CN1542550A - 在任意尺寸的柔顺介质上复制高分辨率三维压印图案的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于在柔顺介质(45)上复制高分辨率的三维压印图案(20q)的方法。该柔顺介质(45)携带包括三维特征的压印印模(20t)，其可以在辊对辊式转移印制过程用作压印印模。该柔顺介质(45)可以制成任何尺寸，且可以与带状物(100)或者圆筒(90)连接。该柔顺介质(45)可以是透光的，且带状物(100)或者圆筒(90)也可以是透光的，使得定位在带状物(100)或者圆筒(90)内部或者外部的光源可以照射被促使与柔顺介质(45)接触的另一介质。

Description

在任意尺寸的柔顺介质上复制高分辨率三维压印图案的方法
技术领域
本发明总的涉及用于在任意尺寸的柔顺介质上复制高分辨率的三维压印图案的方法。更具体的，本发明涉及在软光刻印制过程中在柔顺介质上复制包括压印印模的一个或者多个光敏聚合物垫片的方法，该柔顺介质可以用来将在该压印印模上携带的高分辨率三维压印图案转移到另一种与该柔顺介质接触的介质上。
背景技术
大规模的垫片通常由较小的母片通过使用称为再结合的过程来制造。在再结合中，交替地加热和冷却小母片印模，同时模压热塑基片。因此，将母片印模中的图案转移到了热塑基片上。然后，可以镀或者以其它方式涂覆该热塑基片，以产生其它的垫片。用于上述工艺的机器是昂贵的(例如，大于等于$90,000)，且由于热塑基片在熔化状态下相对高的粘性，该机器不能保证用于亚微米(即，小于1.0μm)尺寸的图案。例如，可以利用其它专有的工艺，诸如自动全息系统。然而，这些专有的系统也是昂贵的，且每个垫片的成本会超过每个垫片几千美元。
聚二甲基硅酮(PDMS)，一种硅橡胶，由于其柔性、不粘的特性和对紫外线的透明性，所以被广泛地认为是一种用于软光刻的好材料。然而，在薄片的情况下，因为PDMS是弹性的、容易撕裂的且趋向于粘住其本身，所以其很难处理。
因此，需要一种用于携带压印印模的低成本的、耐用的和容易处理的柔顺介质来用于软光刻工艺。还需要一种可以支持具有亚微米特征尺寸的压印印模的柔顺介质。需要一种透光的，特别是透紫外线的柔顺介质。最后，需要一种柔性的、耐用的和可以与带状物或者圆筒连接的柔顺介质。
发明内容
广义上说，本发明体现为在任意尺寸的柔顺介质上复制高分辨率的三维压印图案的方法。该柔顺介质可以与柔性带状物材料连接，或者其可以与圆筒连接。该柔顺介质携带可以包括具有亚微米(即，小于1.0μm)特征尺寸的特征的压印印模。该柔顺介质可以制成任何尺寸，且由该柔顺介质携带的压印图案可以由相同的母基片或者不同的母基片制成。
本发明的柔顺介质的优点包括：其可以以低成本在台式实验室环境中制造，该柔顺介质是耐用的、柔性的，且可以由透光材料，特别是透紫外线的材料制成。该柔顺介质可以与在软光刻工艺中使用的透光的带状物或者圆筒连接，其中，由该柔顺介质携带的压印印模用来模压可以涂覆有光敏聚合物材料的另一基片，然后在模压步骤的同时由紫外线光源来固化。
通过以下结合附图的详细描述，本发明的其它方面和优点将更加清楚，并通过举例来说明本发明的原理。
附图说明
图1到5描述了根据本发明母基片的图案形成和蚀刻，以限定压印图案。
图6描述了根据本发明共形地沉积在压印图案上的释放层。
图7描述了根据本发明沉积在释放层上的硅基弹性体层。
图8到10描述了根据本发明从释放层分离硅基弹性体层以形成压印印模。
图11描述了根据本发明将薄塑料膜施加到硅橡胶背衬。
图12描述了根据本发明具有光敏聚合物溶液的薄塑料膜的涂层。
图13和14描述了根据本发明使光敏聚合物溶液散布，以在薄塑料膜上形成光敏聚合物层。
图15描述了根据本发明将压印印模的带图案的侧面放置在光敏聚合物层上。
图16描述了根据本发明将光敏聚合物层固化。
图17描述了根据本发明从光敏聚合物层去除压印印模。
图18描述了根据本发明在光敏聚合物层中形成光敏聚合物垫片。
图19描述了根据本发明沉积在光敏聚合物垫片上的碳氟化合物涂层。
图20描述了根据本发明连附到支撑基片的光敏聚合物垫片。
图21描述了根据本发明连附到支撑基片的垫片架和支撑基片的预加热。
图22和23描述了根据本发明基于硅酮的弹性体材料在光敏聚合物垫片和垫片架上的涂覆和散布。
图24描述了根据本发明支撑基片的加热。
图25到27描述了根据本发明将转移粘合剂施加到柔顺介质。
图28描述了根据本发明从支撑基片分离柔顺介质。
图29是根据本发明的由光敏聚合物垫片携带的压印图案的顶视图和横剖面视图。
图30描述了根据本发明的柔顺组件。
图31a到34b描述了根据本发明将柔顺组件连附到圆筒上。
图35到37b描述了根据本发明将柔顺组件连附到带状物材料。
具体实施方式
在下面的详细描述和附图的几个图形中，同样元件用相同的标号确定。
如用于说明的附图所示，本发明体现为在任意尺寸的柔顺介质上制作高分辨率的三维压印图案的方法。该柔顺介质可以与诸如圆筒或者带状物之类的另一基片连接。该带状物可以是柔性的带状物。在与基片连接以后，该压印图案可以用作光刻印制过程的一部分，其中，另一涂覆的基片在该带状物或者圆筒下通过，且在柔顺介质上的压印图案模压(即，转移)到该涂覆的基片。该涂覆的基片可以涂覆有诸如光敏聚合物之类的材料，且该光敏聚合物可以同时通过模压来固化，以便在光敏聚合物中固定该压印的图案。
在图1到4中，使母基片11图案化，然后蚀刻，以在其中形成压印图案20。在图1中，母基片11涂覆有用作蚀刻掩模的材料155。该材料155可以是一般用在微电子学领域中的光致抗蚀剂材料。携带要在母基片11中形成的图案153的掩模151用光154照射，该光154通过图案153使材料155曝光。
