CN1890604A - 大面积光刻的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了从具有结构化的表面的模板(10)上向承载可辐射聚合的流体(14)表面层的衬底(12)转移图案的设备和方法。所述设备包括具有相对的表面(104，105)的第一主体部分(101)和第二主体部分(102)、调节所述主体部分之间间隔(115)的装置、在所述结构化的表面面向所述表面层的情况下在所述间隔中以互相平行的接合方式支持所述模板和衬底的支持装置(106)、设计成向所述间隔中发射辐射的辐射源(110)。空腔(115)的第一壁包括被设计成接合所述模板或衬底的柔性膜(113)，并且提供装置(114，116)向所述空腔中存在的介质施加可调节的过压，从而在衬底和模板间的整个接触表面上获得力的均匀分布。

Description

大面积光刻的装置和方法
技术领域
本发明涉及与在微米或纳米尺度上对结构光刻相关的装置。具体地说，本发明涉及在大面积衬底或物体上压印光刻。
背景技术
微电子以及微机械的发展趋势是朝向更小的尺寸。制造微米和次微米结构的一些最感兴趣的技术包括各种光刻技术。
光刻典型地涉及用光刻胶材料涂布衬底以在衬底表面上形成抗蚀剂层的步骤。然后，优选使用掩模，在所选部分处将抗蚀剂层暴露于辐射。随后的显影步骤去除了抗蚀剂的一部分，从而对应于掩模在抗蚀剂中形成图像。抗蚀剂部分的去除暴露出衬底表面，该表面例如可以被蚀刻、掺杂或者金属化加工。对于精细尺度的复制，光刻受到取决于所用辐射波长的衍射的限制。对于加工小于50纳米尺度的结构，需要这么短的波长使对于光学系统的材料需求将是主要的问题。
可供选择的技术有压印技术。在压印光刻方法中，待构图的衬底被可塑层覆盖。在印模或模板上的三个方向上预先定义要转移到衬底上的图案。印模与可塑层接触，并且优选通过加热软化该层。然后，将印模压入软化的层中，从而在可塑层中制造出印模图案的压印。冷却该层至其硬化至随后印模的分离和去除满意的程度。随后使用蚀刻来在衬底中复制印模图案。由于热膨胀，加热和冷却结合的印模和衬底的步骤会引起接合表面的移动。要压印的面积越大，实际的膨胀和收缩越大，使压印方法更难用于更大的表面区域。
Willson等在美国专利6,334,960号，以及Mancini等在美国专利6,387,787号中已经建议了压印技术的不同形式，通常被称作步进快闪式压印光刻技术(step and flash imprint lithography)。与上面简要说明的压印技术相似，该技术涉及定义了要转移到衬底上的图案的结构化表面的模板。衬底被可聚合的流体层覆盖，模板被压入该层中，使得流体填充图案结构的凹陷处。该模板由对于用来聚合可聚合的流体的辐射(典型地是紫外光)波长范围透明的材料制成。通过穿过模板向流体施加辐射，流体被固化。随后，去除模板，然后其图案被复制在由聚合的流体制成的固体聚合物材料层中。进一步的加工将该固体聚合物材料层中的结构转移到衬底上。
授予德克萨斯大学系统管理委员会(Board of Regents，theUniversity of Texas System)的WO 02/067055公开了应用步进快闪式压印光刻技术的系统。另外，该文献还涉及步进快闪式压印光刻设备，也称作步进机(stepper)的生产规模实现。在该设备中使用的模板具有透明材料的刚体，典型地是石英。模板通过弯曲膜支持在步进式曝光机上，这就允许模板沿着在平行要压印的衬底表面的平面中互相垂直的X和Y轴而转动。该机械还涉及控制平行关系和模板与衬底间间隔的压电致动器。但是，这种系统不能在一个压印步骤中处理大面积的衬底表面。市场上提供的步进快闪式压印光刻系统是MolecularImprints公司，1807-C West Braker Lane，Austin，TX 78758，U.S.A.提供的IMPRIO 100。该系统的模板图像面积为25×25毫米，道宽0.1毫米。尽管该系统能够处理达到8英寸的衬底硅片，但是必须通过X-Y平移台升起模板、将其移到旁边，并且将其再次降低到衬底上来重复压印过程。此外，对于每个这样的步骤，必须进行重新对准以及可聚合流体的再沉积。因此，该技术是非常耗时的，并且对于大规模生产不是最适宜的。此外，除了重复对准误差和需要高精度平移台的问题外，该技术具有不能生产大于所述模板尺寸的连续结构的缺点。总的来说，这意味着生产成本可能太高而不能使该技术有利于大规模生产精细结构的器件。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于包括微米或纳米尺度三维特征的结构的制造改进的方法和装置。具体地说，本发明的目的是提供用来将这些结构的图案转移到大于1英寸宽，甚至是8英寸直径、12英寸以及更大的衬底上的改进方法和装置。
