CN1409832A - 用于纹理制作的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

纳米尺寸纹理平板印刷术的相关装置，此装置包括一第一主部(1)，带有一第一原则上平面的表面(2a)，以及一第二主部(3)，带有第二原则上平面的表面(9a)，所述第一和第二表面彼此对置并配置得原则上彼此相对平行，二者之间具有一可调节的间隔，而所述第一和第二表面配置得分别构成一个用于一基底(5)和一模板(10)的支承，或者反之亦然。按照本发明，所述第二主部还包括一凹腔(16)，用于容放一种介质，以及用于调节所述介质压力的装置，一由一挠性膜片(9)构成的所述凹腔的壁板，其背离凹腔(6)的一面构成所述第二表面(9a)。本发明还涉及一种使用此装置的方法。

Description

用于纹理制作的装置与方法
技术领域
本发明涉及一种用于纳米尺寸纹理的平板印刷的装置，此装置包括一第一主部，带有一第一原则上平面的表面，以及一第二主部，带有一第二原则上平面的表面，所述第一表面和第二表面彼此对置并配置得基本上彼此相对平行，二者之间具有一可调节的间隔，而所述第一和第二表面配置得分别为一基底或模板提供支承，或者反之亦然。本发明还涉及一种用于纳米尺寸纹理的平版印刷的方法。本发明可结合纳米压印平版印刷术用在各种半导材料上，诸如硅、磷化铟或砷化镓，用于生产半导体器件，但也可结合纳米压印平版印刷术用在其他各种刚硬材料上，诸如一些陶瓷材料、一些具有较高玻璃转变温度的金属或聚合物，以便用在比如各种生物传感器之中。
背景技术
微电子技术趋向于愈易微小的尺寸。原则上，进展情况是，每三年尺寸减半。工业用的各种器件目前制作得带有尺寸约略为200纳米的各种纹理，但仍有要求在尺寸上更进一步降至＜100纳米。有关基于量子效应的器件的研究目前是非常趋时的，并产生了一种对于工业上可用的、用于尺寸＜10纳米的各种器件的、制造技术的需求。这些纳米器件当前可以在各个试样上采用用于研究目的的系列技术予以制作，但是对于大量生产，需要一种并列生产方法。近来已经研制出来的这类并列生产方法是US5772905的纳米压印平版印刷术(NIL)，提出了用于大量生产原子尺度的纹理的一些基本先决条件，见Stephen Y.Chou，Peter R.Krauss，Wei Zhang，Lingjie Gao and Lei Zhuang：“Sub-10nm imprint lithography and application”，J.Vac.Sci.Technol.B，Vol.15，No.6，(1997)。关于这一主题已经发表了几篇研究报告，但迄今为止，方法一直局限于在具有一般只是几平方厘米的微小整个面积的器件上作纳米压印，见Stephen Y.Chou，Peter R.Krauss and Preston J.Renstarm：“Nanoimprint lithography”，J.Vac.Sci.Tcehnol.B，14，1429(1996)；K.Pfeiffer，G.Bleidiessel，G.Gruetzner，H.Schulz，T.Hoffmann，H.-C.Scheer，C.M.Sotomayor Torres and J.Ahopelto：“Suitability of new polymer materials withadjustable glass temperature for nanoimprinting”，Proceeding of Micro-andNano-Engineering Conference，(1998)；and Leuven，Bo Cui，Wei Wu，Lin shuKong，Xiaoyun Sun and Stepben Y.Chou：“Perpendicular quantized magaeticdisks with 45 Gbits on a 4×4cm2area”，I.Appl.Phys.85，5534(1999)。