在图2中，材料155被显影以去除材料155在光154下曝光的部分。在图2和3中，母基片11用蚀刻材料蚀刻，以去除母基片11没有用材料155覆盖的那些部分。因此，在图3中，在母基片11中形成多个压印图案20p。在图4中，压印图案20p在母基片11上限定压印印模20。
该压印印模20可以包括在宽度、长度和高度所有三维方向中变化的压印图案20p。在图4的横剖面视图和图5的俯视图中，该压印图案20p的宽度尺寸d0、高度尺寸h0和长度尺寸L0变化。压印图案20p的实际尺寸是取决于应用的，并很大程度地取决于材料155的图案形成所使用的光刻工艺。例如，如果使用现有技术水平的微电子学光刻工艺，那么尺寸(d0、h0、L0)可以是亚微米量级的，也就是小于1.0μm。例如，压印图案20p可以是纳米级的压印图案，其具有100.0nm或者更小的尺寸(d0、h0、L0)。因此，由于压印图案20p具有纳米大小的尺寸(d0、h0、L0)，所以压印印模20也是纳米级的压印印模。
在微电子学领域中熟知的光刻工艺可以用于母基片11的图案形成和蚀刻。例如，使用光致抗蚀剂作为材料155的光刻工艺和诸如反应离子蚀刻(RIE)之类的蚀刻过程可以用于在母基片11上形成压印印模20。
适于用作母基片11的材料包括但不限于硅(Si)基片和硅(Si)晶片。在图5中，母基片11是具有晶片的平的部分11F的硅晶片。在母基片11中形成了四个压印印模20。硅晶片可以是任何尺寸的。例如，使用4.0英寸的硅晶片作为母基片11来用于四个压印印模20。可以使用较大直径的硅晶片(例如，8英寸或者12英寸)来提供用于更多压印印模20或者更大压印印模20的更大表面积。尽管在图5中压印图案20p看起来是相同的，但是压印印模20可以包括在压印印模20之间变化(即，不是相同的)的压印图案20p。
在图6中，释放层13沉积在压印图案20p上。该释放层13包括第一厚度t1，其实现共形地涂覆压印图案20p，使得该第一厚度t1在压印图案20p的垂直和水平表面上是大致相等的厚度。用于释放层13的合适材料包括但不限于碳氟化合物材料。例如，用于释放层13的碳氟化合物材料可以使用三氟甲烷(CHF3)气体的等离子体沉积大约5.0分钟来沉积。
该第一厚度t1是取决于应用的；然而，如下将要讨论的，该释放层13实现提供不粘的表面，在该表面上施加基于硅酮的弹性体材料，该弹性体材料以后将从释放层13释放。因此，释放层13可以是具有从大约50.0nm到150.0nm厚的第一厚度t1的很薄的层。
在图7中，基于硅酮的弹性体层15沉积在释放层13上到第一深度d1，其完全覆盖压印图案20p。为了获得基于硅酮的弹性体层15的均匀厚度，母基片11应该大致水平。例如，这可以在沉积基于硅酮的弹性体层15以前，将母基片11放置在水平表面或者水平真空吸盘上来实现。
然后，通过加热H该母基片11来固化该基于硅酮的弹性体层15。该固化可以通过在预定的温度下烘烤该母基片11预定的一段时间来实现。实际的时间和温度是取决于应用的，且也取决于用于基于硅酮的弹性体层15的材料类型。用于基于硅酮的弹性体层15的合适材料包括但不限于聚二甲基硅酮(PDMS)，DOW CORNING的基于硅酮的共形涂层，其包括SYLGARD182硅酮弹性体、SYLGARD183硅酮弹性体、SYLGARD184硅酮弹性体和SYLGARD186硅酮弹性体。
该基于硅酮的弹性体层15的第一深度d1可以是取决于应用的。然而，在一个优选实施例中，该基于硅酮的弹性体层15的第一深度d1从大约0.5mm到大约1.5mm。对于PDMS或者DOW CORNING的SYLGARD基于硅酮的弹性体，基于硅酮的弹性体层15的固化可以通过在烤炉或者类似物中烘烤母基片11来实现。用于固化的预定温度和预定的时间量可以是在大约100.0℃的温度下持续大约4.0小时。
在另一实施例中，也在图6中示出，在上述的固化步骤之前，具有第二厚度t2的覆盖层16施加到已经沉积的基于硅酮的弹性体层15上。最好该覆盖层16是聚酯膜，且该第二厚度t2从大约50.0μm到大约150.0μm。该覆盖层16可以用于使在基于硅酮的弹性体层15中引起基于硅酮的弹性体层15的大致平坦的表面15s偏差的任何表面不规则平坦化。
在固化步骤以后，图案20p的互补图像在基于硅酮的弹性体层15中复制20r，使得压印印模20a在基于硅酮的弹性体层15中形成(如图8到10所示)。
在图7中，在固化步骤以后，基于硅酮的弹性体层15从释放层13释放。可以使用一对镊子的尖端，或者诸如X-Acto刀之类的刀口或剃刀口来将基于硅酮的弹性体层15从释放层13分离，如利用刀口K并在基于硅酮的弹性体层15和释放层13之间如虚线箭头所示插入。然后，通过抓取该基于硅酮的弹性体层15的边缘可以从释放层13升高该基于硅酮的弹性体层15，且从该释放层13剥去该基于硅酮的弹性体层15(如虚线箭头P所示)。如果使用了上述的覆盖层16，那么在该基于硅酮的弹性体层15从该释放层13释放以前从该基于硅酮的弹性体层15去除该覆盖层16。
在图8、9和10中，去除压印印模20a的围绕该压印印模20a的基于硅酮的弹性体层15的多余部分。如果使用了上述覆盖层16，那么去除该压印印模20a的基于硅酮的弹性体层15的多余部分和围绕该压印印模20a的覆盖层16。