本发明第一个方面，通过从具有结构化的表面的模板上向承载可辐射聚合的流体表面层的衬底转移图案的设备实现了上述目的，所述设备包括具有相对的表面的第一主体部分和第二主体部分、调节所述主体部分之间间隔的装置、在所述结构化的表面面向所述表面层的情况下在所述间隔中以互相平行的接合方式支持所述模板和衬底的支持装置、设计成向所述间隔中发射辐射的辐射源、第一壁包括设计用来接合所述模板或衬底的柔性膜的空腔、以及向所述空腔中存在的介质施加可调节的过压的装置。由于柔性膜，在衬底和模板间的整个接触表面上获得了力的绝对均匀分布，从而可以在一个压印步骤中图案化大面积的衬底。
优选，所述介质包括气体或液体。
在一个实施方案中，所述介质包括空气。
在一个实施方案中，所述施加可调节的过压的装置被设置成调节压力至1-500巴。
优选地，所述空腔由所述第一主体部分的表面的一部分、设置在所述第一主体部分表面中并且从其突出的柔性密封部件以及接合所述密封部件的所述膜来定义。
在优选的实施方案中，所述膜可以与所述密封部件分开，并且被设计成通过从所述第二主体部分施加压力而接合所述密封部件。
优选地，所述膜对于所述辐射的波长范围是透明的，所述辐射源位于所述膜的后面。
在一个实施方案中，所述膜和所述第一主体部分的所述表面的至少一部分对于所述辐射的波长范围是透明的，所述辐射源位于所述第一主体部分的所述表面的所述部分的后面。
在优选的实施方案中，所述第一主体部分的所述表面的所述部分由石英、氟化钙或者任何其它对于所述辐射透明的压力稳定的材料制成。
优选地，所述辐射源被设计成发射至少在100-500纳米波长范围内辐射。
在优选的实施方案中，所述辐射源是空气冷却的并且被设计成发射脉冲辐射，脉冲持续时间为0.5-10微秒并且脉冲速率为每秒1-10个脉冲。
在一个实施方案中，所述膜由聚合物材料组成。
在优选的实施方案中，所述膜的直径或宽度为50-1000毫米。
在一个实施方案中，所述衬底用作所述膜。
根据第二个方面，通过从具有结构化的表面的模板向承载可辐射聚合的流体表面层的衬底转移图案的方法实现了本发明的目的，所述方法包括如下步骤：
-在阻止部件和柔性膜的第一侧之间，在所述结构化的表面面向所述表面层的情况下互相平行地设置所述模板和衬底；
-对在该膜与所述第一侧相对的第二侧上存在的介质施加过压，以将所述图案压印入所述层中；及
-将所述层暴露于辐射以固化所述层。
优选地，所述介质包括气体或液体。
在一个实施方案中，所述介质包括空气。
优选地，所述方法包含如下步骤：
-将所述膜放置成与所述模板或所述衬底直接接合。
在优选的实施方案中，所述方法包括如下步骤：
-将所述膜夹在所述阻止部件和密封部件之间的周围部分上，从而限定用于所述介质空腔的周边壁。
优选地，所述方法包括如下步骤：
-穿过所述模板或/和穿过所述衬底对所述层发射辐射，其中模板或/和衬底对于用来聚合所述液体的辐射的波长范围是透明的。
在优选的实施方案中，所述方法包括如下步骤：
-穿过所述膜对所述层发射辐射，其中膜对于用来聚合所述液体的辐射的波长范围是透明的。
优选地，所述方法包括如下步骤：
-穿过所述膜，并且穿过限定所述介质空腔的后壁的与所述膜相对的透明壁对所述层发射辐射，其中所述后壁和膜对于用来聚合所述液体的辐射的波长范围是透明的。
在一个实施方案中，曝光所述层的步骤包括如下步骤：
-从辐射源发射波长范围在100-500纳米范围内的辐射。
在优选的实施方案中，所述方法包括如下步骤：
-空气冷却所述辐射源，并且发射脉冲持续时间在0.5-10微秒范围内并且脉冲速率在每秒1-10个脉冲范围内的脉冲辐射。
在一个实施方案中，所述方法包括如下步骤：
-使用所述衬底作为所述膜。
在另一个实施方案中，所述方法包括如下步骤：
-在所述阻止部件和所述柔性膜之间设置所述模板和衬底之前，将所述衬底和模板夹在一起。
在再另一个实施方案中，所述方法包含如下步骤：
-在将所述层暴露于辐射之前，为了从所述表面层中抽出夹杂空气，在所述模板和所述衬底之间施加真空。
附图说明
下面将参考附图更详细地说明本发明，其中：
