提供压力传感器(未图示)。该压力传感器可以精确测量腔内的压力。该测量可以用于控制压力，以防止破坏物体和/或印模。在发生快速的压力下降的情况下，例如当印模或物体破裂时，还可以通过观察压力介质通道21中的压力介质流动的中断来监测腔20中的压力。
为了在密封垫圈、印模和接触装置之间产生足够的接触压力，可以在印模和物体对准之后在接触装置上增加压力。
该设备使第一和第二接触装置彼此相对地推压，并且在所述的压力腔中提供静态气压。在图4所示的实施方案中，通过推压装置9(例如液压机或机械压力机)操作第一接触装置。静态气压可以设置成呈现至少两种状态。在第一种状态中，在所述压力腔中的静态气压基本上等于或低于周围环境的气压。在第二种状态中，在所述压力腔中的静态气压基本上高于周围环境的气压。在第一种状态中，印模19的后表面和第二接触装置11的表面区域之间的平均距离可以在0.01-4mm之间，优选在0.3-1mm之间，更优选在0.4-0.6mm之间。
通过提供本发明的静态压力，印模或物体后表面上的压力是均匀的，这样确保印模和物体是平行的，并且没有局部压力最大值，因此得到有利的图案压印。
而且，用气体代替例如液压油，优选用惰性气体，而且能减少污染设备的周围环境的风险。
在图5中示出了设备的一部分，其中第一接触装置和第二接触装置都通过如在上面对图4说明的气体压印技术来操作。
根据本发明，可以以有利的方式设置一个压力传感器(未图示)与推压装置9连接。而且，可以使用一个控制装置(未图示)，基于压力传感器检测到的压力，使推压装置在印模和物体之间产生给定的压力。
物体2可以是单面或双面线路板，或单面或双面CD-ROM或DVD。该物体可以以有利的方式具有与其后续应用相对应的形状，例如圆形或四边形或其它的几何形状，这是本领域技术人员可以理解的。
虽然上面结合本发明的优选实施方案描述了本发明，本领域的技术人员应当明白，在不背离如权利要求所限定的发明的一些改进是可能的。

Claims (18)

1.一种用于将图案转印到物体(2)上的设备(4)，所述物体(2)具有第一表面(5)和第二表面(6)，所述设备(4)包括具有第一印模(8)的第一接触装置(7)，第一印模(8)用于将第一图案压印到物体(2)的第一表面(5)上，以及推压装置(9)，该推压装置(9)用于沿推压方向(A)推动第一印模(8)与物体(2)的第一表面(5)接触，
其特征在于，所述设备(4)还包括一个对准装置(10)，该对准装置(10)设置成与第一接触装置(7)连接，以控制第一印模(8)沿垂直于推压方向(A)的方向上的运动，以及具有第二印模(12)的第二接触装置(11)，第二印模(12)用于将第二图案压印到物体(2)的第二表面(6)上，推压装置(9)还用于沿推压方向(A)推动第二印模(12)与物体(2)的第二表面(6)接触。
2.根据权利要求1所述的设备(4)，其中，设置一个对准装置(10)与第二接触装置(11)连接。
3.根据权利要求1或2所述的设备(4)，其中，对准装置(10)是臂(13)，该臂(13)从至少第一接触装置(7)伸出到适用于一个固定支架(15)的导轨(14)，并且臂(13)设置成在导轨(14)上沿推压方向(A)滑动。
4.根据权利要求1所述的设备(4)，其中，第一和第二接触装置(7、11)的尺寸相同。
5.根据权利要求1所述的设备(4)，其中，设置一个加热装置，以将物体(2)加热到预定温度。
6.根据权利要求5所述的设备(4)，其中，将物体(2)的温度加热到500℃。
7.根据权利要求5所述的设备(4)，其中，将物体(2)的温度加热到250-350℃之间。
8.根据权利要求5所述的设备(4)，其中，将物体(2)的温度加热到280-320℃之间。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的设备(4)，其中，使用一个温度传感器监测物体(2)在推压过程中的温度。
10.根据权利要求1所述的设备(4)，其中，设置一个压力传感器与推压装置(9)连接。
11.根据权利要求10所述的设备(4)，其中，使用一个控制装置，基于压力传感器监测到的压力，使推压装置(9)在第一和第二印模(8、12)以及物体(2)之间产生给定的压力。
12.根据权利要求1所述的设备(4)，其中，第一和第二印模(8、12)具有微结构或毫微结构的图案。
13.根据权利要求1所述的设备(4)，其中，物体(2)包括基片和施加在该基片上的聚合材料层。
14.根据权利要求1所述的设备(4)，其中，推压装置(9)设置为机械操作装置。
15.根据权利要求1所述的设备(4)，其中，推压装置(9)设置为千斤顶或螺杆。
16.根据权利要求1所述的设备(4)，其中，第一和第二接触装置(7、11)由金属制成。
17.根据权利要求1所述的设备(4)，其中，第一和第二接触装置(7、11)由不锈钢制成。
18.根据权利要求1所述的设备(4)，其中，在第一接触装置(7)与推压装置(9)之间设置一个热传递隔板(16)，以使第一接触装置和推压装置之间的热传递最小化。
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