在任一情况下，可以通过将基于硅酮的弹性体层15放置在大致平的基片21上，然后围绕压印印模20a的周边(如图8和9中的虚线所示)切割C来去除该压印印模20a的多余部分，以从该压印印模20a释放基于硅酮的弹性体层15的多余部分或者基于硅酮的弹性体层15和覆盖层16的多余部分。可以使用刀、剃刀、模具或者类似物来实现切割，如在图9中由刀K所示的。在压印印模20a释放以后，多余部分(15或者15和16)可以从大致平的基片21剥离，使得该压印印模20a不再与多余部分连接(如图10所示)。该大致平的基片21可以是包括但不限于玻璃、金属、塑料和石英的材料。例如，该大致平的基片21可以是玻璃板。
或者，必要时，上述步骤可以重复，以使用母基片11来生产另外的压印印模20a。本发明的一个优点在于，该母基片11没有被上述的加工步骤破坏。因此，相同的基片11可以重复使用，以生产几个压印印模20a。因此，母基片11的图案形成和蚀刻以及释放层13的沉积的成本可以分摊到几个压印印模20a上。
本发明的另一个优点在于，在每次使用以后，不需要清洁母基片11来去除诸如灰尘颗粒之类的污染物，因为基于硅酮的弹性体层15围绕颗粒流动，且夹带它们。因此，母基片11是自动清洁的，因为这些颗粒被基于硅酮的弹性体层15去除。
在图11中，具有第三厚度t3的平的薄塑料膜33放置在具有第四厚度t4的平的且柔顺的硅橡胶背衬31上。用于薄塑料膜33的合适材料包括但不限于聚酰胺和聚酯(PET，聚对苯二甲酸乙二醇酯)。该第三厚度t3和第四厚度t4是取决于应用的。最好薄塑料膜33的第三厚度t3从大约40.0μm到大约100.0μm，硅橡胶背衬31的第四厚度t4从大约0.125英寸到大约0.25英寸。该硅橡胶背衬31的第四厚度t4应该选择为确保硅橡胶背衬31是柔顺的(即，不刚硬)。
在图12中，薄塑料膜33的表面33s涂覆有光敏聚合物溶液35。该光敏聚合物溶液35可以包括但不限于大约50％的光敏聚合物材料和大约50％的丙酮的混合物。如下将要描述的，丙酮会蒸发，在薄塑料膜33的表面33s上留下的基本上为光敏聚合物层。该光敏聚合物材料可以包括但不限于NorlandTM光学粘合剂，其在紫外线下暴露时固化。最好该光敏聚合物材料在从大约5.0秒到大约60.0秒的时间中固化。例如，NorlandNOA 83H的光敏聚合物可以用于光敏聚合物溶液35。
在图13和14中，光敏聚合物溶液35在薄塑料膜33的表面33s上散布，以形成具有第五厚度t5的光敏聚合物层35。最好光敏聚合物溶液35的散布使用缠绕有具有第一直径的金属丝W1的Mayer(迈尔)棒M1来实现。该Mayer棒M1在表面33s上滑动S，且定量供应光敏聚合物溶液35，使得形成具有第五厚度t5的光敏聚合物层35。在散布过程期间，在光敏聚合物溶液35中的任何丙酮基本上上蒸发了。结果，该光敏聚合物层35基本上包括光敏聚合物材料，如上所述。最好该光敏聚合物层35的第五厚度t5从大约5.0μm到大约10.0μm。该金属丝W1的第一直径是取决于应用的。最好该金属丝W1的第一直径从大约50.0μm到大约100.0μm。
在图15中，压印印模20a的带图案的表面21a放置在光敏聚合物层35上。将该压印印模20a放置在光敏聚合物层35上可以包括将该压印印模20a的边缘e1放置为与光敏聚合物层35接触，且压下边缘e1，同时逐渐降低(如箭头L1和d所示)带图案的表面21a的剩余部分来与光敏聚合物层35接触。可以使用一对镊子或者吸棒来抓住边缘e2来实现下降和压下边缘e1。或者，可以结合逐渐降低来使用橡胶辊子或者类似物，以使该带图案的表面21a与光敏聚合物层35接触。
逐渐降低的一个优点在于，在光敏聚合物层35和带图案的表面20r之间所夹的空气被排出，使得会引起缺陷的气泡不会被围在光敏聚合物层35和带图案的表面20r之间。
本发明的另一个优点在于，一旦压印印模20a被放置在光敏聚合物层35上，该压印印模20a可以漂浮(如虚线箭头F所示)在光敏聚合物层35的表面35s上，以将该压印印模20a定位在光敏聚合物层35上的预定位置。可以使用镊子或者吸棒手动实现漂浮F，或者漂浮F可以是自动的，且可以使用诸如机器人端部操作器之类的精确机械装置来精确地定位该压印印模20a。
在图16中，固化光敏聚合物层35，以在光敏聚合物层35上固定压印印模20a的位置，且将压印图案20r的图像转移到光敏聚合物层35上。通过用预定强度的紫外线UV照射光敏聚合物层35持续第一时间段来固化光敏聚合物层35。当固化该光敏聚合物层35时，其变硬，且被转移到光敏聚合物层35上的压印图案20r的图像也硬化，并作为压印图案20s固定在光敏聚合物层35中。
紫外线UV可以具有包括但不限于从大约300.0nm到大约400.0nm范围的波长。紫外线UV的预定强度可以包括但不限于大约150毫瓦/厘米2的强度。该第一时间段可以包括但不限于从大约5.0秒到大约60.0秒的时间段。例如，紫外线UV可以来自UVA紫外线光源。
本发明的另一个优点在于，用来使光敏聚合物层35带图案的压印印模20a可以具有可变化的厚度(如图16中的tA和tB所示)，且厚度的那些变化不会影响压印图案20r到光敏聚合物层35的压印图案20s的转移的精度。厚度(tA和tB)的变化可以是由于用来制作压印印模20a的过程的变化、图7中的第一深度d1的变化，或者使用不同的母基片11来用不同的压印图案20p来制作不同的压印印模20。
在固化步骤以后，在图17和18中，从光敏聚合物层35去除P压印印模20a，使得压印图案20r的图像限定具有在光敏聚合物垫片中固定的压印图案20s的光敏聚合物垫片36。使用一对镊子或者类似物来抓取边缘(e1或者e2)，然后从光敏聚合物层35升高压印印模20a(如虚线箭头P所示)可以去除P压印印模20a。