不过，尚未出现用于NIL的工业用的设备，这主要是由于以下事实，即需要一种用于制造纳米尺寸纹理的全新方法。产生如此之小的尺寸对所有构成的工艺阶段提出了较前很高要求，新的工艺材料、新的设计和新的技术解决办法都必须研制出来。不过，对大量生产纳米尺寸纹理的要求是很大的，并为设计以较比今日很高的灵敏度用于多种应用场合的比较轻巧的电路和传感器开辟了全新的可能性。
NIL的基本原理是一种薄膜层的机械变形，此层涂敷在一硅制的平面板件上。NIL过程可与CD的制作过程相比并可以分作三个阶段予以说明：
1.制作模板：模板可以用多种材料制作，比如金属、半导体、陶瓷或某些塑料。为了在模板的一个表面上造成一三维纹理，可以使用多种平版印刷术的方法，取决于对于纹理的尺寸要求及其分辨率。E-束(电子束)和X-射线平板印刷术通常用于小于300纳米的纹理尺寸。直接的激光辐照和UV平板印刷术用于较大的纹理。
2.压印：一种聚合物，比如聚酰胺的薄层施加于一硅制的平面基底。加热此层并在一定温度，所谓压印温度下，预定的模板和基底被压在一起，模板的纹理的倒像在聚合物层上被传送给基底。
3.纹理传送：在聚合物薄层上被压在一起的一些区域上，留下聚合物的一个薄层。最后的阶段是清除基底上的这一残留薄层。这是在一所谓“RIE”或氧等离子装置中进行的。这一残留层愈薄，采用压印工艺可能造成的纹理就愈细。
在压印阶段(2)中，至关重要的是，模板和基底配置得绝对彼此相对平行。不过，在已知的一些装置中，存在许多误差来源而造成各种平行性不足的问题。在某种已知的装置中，比如在“倒装片”焊接器中，两个表面之间的平行性因此予以测定，随此之后，采用专门的仪器，比如压电器在件，来从事机械式调节以确保两个表面始终彼此相对平行。见Alberto Jaramillo-Nunez，Carlos Robledo-Sanchez，and Alejandro Cornejo-Rodriguez：“Measuring theParallelism of transparent and nontransparent platy”，Optical Engeering-Dec.96-V.35，Issue 12，pp.3437-3441。不过，这类测定和调节是很复杂的，而且本身为各种误差来源所损害，妨碍了模板与基底之间的平行性。
其次，在一平面板件的表面上，材料中存在许多纹理上的变异，或者换句话说，在纳米尺度上，每一板件(模板和基底)的表面上存在某种不匀现象，即使板件都是经过抛光的。这种不匀性可导致当模板和基底被压在一起时各表面上不希望有的力量分布不匀，而这本身又在基底上造成不匀的凹下纹理。如果各板件很大，比如各表面的尺寸在直径上大于50毫米，这对于压印工艺尤其是至关重要的。
因而，采用压印技术，为了纳米尺寸纹理的工业生产，存在两个需要解决的主要问题。一个问题是有待压在一起的两个平面表面的平行化处理和另一问题是在整个平面表面上形成力量的均匀分布。解决这些问题，对于在其有大于大约7-20平方厘米的全部区域的各表面上从事各种半导体器件材料的纳米压印平版印刷的工业用工艺过程来说，是一种先决条件。
发明内容
本发明的目的是，提供一种与纳米尺寸纹理的平版印刷术相关的装置和方法，借助于此装置和方法，以上关于基底与模板之间平行化处理以及压紧时力量均匀分布的一些问题得以解决。特别是，已经研制出来用于在半导体器件材料上纳米压印纹理的装置和方法，这些材料具有的全部面积，通常为各圆形面积，大于7-20平方厘米，但也可以用于在其他具有一定刚度，亦即并非挠性的一些材料上纳米压印纹理。当然，本发明也可以用于在具有较小全部表面的材料上纳米压印纹理。
按照本发明，因而提出一种符合前言所述的装置，其特征在于，第二主部还包括一凹腔，用于容放一种介质，以及一用于调节所述介质压力的装置，凹腔的一个壁板由一挠性膜片构成，其背离凹腔的一面构成第二表面。
按照本发明，因而模板由一挠性膜片予以支承，此膜片在其反面上受压时正值基底由一固定和稳定的表面予以支承，或者反之亦然。在此情况下，基底和模板将配置得绝对彼此相对平行，而在同时，一当基底和模板压在一起，力量分布在基底/模板两表面上将是绝对的。本发明因而简单而又漂亮地建立在利用物理原理的基础之上，不再需要关于基底与模板之间的平行性从事耗时、费钱而又不可靠的测定的调节。