在图19中，通过加热光敏聚合物垫片36来后固化光敏聚合物垫片36。该光敏聚合物垫片36的后固化可以包括但不限于在大约100.0℃下大约1.0小时的时间。或者，在后固化步骤以后，可以用丙酮溶液冲洗光敏聚合物垫片36，以去除可能抑制固化的诸如PDMS或者上述SYLGARD基于硅酮的弹性体之类的基于硅酮的弹性体材料的化学物质。光敏聚合物垫片36的后固化去除了抑制固化的物质，且改进了光敏聚合物垫片36与薄塑料膜33的粘附。
在图19中，在光敏聚合物垫片36的后固化以后，具有第六厚度t6的碳氟化合物材料37的涂层沉积在光敏聚合物垫片36上。该第六厚度t6可以包括但不限于从大约50.0nm到大约150.0nm的厚度。例如，碳氟化合物材料37可以使用三氟甲烷(CHF3)气体的等离子体沉积大约5.0分钟来沉积。
在图19中，在碳氟化合物材料37沉积以后，镊子或者刀口可以插入薄塑料膜33和硅橡胶背衬31之间，且薄塑料膜33可以从硅橡胶背衬31的剥离，如虚线箭头P所示。此后，光敏聚合物垫片36和薄塑料膜33的组合将称为光敏聚合物垫片36，除非另外说明。
在图20中，在薄塑料膜33分离以后，光敏聚合物垫片36连附到支撑基片41。可以通过将光敏聚合物垫片36放置在支撑基片41上来使光敏聚合物垫片36与支撑基片41连接，且使用粘合剂将光敏聚合物垫片36的一端固定到支撑基片41。例如，可以使用高温胶带T。该支撑基片41可以由包括但不限于玻璃和石英的材料制成。
在图21和22中，具有第一高度h1的垫片架43连附到支撑基片41中。例如，该垫片架43可以使用诸如上述的高温胶带T之类的粘合剂来与支撑基片41连接。该垫片架43邻近光敏聚合物垫片36定位，且与光敏聚合物垫片36隔开第一距离D1，使得在支撑基片41的表面41s上在垫片架43和光敏聚合物垫片36之间有空间。垫片架43的第一高度h1应该超过光敏聚合物垫片36的高度hs，如图22所描述的。该第一高度h1和第一距离D1是取决于应用的；然而，第一高度h1可以在包括但不限于从大约0.5mm到大约1.5mm的范围内，第一距离D1可以在包括但不限于从大约1.0mm到大约2.0mm的范围内。该垫片架43可以是包括但不限于金属、玻璃、石英和不锈钢的材料。例如，垫片架43可以是不锈钢垫片架，且第一高度h1可以是大约0.5mm。
在图21中，预加热H支撑基片41来增加支撑基片41的温度，以为用基于硅酮的弹性体材料来涂覆垫片架43和光敏聚合物垫片36作准备，如下将要详细讨论的。最好基于硅酮的弹性体材料不在低温或者室温下(即，从大约18.0℃到大约28.0℃)涂覆到支撑基片41上。支撑基片41的预加热温度是取决于应用的，且该温度不应该超过光敏聚合物垫片36的温度限制。例如，支撑基片41可以加热到大约100℃的温度。大约100℃的温度低于大多数光敏聚合物材料的温度限制。
在图22和23中，光敏聚合物垫片36和垫片架43涂覆有柔顺材料44，该柔顺材料44完全覆盖光敏聚合物垫片36和垫片架43(如图22所示)。用于柔顺材料44的合适材料包括但不限于基于硅酮的弹性体材料和非晶体的含氟聚合物材料。
合适的基于硅酮的弹性体材料包括但不限于聚二甲基硅酮(PDMS)，DOW CORNING的基于硅酮的共形涂层，其包括SYLGARD182硅酮弹性体、SYLGARD183硅酮弹性体、SYLGARD184硅酮弹性体和SYLGARD186硅酮弹性体。最好PDMS是大约10.0份的基料和大约1.5份的固化剂的混合物。该基料和固化剂可以通过重量或者通过体积来混合，因为它们具有相同的密度。
用于非晶体的含氟聚合物材料的合适材料包括但不限于TEFLONAF。例如，一种DuPontTMTEFLONAF已经用于柔顺材料44。当柔顺材料44包括非晶体的含氟聚合物材料时，不需要上述的图21的预加热步骤。
在图23和24中，柔顺材料44在光敏聚合物垫片36和垫片架43上散布，以形成覆盖光敏聚合物垫片36和垫片架43的柔顺介质45(如在图24中厚度t8和t9所示)。在光敏聚合物垫片36中的压印图案20s转移到了柔顺介质45上，使得在柔顺介质45中形成压印印模20t。
最好柔顺材料44的散布使用缠绕有具有第二直径的金属丝W2的Mayer棒M2来实现。该Mayer棒M2在垫片架43上滑动S，且定量供应柔顺材料44，以形成光滑且均匀厚度的柔顺介质45。柔顺材料44覆盖垫片架的厚度为t8，覆盖光敏聚合物垫片36的厚度为t9，其中t9＞＞t8。缠绕Mayer棒M2的金属丝的直径比上述的Mayer棒M1的直径粗很多。该金属丝W2的第二直径是取决于应用的。最好该金属丝W2的第二直径从大约1.0mm到大约3.0mm。例如，具有大约1.5mm直径的金属丝可以缠绕在Mayer棒M2上。
在散布以后，加热H支撑基片41。表面41s实现在加热步骤期间或者加热步骤后为柔顺介质45的部分45c的粘附提供表面。基片41的加热H的时间和温度是取决于应用的，和上面一样，该温度不能超过光敏聚合物垫片36或者柔顺介质45的温度限制。例如，当柔顺介质45由基于硅酮的弹性体材料制成时，该支撑基片41可以在大约100.0℃的温度下加热H大约4.0小时。加热H使基于硅酮的弹性体材料固化。或者，当柔顺介质由非晶体含氟聚合物材料制成时，该支撑基片41可以在大约60.0℃的温度下加热H大约4.0小时。在这样的情况下，加热H干燥该非晶体含氟聚合物材料。
在加热步骤以后，冷却支撑基片41。最好允许该支撑基片41冷却到大约室温的温度(即，从大约18.0℃到大约28.0℃)。
在支撑基片41冷却以后，从支撑基片41上去除垫片架43。在图24中，通过沿着邻近光敏聚合物垫片36的垫片架43的边缘切割K柔顺介质45可以去除垫片架43。可以使用刀、剃刀或者类似物来切割K柔顺介质45。在切割K了柔顺介质45以后，可以从支撑基片41剥离垫片架43。垫片架43的边缘(如用于K的虚线所示)应该用作执行切割K的导向，因为柔顺介质45的部分45c粘附到支撑基片41的表面41s，且该粘附防止柔顺介质45从基片41过早的分离。
在图25到27中，转移粘附层51的第一粘附表面A1施加到柔顺介质45的表面45s上，使得转移粘附层51粘附到柔顺介质45上。该转移粘附层51包括第七厚度t7和第二粘附表面A2，如下将要描述的。
在图25中，在施加到表面45s上以前，可以通过从转移粘附层51剥离P1第一背衬53来暴露第一粘附表面A1。类似的，可以通过从转移粘附层51剥离P2第二背衬55来暴露第二粘附表面A2。该第一粘附表面A1可以通过使用辊子59(如图26所示)来与表面45s连接。
在图26中，第一粘附表面A1定位在柔顺介质45的边缘，然后辊子59横过第二背衬55滚动R，以逐渐将第一粘附表面A1横跨表面45s施加，直到整个表面45s与第一粘附表面A1连接(如图27所示)。例如，辊子59可以是橡胶辊子。辊子59允许第一粘附表面A1施加到表面45s上，而不会在第一粘附表面A1和表面45s之间夹有空气。
转移粘附层51的第七厚度t7是取决于应用的。然而，因为转移粘附层51保持连附到柔顺介质45，且因为期望柔顺介质45是柔性的，所以转移粘附层51应该尽可能地薄。最好转移粘附层51的第七厚度t7从大约20.0μm厚到大约100.0μm厚。
最好该转移粘附层51是透光的材料，使得与柔顺介质45和压印印模20t接触的另一光敏聚合物材料可以由入射到转移粘附层51和柔顺介质45上的光源来固化，如以下将要描述的。
用于转移粘附层51的合适的透光材料包括但不限于AdhesivesResearch，Inc.TM ARclearTMDEV-8932的光学清晰的硅酮粘合剂。例如，25.0μm厚(即，第七厚度t7＝25.0μm)的ARclearTMDEV-8932片可以用于转移粘附层51。
在图28中，通过使用刀、剃刀、吸棒、镊子或者类似物来开始从支撑基片41分离柔顺介质45，如由刀K所表示的，可以将柔顺介质45从支撑基片41分离。
在图29中，压印印模20t包括多个在光敏聚合物垫片36中形成的与母基片11上的图案20p(如图5和6所示)互补的图案20q。在图30中，在剥离以后，柔顺介质45仍然与光敏聚合物垫片36和薄塑料膜33连接。
本发明的另外的优点在于，在将在下面参考图31到37b描述的后续的加工和处理步骤期间，光敏聚合物垫片36和薄塑料膜33层防止压印印模20t受到破坏。可以完成这些加工和处理步骤，然后剥离光敏聚合物垫片36和薄塑料膜33层，以暴露压印印模20t。因为光敏聚合物垫片36和薄塑料膜33层最后将与柔顺介质45分离，以便暴露由柔顺介质45携带的压印印模20t，所以此后除非另外说明，包括光敏聚合物垫片36和薄塑料膜33的组合层将表示为光敏聚合物垫片36(如图30所示)。
类似地，因为转移粘附层51保持与柔顺介质45的连接，所以柔顺介质45和转移粘附层51的组合将表示为柔顺介质70。在图28和30中，柔顺介质70和光敏聚合物垫片36的组合将表示为柔顺组件75。如下将要描述的，柔顺组件75与圆筒和柔性带状物材料连接。
在图31a、31b和31c中，L形的装配架73包括水平部分73h和形成低垂直壁的垂直部分73v。该水平和垂直部分(73h、73v)相互成直角β。部分(73h、73v)应该是光滑且基本平的。该L形的装配架73可以用来实现柔顺组件75到圆筒69的表面69s的层压。
在图31a和31b中，支撑基片41可以放置在水平部分73h上，且邻接垂直部分73v。或者，如果柔顺组件75已经从支撑基片41分离，那么由光滑且平的硅橡胶块(没有显示)制成的底座可以放置在水平部分73h上，且底座的一端邻接垂直部分73v。柔顺组件75放置在底座的顶部，且通过使用垂直部分73v作为垂直直边来与垂直部分73v对准。如果第二背衬55仍然在转移粘附层51上，那么可以剥离P2第二背衬55，以暴露第二粘附表面A2。
在图31a和31c中，具有外表面69s的圆筒69与水平部分73h和垂直部分73v对准，使得外表面69s与这些部分(73h、73v)相切73t。圆筒69下降到柔顺组件75，使得第二粘附表面A2在切点73t处与外表面69s的一部分接触。然后圆筒69在滚动方向RD中滚动R，以在圆筒69滚动R时在外表面69s上收集柔顺组件75。在柔顺组件75滚动到圆筒69上以后，在柔顺组件75的邻近端部之间有间隙70g，如在图31b中描述的。
用于圆筒69的合适材料包括但不限于金属、陶瓷、玻璃、石英和塑料。最好圆筒69由透光的材料制成，使得光L可以通过圆筒69、柔顺介质70和压印印模20t。用于圆筒69的合适的透光材料包括但不限于玻璃、石英和塑料。在图32中，诸如紫外线光源之类的光源99可以设置在圆筒69内部或者外部，以照射和固化被促使与压印印模20t接触的光敏聚合物材料(没有显示)。因为柔顺介质70可以制成任何尺寸，所以圆筒69可以包括足够容纳光源99的内径。另一方面，光源99可以足够小，以适合圆筒69的内径。
在图31b中，描述了用于将柔顺介质45连附到圆筒69的另一种方法。柔顺介质由45替代70来表示，因为在图31b中转移粘附层51没有与柔顺介质45连接。第一，通过剥离第一背衬53(没有显示)来暴露转移粘附层51的第一粘附表面A1。第二，圆筒69的外表面69s与第一粘附表面A1连接，然后滚动圆筒69，以在外表面69s上收集转移粘附层51。第三，剥离第二背衬55的一部分，以暴露第二粘附表面A2的一部分。接下来，第二粘附表面A2的暴露部分在切点73t处与柔顺介质45连接，且圆筒69在滚动方向RD滚动，以在圆筒69上收集柔顺介质45，同时剥离第二背衬55的剩余部分55p，以暴露第二粘附表面A2的剩余部分。