按照本发明的一个方面，膜片由一种挠性材料制成，最好是一种聚合物材料或一种金属薄片，更为可取的是塑料、橡胶或金属薄片，膜片具有的厚度高达10毫米，最好是高达3毫米，更为可取的是高达1毫米。实际上不像实有的那样，膜片厚度是没有下限的，在此情况下，终极情况应当是一种膜片，具有的厚度对应于一单一原子层，这至少在当前情势下事实上是不可能的。膜片最好是在第二主部的情况下围绕膜片的周边固定在凹腔的边缘处，而且另外是可以挠曲地予以固定的。
按照本发明的另一方面，所述介质由一种低压缩性的气体或液体构成，最好是一种油，或更为可取的是液压油。也可以使用一种平常的油，诸如比方刹车液。凹腔是要用于由所述介质以液压方式予以充灌。装置还包括在实际压印阶段期间用于把凹腔中的压力调节到1-500巴(过压)，最好是1-200巴，而更为可取的是1-100巴的装置。在加热基底期间，压印阶段之前，压力在此可以调节到1-5巴，而随在加热之后，在实际压印阶段期间，压力可以调节到5-500巴，最好是5-200巴，而更为可取的是5-100巴。当然，压力也可以设定为零。
按照本发明的又一方面，装置还包括加热装置，比如电气或机械装置，或辐照装置，以及基底冷却装置，比如借助于一种冷却介质的。加热和冷却可以调节以达到一般在30与300℃之间的基底温度。
采用符合本发明的装置和方法，可以以快速、简易和便宜的方式在带有大于7-20平方厘米的全部面积的各种刚硬材料上造成纳米尺寸的轮廓分明的纹理，这些材料比如带有高达150毫米，最好是250毫米，更为可取的是350毫米或甚至更大的最大宽度或直径。一次按照本发明的纳米压印循环过程一般要化不到4分钟，或不到3分钟，往往是2分钟左右。在各个纹理中纳米尺寸的纹理在此可以低到100纳米以下，或50纳米以下，或甚至10纳米以下。
本发明适用于半导体材料，诸如硅上的纳米压印平版印刷术，用于制作半导体器件。另外令人惊异地发现，纳米压印平版印刷术借助于本发明可以在其他半导体材料，诸如比方磷化铟(InP)或砷化镓(GaAs)上进行。这些材料与硅不同之处在于它们显著地较脆并因而在纳米压印时对不匀的力量分布显著地较为敏感。先前一直不曾提出其他方法或装置能够设法在诸如磷化铟和砷化镓这样的脆性半导体材料上进行纳米压印。不过，本发明也可以结合纳米压印平版印刷术用在其他一些刚硬材料上，诸如陶瓷材料、金属或带有较高玻璃转变温度的聚合物上，以便用于比如生物传感器之中。
附图说明
本发明将参照各图在下面较为详细地予以说明，各图中：
图1表明符合本发明的一种装置的第一实施例，是剖面侧视图，
图2a表明符合本发明的一种装置的第二实施例，是剖面侧视图，还表明装置的第一主部是如何被移动的，
图2b表明符合图2a的实施例，是透视图，
图3a和3b表明符合图1或2的装置，正在把基底和模板压紧在一起，
图4表明符合本发明的一种装置，是剖面侧视图，包括用于加热和冷却基底的装置，
图5表明符合图4用于加热基底的一种装置的前视图，
图6表明符合图4用于冷却基底的一种装置的前视图，
图7表明加热基底的一另外方法，
图8a表明用于真空吸持基底或模板的一种装置的剖面侧视图，
图8b表明图8a中装置的前视图，
图9a表明符合本发明的第二主部的前视图，包括一符合图8的装置，
图9b表明符合图9a的装置，是剖面侧视图，
图10a表明符合本发明的第二主部的一另外实施例的前视图，包括一符合图8的装置，
图10b表明符合图10a的装置，是剖面侧视图，
图11a表明用于真空吸持基底和模板的一另外装置的前视图，
图11b表明符合图11a的装置的剖面侧视图，
图11c表明符合图11b的装置，是其上带有基底和模板的剖面侧视图，
图12a表明用于真空吸持基底和模板的又一另外装置的剖面侧视图，
图12b表明符合图12a的装置，是其上带有基底和模板的剖面侧视图，
图13表明一生产循环中作为时间函数的基底温度和压力图，
图14a表明一模板的扫描电子显微图片，