在图32和33中，在柔顺组件75滚动到圆筒69上以后，可能有柔顺组件75的多余部分75x，其必须被修整，使得柔顺组件75的大部分可以光滑地卷到圆筒69上。如上所述，可能有间隙70g，如果有，那么期望修整多余部分75x，使得间隙70g尽可能的小。可以使用刀K或者类似物来修整多余部分75x，使得柔顺组件75没有任何凸出地位于外表面69s上。在图33中，刀K可以沿着方向Kd切割，以完成多余部分75x的修整，以形成完全层压的圆筒90。在图33中，压印印模20t以虚线轮廓描述，因为它们仍然定位在还没有从柔顺介质70分离的光敏聚合物垫片36下面。
在图33中，穿过圆筒69和柔顺组件75的线n-n在横剖面视图34a和34b中更详细地描述。在图34a中，表示在修整多余部分75x前的柔顺组件75。在图34b中，表示在修整多余部分75x后的柔顺组件75。
在图34a中，多余部分75x包括柔顺介质70和光敏聚合物垫片36。因为与光敏聚合物垫片36连接的薄塑料膜33(如图28所示)可以是不透光的，且光敏聚合物垫片36可以是透光的，所以可以如虚线箭头P所示的剥离光敏聚合物垫片36，使得可以用柔顺介质70(即，透光的粘合剂51和透光柔顺介质45)来沿着已经与圆筒69的外表面69s连接的柔顺组件75的边缘Es观测。
可以使用沿着边缘Es的观测线(如虚线所示)的刀切割K来修整多余部分75x，使得多余部分75x的没有连接的层与它们各自已连接的层对准，也就是：33’对着33；36’对着36；45’对着45；和51’对着51，如在图34a中所表示的。修整以后，在柔顺组件75的邻近端部之间可能有小间隙70g。
在图34b中，除了间隙70g，柔顺组件75在圆筒69的外表面69s上形成几乎连续的层。在修整以后，可以剥离P光敏聚合物垫片36，以暴露柔顺介质70上的压印印模20t。
在图35和36中，柔顺组件75施加到带状物材料81上。在柔顺组件75施加到带状物材料81上之前，从转移粘附层51剥离第二背衬55，以暴露第二粘附表面A2。然后将第二粘附表面A2逐渐施加到带状物材料81的表面81s上。诸如橡胶辊子之类的辊子89可以用来在滚动方向RD滚动R柔顺组件75。
滚动R可以开始于柔顺组件75和带状物材料81的第一端(75a、81a)，终止于柔顺组件75和带状物材料81的第二端(75b、81b)。在柔顺组件75和带状物材料81相互连接以后(图36所示)，第一和第二端(81a、81b)可以结合，以形成带状物100，如图37a和37b所表示的。如上所述，间隙70g可以分离第一和第二端(75a、75b)。可以使用粘接胶带或者类似物来覆盖间隙70g。还可以使用一块粘接胶带81t或者类似物来连接带状物材料81的第一和第二端(81a、81b)，以形成带状物100。在带状物100形成以后，可以剥离P光敏聚合物垫片36(即，图28的层33和36)，以在柔顺介质70上暴露压印印模20t。合适的粘接胶带包括但不限于高温基于硅酮的胶带。
带状物材料81可以是透光的材料，使得光L可以通过带状物材料81、柔顺介质70和压印印模20t。用于带状物材料81的合适透光材料包括但不限于DuPontTM Mylar。例如，诸如紫外线光源之类的光源99可以定位在带状物100内部或者外部，以照射和固化被促使与压印印模20t接触的光敏聚合物材料(没有显示)。带状物材料81可以具有从大约50.0μm到大约150.0μm的厚度tB。
尽管公开和说明了本发明的几个实施例，但是本发明不限于所描述和说明的部分的这些特殊形式或者结构。本发明只由权利要求书限制。

Claims (49)

1.一种在柔顺介质(45)上复制高分辨率的三维压印图案(20q)的方法，其包括：
通过图案化在母基片(11)上形成压印印模(20)，然后蚀刻该母基片(11)，以在基片(11)中限定压印图案(20p)；
在该压印图案(20p)上沉积释放层(13)，该释放层(13)包括可实现共形地涂覆压印图案(20p)的第一厚度(t1)；
在该释放层(13)上沉积基于硅酮的弹性体层(15)到可实现完全覆盖该压印图案(20p)第一深度(d1)；
通过加热(H)该母基片(11)来固化基于硅酮的弹性体层(15)；
从该释放层(13)释放该基于硅酮的弹性体层(15)；
从包围压印印模(20a)的基于硅酮的弹性体层(15)的多余部分分离压印印模(20a)；
必要时重复上述步骤，以从母基片(11)形成另外的压印印模(20a)；
将具有第三厚度(t3)的平的薄塑料膜(33)放置在具有第四厚度(t4)的平的且柔顺的硅橡胶背衬(31)上；
用光敏聚合物溶液(35)涂覆该薄塑料膜(33)的表面；
将光敏聚合物溶液(35)在塑料膜(33)的表面上散布，以形成具有第五厚度(t5)的光敏聚合物层(35)；
将压印印模(20a)的带图案的表面(21a)放置在光敏聚合物层(35)上；
通过用预定强度的紫外线(UV)照射光敏聚合物层(35)持续第一时间段来固化光敏聚合物层(35)，以在光敏聚合物层(35)上固定压印印模(20a)的位置，且将在压印印模(20a)的带图案的表面(21a)上的压印图案(20r)的图像转移到光敏聚合物层(35)上；
从光敏聚合物层(35)分离(P)压印印模(20a)，使得压印图案(20s)的图像限定光敏聚合物垫片(36)；
通过加热(H)光敏聚合物垫片(36)来后固化光敏聚合物垫片(36)；
将具有第六厚度(t6)的碳氟化合物材料(37)的涂层沉积在光敏聚合物垫片(36)上；
从硅橡胶背衬(31)分离薄塑料膜(33)；
将光敏聚合物垫片(36)连附到支撑基片(41)；