图14b-d表明借助于符合本发明的装置和方法所获得的各种纳米尺寸纹理的扫描电子显微图片。
具体实施方式
图1中部件编号1表示符合本发明的一种装置的一项优选实施例中的第一主部。此第一主部1包括一第一基本上平面的底板2，最好是配置得在重合于其面对第二主部3的表面2a的法线方向上移动。一基本上平面的支承板4，在此支承板上意欲安放基底5，可以贴附于这一表面2a。另外，基底5可以直接安放到表面2a上。按照用于纳米压印术(nanoimprint lithography)的已知技术，基底包括例如一硅制平板，在其面朝第二主部3的表面5a上带有一薄层比如聚酰胺，最好是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。基底5最好是圆形的。主部1和3最好是也具有一旋转对称的外观。
第二主部3具有一凹腔6，由一底部7和在图示范例中圆筒形侧壁8构成。作为凹腔6的顶盖，一平面的挠性膜片9配置得与底部7相对。此膜片19在图示范例中为一橡胶膜片，其一面9a构成模板10的支承，并具有25-400mm，最好是50-350mm的直径或最大宽度。此膜片具有达10mm，较好是达3mm而更加可取地达1mm的厚度。按照已知的用于纳米压印术的技术，模板10为一比如金属的平板，在其面朝第一主部1的表面10a上配设有一精细的具有纳米量值尺寸的纹理图案。
膜片9借助于一固定装置，在凹腔6的各边缘处绕着膜片9的周边被固定在第二主部3上。一环圈11，在图示范例中是圆形的，用作固定装置，此环圈配置得把膜片9的周边边缘牢牢地压紧在其本身与侧壁8的自由边缘之间。沿着其内侧圆形边缘，在其面朝膜片的一面上，环圈11最好是做出倾斜部11a，以便为膜片9在环圈11的过渡段上形成平缓的挠曲。从而膜片9上出现裂口或折痕的风险得以减少，其寿命得以延长。
凹腔6用于容放一种介质，最好是液压油，可以经由一流入通道12予以加压，后者可以配置在侧壁8上或凹腔底部7上(一如图9b之中所示)。加压是借助于一泵(未画出)来实现的，最好适合于提供变动很小的压力。这可以比如借助于一比例阀(proportional valve)予以实现。
在第二主部3中还包含第二基本上平面的底板13，为带有凹腔6的部分构成支承。
图2a表明符合本发明的装置的第二实施例，一基本上平面的支承平板14配置在膜片9与模板10之间。支承平板14具有0.1-30mm，较好是0.1-20mm，更加可取的是0.1-10mm，最为可取的是0.1-5mm的厚度，并且可以用各种材料制成，诸如一种金属、一种半导体材料，或一种陶瓷材料，比如不锈钢、碳化硅或氧化铝。以上提及的支承板4也最好是具有这些尺寸并最好是用同样类型的材料制成。
第二主部3上的支承平板14最为有利地由一种乃是良好绝热材料，亦即具有较低导热率的材料构成。
支承平板14构成模板10的固定装置，要结合图9较为详细的予以说明。在此实施例中，环圈11最好是具有一间隔件11b和一唇板11c，其可防止支承平板14在两个主部接合在一起之前脱落主部3，至少在主部3配置在主部1上方的时候。
图2a还借助予各箭头表明，主部1如何配置得在径向上，亦即在平行于主部1和3的表面2a和9a方向上，相对于主部3被移动。底板2在此可以具有一背离表面2a的固定部分2b和一可动部分2。移动是结合模板和/或基底的更换而进行的。图2b以透视图表明符合图2a的实施例。
图3a和b表明符合图1或2的装置，此时凹腔6中的压力已经增高，以致模板10和基底5由于膜片9的挠度被压紧在一起，用于把模板10a表面上的纳米尺寸纹理转印到基底的表面5a。
图4表明，用于基底5的主部1也可包括用于加热基底的装置15，以及用于冷却基底的装置16。在图示的优选范例中，这些分别用于加热和冷却的装置15、16由各支承平板组成，它们配置在基底5与底板2之间，最好是顺序为：基底5，支承平板4(带有用于吸持基底的真空装置)，用于冷却的支承平板16，用于加热的支承平板15，以及底板2。用于加热基底的支承平板15最好是由一种具有良好热绝缘性能的材料构成，比如一种诸如陶瓷绝缘体或复合陶瓷材料的陶瓷材料，比如macor。用于冷却基底的支承平板16最好是由一种具有良好导热性的材料构成，比如碳化硅、不锈钢、铝或某种形态的氧化铝。支承平板15和16最好是，具有的厚度是在与如上支承平板14相同的范围之内。
图5表明支承平板15如何可以包含一电加热线圈17，后者嵌入在支承平板15表面上的一条沟槽之内。加热线圈/沟槽17在图示实施例中制成为一双道线圈，但当然也可以具有其他一些形状。以此类推，支承平板16，按照图6，可以包括在其内部的一条通道18用于一种冷却介质，比如一种诸如空气、氮气或其他另外气体的气体，或者一种诸如水或其他另外液体的冷却液体。通道18在图示实施例中制成为一双道线圈，但当然也可以具有其他一些形状。
图7表明一另外的实施例，其中基底5的加热是借助于经由底板2和一支承平板4或16辐射R′基底而进行的。所用的辐射线R′比如可以是IR辐射型(支承平板16最好是用碳化硅)或者是采用无线电频率，亦即10MHz以及以上频率的辐射线，本装置包括用于生成这种辐射线的设备(未示)。
图8a和8b表明支承平板4如何可以配有用于真空吸持基底5的一些装置。支承平板在此在支承平板4的两个表面上分别具有一条沟槽19，在图示范例中为一圆形沟槽。两条沟槽19至少由一个穿过平板4连续的孔眼在一处20彼此连接。经由底板2通过对一真空扇的连接装置(未示)在沟槽19内造成真空。借助于这一真空装置，基底5被牢牢地吸到支承平板4上而支承平板4本身又被牢牢地吸到用于冷却的支承平板16上，或者直接地吸到底板2上。还应当理解，或者另外，用于加热的支承平板15和/或用于冷却的支承平板16可以配有一些用于真空吸持到支承平板4和底板2上的装置。
图9a和9b表明，支承平板14，在此情况下配置在模板10与膜片9之间，也可以由一带有一真空装置19、20的支承平板构成。在设置沟槽19和孔眼20之后，一用作对一真空泵(未画出)的连接装置的通道21在此情况下最好是直接连接于孔眼20。在此情况下还有，一倒角部分11a可以设置在环圈11上，此部分11a可以居于膜片9与真空装置支承平板14之间。图9a表明其上不带一模板的支承平板14，而图9b表明其上带有一模板的支承平板14。还表明，流入通道12如何可以经由底板13配置在主部3的底部上。
用于纳米压印一基底5的制作周期以下将以各图开始予以说明。在开始阶段，主部1和3二者按照图2在轴向和径向上彼此相对移动。基底5安放在支承平板4上而模板10安放在膜片9或支承平板14上。基底和模板最好是借助于一真空装置被吸持就位，但其他方法也是可能的。第一主部1在径向上相对于第二主部3被移动就位，以便然后在轴向上朝向第二主部3被移动。在此方面，移动最好是在轴向上实施，以致一个例如达10mm，较好是达5mm，更为可取地达1mm的微小间隔继续留在环圈11与支承平板4或如果缺少支承平板4的话底板2之间。这一点示于图3a之中。另外，轴向移动发生，以致环圈11或其唇板11c贴靠支承平板4或底板2。这一点示于图3b之中，各构成部件的尺寸调配得以致当两个主部1和3会合在一起时，在基底5与模板10之间继续留下一个对应于以上提及间隔的微小间隔。
在各主部的轴向移动之后，凹腔中的介质压力经由流入通道12被增大到1-5巴左右，以致膜片9向外挠曲，基底5和模板10轻轻地压在一起。基底5借助于一加热装置，比如按照图5或7，予以加热，而后凹腔6中的介质压力经由流入通道12被增大到5-500巴，较好是5-200巴，而更为可取地是5-100巴，基底5和模板10以一相应的压力被压在一起，此压力是经由膜片9传递的。由于挠性膜片，在基底与模板之间的整个接触表面上获得了力的绝对均匀分布，这使得基底和模板相对于彼此绝对平行，而基底或模板表面上的不平整的影响得以消除。在取决于温度、压力、材料选择等的一段压紧时间-而此时间一般少于3分钟，最好是少于1分钟-之后，借助于一种比如具有示于图6之中的类型的装置来开始基底的冷却。当冷却完成之后，凹腔6中的压力下降而两个主部1和3彼此分离，随之基底5和模板10彼此分离。这之后，基底按照就纳米压印术所知的程序经受进一步处理。这种进一步处理不是本发明的一部分，因此将不作更为详细的说明。