将具有第一高度(h1)的垫片架(43)连附到支撑基片(41)，该垫片架(43)邻近光敏聚合物垫片(36)定位，且与光敏聚合物垫片(36)隔开第一距离(D1)；
用从基于硅酮的弹性体材料和非晶体的含氟聚合物材料中选择的柔顺材料(44)涂覆光敏聚合物垫片(36)和垫片架(43)；
在光敏聚合物垫片(36)和垫片架(43)上散布柔顺材料(44)，以形成覆盖光敏聚合物垫片(36)和垫片架(43)的柔顺介质(45)，且将光敏聚合物垫片(36)中的压印图案(20s)转移到了柔顺介质(45)；
加热(H)支撑基片(41)；
冷却支撑基片(41)；
从柔顺介质(45)分离垫片架(43)；
将转移粘附层(51)的第一粘附表面(A1)施加到柔顺介质(45)的表面(45s)，使得转移粘附层(51)粘附到柔顺介质(45)，该转移粘附层(51)包括第七厚度(t7)和第二粘附表面(A2)；以及
通过剥离转移粘附层(51)来从支撑基片(41)或者光敏聚合物垫片(43)中选定的一个分离柔顺介质(45)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该母基片(11)是从硅基片和硅酮晶片中选择的材料。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该释放层(13)包括碳氟化合物材料。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该释放层(13)的第一厚度(t1)是从大约50.0纳米到大约150.0纳米。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该基于硅酮的弹性体层(15)是从包括聚二甲基硅酮、SYLGARD182、SYLGARD183、SYLGARD184和SYLGARD186的组中选择的材料。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该基于硅酮的弹性体层(15)的第一深度(D1)是从大约0.5毫米到大约1.5毫米。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：基于硅酮的弹性体层(15)的固化包括在大约100.0摄氏度下加热母基片(11)大约4.0小时。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：从释放层(13)分离基于硅酮的弹性体层(15)的步骤包括通过抓取该基于硅酮的弹性体层(15)的边缘部分从释放层(13)升高该基于硅酮的弹性体层(15)，且从该释放层(13)剥去(P)该基于硅酮的弹性体层(15)。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：分离压印印模(20a)的步骤还包括：
将基于硅酮的弹性体层(15)放置在基本上平的基片(21)上；
围绕压印印模(20a)的周边切割，以从该压印印模(20a)释放基于硅酮的弹性体层(15)的多余部分；以及
从基片(21)剥去基于硅酮的弹性体层(15)的多余部分，使得该压印印模(20a)不再与基于硅酮的弹性体层(15)的多余部分连接。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：该基本上平的基片(21)是从玻璃、金属、塑料和石英中选择的材料。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该薄塑料膜(33)是从聚酰胺和聚酯中选择的材料。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该薄塑料膜(33)的第三厚度(t3)是从大约40.0微米到大约100.0微米。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该硅橡胶背衬(31)的第四厚度(t4)是从大约0.125英寸到大约0.25英寸。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该光敏聚合物溶液(35)的散布包括横跨塑料膜(33)的表面(33s)滑动包括具有第一直径(W1)的金属丝的Mayer棒(M1)。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于：该Mayer棒(M1)上的该金属丝的第一直径(W1)从大约50.0μm到大约100.0μm。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该光敏聚合物溶液(35)包括大约50％的光敏聚合物材料和大约50％的丙酮的混合物。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于：该光敏聚合物材料(35)是Norland NOA 83H的光敏聚合物。
18.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该光敏聚合物层(35)的第五厚度(t5)是从大约5.0微米到大约10.0微米。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于：将该压印印模(20a)放置在光敏聚合物层(35)上还包括：
将该压印印模(20a)的边缘(e1)放置为与光敏聚合物层(35)接触，且压下边缘部分(e1)；以及