图10a表明一其上不带有一模板的支承平板14，而图10b表明一其上带有一模板的支承平板14。图10a和图10b在此表明本发明的一另外的实施例，其中第二主部3制成为一个用于其轴向移动的潜望镜式部分。在此，凹腔6连同其介质和相关的(未画出的)泵也用于潜望镜式移动。在此，在侧壁8外侧配置了外壁22，它们之间只带有微小的间隔23。在侧壁8和外壁22的端部处分别配置了滑动密封24a和24b。最好是，也设置一些装置(未画出)以防止带有侧壁8的部分被移动如此之远以致从外壁22上松脱。外壁22在另外一端部处由凹腔底部7或底板13限定。流入通道12配置在外壁22上，或者底部7、13上，亦即，在间隙23之外的范围里。在间隙23的范围里配置一第二流入通道25，借助于它，间隙23中介质的量以及其压力可以予以影响。主部3的或者确切地说膜片9和模板10的潜望镜式移动，在与间隙23中的介质被允许经由第二流入通道25流出的同时，通过经由流入通道12增大凹腔6中的压力来予以实现。当环圈11或其唇板11c贴靠第一主部1(图10中未画出)时，凹腔中压力的继续增大将导致膜片9传送压力给模板，以致后者与基底压在一起，如上所述。
为收进潜望镜式的主部3，在完成压印之后，释放凹腔6中的压力而相反经由第二流入通道25增大间隙23中的压力。侧壁8从而被朝向底板13移动，并与之一起，膜片9和模板10也是如此，而滑动密封24a和24b分别靠着外壁22和侧壁8而滑动。
图11a、b和c表明用于真空吸持基底和模板的一另外的装置，此装置包括一个与以前连系图1名为支承平板4而在此图中名为4′的同样类型的支承平板。支承平板4′以与示于图8之中同样的方式在其两个平面表面上配有一条沟槽19和一个通孔20，后者向下伸向一真空连接装置(未画出)以获得真空，把基底5牢牢地吸持在支承平板4′的一个表面上并把支承平板4′牢牢地吸持在一底座上，比如用于冷却基底5而未画出在此图之中的一支承平板上。在支承平板4′的仅只一面上，于沟槽19的外侧，配置一第二真空沟槽26，在图示范围中，即一圆形沟槽26，具有的直径大于模板10和基底5的直径。最好是经由一孔眼27为沟槽26设置一用于连接于一未画出的真空扇的通道28。基底5可以由第一真空沟槽19借助于支承平板4′牢牢地吸住，模板10能够直接安放在基底5上，而在此之后，一如图11c之中所示，一比如铝制成橡胶制的膜或箔29可以安放得完全盖住或围住模板和基底的周边，此膜或箔被牢固地吸靠真空沟槽26并从而使模板10牢牢地抵靠于基底5。由于示于图11之中的装置，基底5和模板10因而可以一如图11c之中所示，在装置的一个主部1、3上安放在一起，此后各主部彼此相对移动，以致它们如早先所述那样，彼此上下取向和彼此接近。随在压印阶段之后，沟槽19中的真空可以解除，而沟槽26中的真空予以保持，支承平板4′则能够在模板和基底仍然在那里的情况下从装置上撤除以进行基底简单更换。
图12a和b表明用于真空吸持基底和模板的又一另外的装置，此装置包括一个与以前连系图1名为支承平板4而在此图中名为4″的同样类型的支承平板。支承平板4″以与示于图8之中同样的方式在其两个平面表面上配有一条沟槽19和一个通孔20，后者向下伸向一真空连接装置(未画出)以获得真空，把基底5牢牢地吸持在支承平板4″的一个表面上并把支承平板4″牢牢地吸持在一底座上，比如用于冷却基底5而未画出在此图之中的一支承平板上。在支承平板的一侧于沟槽19的外侧在支承平板4″上配置一抬高的边缘30，以及一沟槽31，在边缘30与支承平板4″的夹角之中，此沟槽31连接于一真空通道32。图12a表明其上不带模板和基底的支承平板4″，而图12b表明在边缘30内侧其上带有模板10和基底5的支承平板4″。各尺寸调配得以致在边缘30与基底/模板之间只有一微小的间隙，空气通过该间隙被吸进真空通道32。模板和基底二者都从而被牢牢地吸住，能够起到与图11中同样的作用。边缘30具有的高度超过基底5(或模板10的，如果它要安放得最接近支承平板4″)的厚度。
符合本发明的一些压印试验是按照以下各种参数进行的：基底由Si/SiO2制成，直径是5.1厘米，带有一在180℃下炉焙24小时950KPMMA的涂层。最大压力是60巴，最高温度170℃和最低温度80℃。模板由Si/SiO2制成，直径是5.1厘米，而各种模板纹理状为一些直线和一些圆点，直线宽度为50、75、100和150纳米，而圆点直径为50纳米，圆点间距离为25纳米。模板配有一厚度为20纳米的镍防护层，由气相沉积而成。模板在超声作用下通过被浸入丙酮而在压印前加以清洗，并使用氮气予以干燥。
图13表明作为生产循环过程中作为时间函数的基底温度和压力图线，此循环过程在一符合本发明的装置中延续2分钟稍多一点。一如图线所示，温度升高的时间大略是1分钟。然后经由膜片加上压力，而当达到所需的最大压力时，开始冷却基底。在冷却期间，压力被调节到所需的规定点。
各项试验表明，60巴左右的压力在基底上PMMA层上得到200纳米深的印痕。如果需要较大的深度，可以施用较高的压力。
在用同一模板循环10次之后，可以确认全部基底的整个表面都受到均匀的压印。在具有不同纹理的各区域之中或其间观察不到纹理方面的任何显著变化。
50纳米左右的PMMA留在各印痕之中，通过浸蚀予以清除。随在浸蚀之后，基底表面上的外观具有接近足够的许多直立壁。随在浸蚀之后，基底通过气化在印痕中镀铬，而后从事清除残留PMMA的阶段，在印痕中造成一个合格的金属镀层。
图14a表明模板一部分的一扫描电子显微图片，各直线/各凹槽为100纳米宽，而各直线之间的间隙距离为300纳米。模板的全部表面是25平方厘米。图14b表明基底的一部分，其中一层PMMA在符合本发明的一种装置中采用图14a中的模板已经被压印。产生的纹理是很规整的并无缺陷。
图14c表明已经在符合本发明的一种装置中经过压印的一硅基底的铝质喷镀表面，带有100纳米的许多直线，各直线之间的间隙距离为200纳米和500纳米。在所示图片中，经过压印的表面用铝作了喷镀并随后清除了PMMA。基底的整个表面是25平方厘米。
图14d表明通过在符合本发明的一种装置中压印PMMA而在一硅质基底上产生的尺寸为50纳米的许多铝顾圆点。这些圆点是在一25平方厘米的总表面上以不同间隙距离制成的。在所示图片中，经过压印的表面已经用铝作了喷镀而后清除了PMMA。最小间隙距离据判断是小于25纳米。

Claims (17)

1.一种用于纳米尺寸纹理的平板印刷的装置，此装置包括一带有一第一基本上平的表面(2a)的第一主部(1)，以及一带有一第二基本上平的表面(9a)的第二主部(3)，所述第一表面和第二表面彼此对置并配置得原则上彼此平行，它们之间具有一可调节的间隙，而所述第一和第二表面配置得分别构成一基底(5)和一模板(10)或者相反的支承，其特征在于，所述第二主部(3)还包括一用于一种介质的凹腔(6)，以及一用于调节所述介质压力的装置，所述凹腔的一壁由一挠性膜片(9)构成，其背离凹腔(6)的一面构成所述第二表面(9a)。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述膜片(9)围绕膜片的周边固定于第二主部(3)，最好是借助于一环圈(11)，该环圈把膜片的周边撑靠于第二主部。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，膜片(9)由一种挠性材料制成，较好是一种聚合物材料或一种金属薄片，更为可取的是塑料、橡胶或金属薄片，膜片具有达10毫米、较好是达3毫米、更为可取的是达1毫米的厚度。
4.按照前述各项权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于，所述膜片(9)具有一25-400毫米，最好是50-350毫米的最大宽度，最好是直径。
5.按照前述各项权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于，所述介质由一种低压缩性的气体或液体构成，最好是一种油而更为可取的是液压油。