逐渐降低(L1、d)带图案的表面(21a)的剩余部分来与光敏聚合物层(35)接触。
20.如权利要求19所述的方法，还包括：
在光敏聚合物层(35)的表面(35s)上漂浮(F)该压印印模(20a)，以将该压印印模(20a)定位在光敏聚合物层(35)上的预定位置。
21.如权利要求1所述的方法，其特征在于：将该压印印模(20a)放置在光敏聚合物层(35)上还包括：
在光敏聚合物层(35)上漂浮(F)该压印印模(20a)，以将该压印印模(20a)定位在光敏聚合物层(35)上的预定位置。
22.如权利要求1所述的方法，其特征在于：用于固化光敏聚合物层(35)的紫外线(UV)包括从大约300.0纳米到大约400.0纳米范围的波长。
23.如权利要求1所述的方法，其特征在于：紫外线(UV)由UVA紫外线光源产生。
24.如权利要求1所述的方法，其特征在于：紫外线(UV)的预定强度为大约150毫瓦/厘米2。
25.如权利要求1所述的方法，其特征在于：用于固化光敏聚合物层(35)的该第一时间段为从大约5.0秒到大约60.0秒。
26.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该光敏聚合物垫片(36)的后固化包括在大约100.0℃下加热(H)光敏聚合物垫片(36)大约1.0小时。
27.如权利要求1所述的方法，还包括在后固化步骤以后用丙酮冲洗光敏聚合物垫片(36)。
28.如权利要求1所述的方法，其特征在于：将光敏聚合物垫片(36)连附到支撑基片(41)包括将光敏聚合物垫片(36)放置在支撑基片(41)上，且使用高温胶带(T)将光敏聚合物垫片(36)的一端紧固到支撑基片(41)。
29.如权利要求1所述的方法，其特征在于：用于光敏聚合物垫片(36)的该支撑基片(41)是从玻璃和石英中选择的材料。
30.如权利要求1所述的方法，其特征在于：使用高温胶带(T)将该垫片架(43)连附到支撑基片(41)。
31.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该垫片架(43)的第一高度(h1)从大约0.5mm到大约1.5mm。
32.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该垫片架(43)和光敏聚合物垫片(36)之间的第一距离(D1)从大约1.0mm到大约3.0mm。
33.如权利要求1所述的方法，其特征在于：用于涂覆光敏聚合物垫片(36)和垫片架(43)的该基于硅酮的弹性体层(15)是从聚二甲基硅酮、SYLGARD182、SYLGARD183、SYLGARD184和SYLGARD186中选择的材料。
34.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该支撑基片(41)预加热到大约100℃的温度。
35.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该支撑基片(41)的加热包括在大约100.0℃下加热该支撑基片大约1.0小时。
36.如权利要求1所述的方法，其特征在于：Mayer棒(M2)上的金属丝的第二直径(W2)从大约1.0mm到大约2.0mm。
37.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该支撑基片(41)的冷却包括允许该支撑基片(41)冷却到大约室温。
38.如权利要求1所述的方法，其特征在于：分离该垫片架(43)包括沿着邻近光敏聚合物垫片(36)的垫片架(43)的边缘切割柔顺介质(45)。
39.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该碳氟化合物材料(37)的第六厚度(t6)从大约50.0nm到大约150.0nm。
40.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该转移粘附层(51)的第七厚度(t7)从大约20.0μm厚到大约100.0μm。
41.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该转移粘附层(51)是透光的材料。
42.如权利要求41所述的方法，其特征在于：该透光材料是ARclear DEV-8932光学清晰硅酮粘合剂。
43.如权利要求1所述的方法，且还包括通过将转移粘附层(51)的第二粘附表面(A2)施加到带状物材料(81)的表面(81s)来将柔顺介质(45)层压到带状物材料(81)。
44.如权利要求43所述的方法，其特征在于：该带状物材料(81)是透光的材料。
45.如权利要求44所述的方法，其特征在于：该透光材料是从聚酯膜和Mylar中选择的材料。
46.如权利要求1所述的方法，还包括通过将转移粘附层(51)的第二粘附表面(A2)施加到圆筒(69)的外表面(69s)来将柔顺介质(45)层压到圆筒(69)。
47.如权利要求46所述的方法，其特征在于：该圆筒(69)由从玻璃、石英和塑料中选择的透光材料制成。
48.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该非晶体含氟聚合物材料包括Teflon AF。
49.如权利要求44所述的方法，还包括：
在用柔顺材料(45)来涂覆光敏聚合物垫片(36)和垫片架(43)以前预加热该支撑基片(41)，以为基于硅酮的弹性体材料(15)的涂覆准备支撑基片(41)。
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