6.按照前述各项权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于，所述用于调节所述介质压力的装置配置得可调节压力至1-500巴，最好是1-200巴，而更为可取的是1-100巴。
7.按照前述各项权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于，所述第一(2a)和第二(9a)表面配置得在重合于各表面法线的方向上，而最好是也在平行于各表面的方向上，相对彼此移动。
8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二表面(9a)配置得在重合于各表面法线的方向上以潜望镜方式朝向所述第一表面(2a)移动，所述第二主部(3)包括一可以潜望镜方式移动的部分(8，9)，配置得借助于调节所述介质的压力而移动。
9.按照前述各项权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于，至少一个支承平板(4，4′，4″，14，15，16)配置在所述第一(2a)和/或第二(9a)表面与所述基底(5)或模板(10)之间，此支承平板具有的厚度是0.1-30毫米，最好是0.1-20毫米，更为可取的是0.1-10毫米，而最为可取的是0.1-5毫米。
10.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，所述支承平板(4，4′，4″，14，15，16)配置得借助于真空被牢牢地吸靠所述表面(2a，9a)，和/或吸靠另一支承平板(4，4′，4″，14，15，16)和/或吸靠所述基底(5)和/或模板(10)，所述装置还包括用于造成这样一种真空的装置(19，20，21，26，27，28，29，30，31，32)。
11.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，所述至少一个支承平板之一(16)由一种具有良好导热性的材料制成，此支承平板最好是具有用于一种冷却介质的通道(18)。
12.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，所述至少一个支承平板之一(15)由一种具有良好热绝缘性能的材料制成，支承平板最好是配置得可以电气方式(17)、机械方式或通过辐射(R′)加热。
13.一种用于纳米尺寸纹理的平板印刷，此后称作纳米压印的方法，一基底(5)和一模板(10)安放在一第一表面(2a)与一第二表面(9a)之间，此第一和第二表面彼此对置，基本上是平面的并基本上彼此平行，其特征在于，所述第二表面(9a)由一挠性膜片(9)的一侧构成，压力在所述膜片的另一侧上形成，以致模板和基底被压在一起，而所述第一表面(2a)用作一垫盘。
14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一(2a)和第二(9a)表面在膜片(9)另一侧施压之前首先朝向彼此移动。
15.按照权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述压力在压紧期间调节到5-500巴，最好是5-200巴，而更为可取的是5-100巴。
16.按照权利要求13-15中任何一项所述的方法，其特征在于，所述基底(5)首先以电气方式、机械方式或通过辐射予以加热，随此之后模板(10)和基底(5)由于所述加压而被压在一起，基底然后借助于一种冷却介质予以冷却，随后模板和基底彼此分离开来。
17.按照权利要求13-16中任何一项所述的方法，其特征在于，纳米压印周期以在少于4分钟，最好是在1-3分钟的时间之内进行。
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Granted publication date: 20060621

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