图1-3示意地说明从模板向衬底转移图案的主要工艺步骤，其中穿过透明模板施加辐射以固化衬底表面上的可聚合流体；
图4-6示意地说明从模板向衬底转移图案的相应工艺步骤，其中穿过透明模板施加辐射以固化衬底表面上的可聚合流体；
图7示意地说明用来实施如图1-3或4-6一般性描述的工艺的根据本发明的设备的实施方案；
图8示意地说明在所述工艺的初始步骤下装载模板和衬底时的图7的设备；
图9示意地说明在从模板向衬底转移图案的当前工艺步骤下的图7和8的设备；及
图10说明在对应于图9的从模板向衬底转移图案的当前工艺步骤下的可选实施方案。
具体实施方式
本发明一般性地涉及通过在所述衬底表面上产生模板表面上的结构的浮雕图像而从模板向衬底转移图案的方法。模板的表面和衬底的表面在该工艺中通常被设置成彼此平行，并且通过将结构化的模板表面压入位于衬底表面上的成形层中而获得图案的转移。处理该成形层以固化，从而使其形状类似于模板表面。然后，可以从衬底及其层上去除模板，所述层现在是模板的反转形貌复制。为了在衬底中固定转移的图案，可能需要进一步的处理。典型地，进行湿或干蚀刻以选择性地蚀刻固化层下面的衬底的表面，从而将固化层中的图案转移到衬底表面。这就是目前的技术现状，并且也在现有技术文献中深入说明，例如上述的美国专利第6,334,960号。
图1-3示意地表示了本发明实施方案的实际的图案转移步骤、或者压印步骤的基本工艺步骤。
在图1中显示了模板10，该模板具有结构化的表面11，其中形成特征尺寸的高度和宽度在1纳米至几微米范围内，并且可能更小和更大的三维突起和凹陷。模板10的厚度典型地在10和1000微米之间。衬底12具有与模板表面11基本上平行设置的表面17，在图1所示的初始阶段两个表面之间具有适中的间隔。衬底12包含要向其转移模板表面11的图案的衬底基底13。尽管没有表示，衬底还可以在衬底基底13的下方包括支持层。在直接通过在可聚合流体中压印而将模板10的图案转移到衬底12上的步骤中，所述流体可以作为表面层14被直接施用到衬底基底表面17上。在可选的实施方案中，如虚线所示，还使用例如聚合物的转移层15。这些实施例，以及在将压印图案转移到衬底基底13上的随后步骤中怎样使用它们也在美国专利6,334,960号中描述。在包括转移层15的实施方案中，衬底表面17表示也设置在衬底基底表面18上的转移层15的上或外表面。
用于层14的有效且可用的可聚合或可固化流体的实例包括购自ZEN Photonics，104-11Moonji-Dong，Yusong-Gu，Daejeon 305-308，South Korea的NTP-K17和NIP-K22。NIP-K17的主要组分是丙烯酸酯，并且在25℃下的粘度大约为9.63cps。NIP-K22的主要组分也是丙烯酸酯，并且在25℃下的粘度大约为5.85cps。两种物质都被设计成在暴露于大约12mW/cm2的紫外辐射下2分钟时固化。
用于层14的有效且可用的可聚合或可固化流体的另一个实例包括购自Micro Resist Technology GmbH，Koepenicker Strasse 325，Haus 211，D-12555Berlin，Germany的Ormocore。该物质的组成为不饱和的无机-有机复合聚合物，具有1-3％的光聚合引发剂。在25℃下的粘度3-8mPas，并且该流体在暴露于500mJ/cm2的波长为365纳米的辐射下时固化。可聚合材料的其它实例在US 6,334,960中提及。
当沉积到衬底表面上时，层14的厚度典型地为10纳米-10微米，取决于应用面积。可以通过旋涂、辊涂、浸涂或相似的方法来施用所述可聚合的流体。与现有技术的步进快闪式光刻方法相比，本发明典型的优点是聚合物流体可以被旋涂到整个衬底上，这是有利的并且是快速的方法。另一方面，步进快闪式光刻方法必须通过滴到重复的表面部分上来重复施与，因为该方法不能在一次步骤中处理大的表面。
图1中的箭头显示模板表面11被压入可聚合流体层14的表面16中。
图2显示了模板表面11的结构已经压印在流体层14中，此时流体被迫填充模板表面11中的凹陷。在所示实施方案中，模板表面11中最高的突起并不是一直向下穿透衬底表面17。这对于保护衬底表面17，并且特别是模板表面11不受损害是有利的。但是，在可选的实施方案，例如包括转移层的实施方案中，一直向下进行压印以转移层表面17。在图1-3所示的实施方案中，模板由对于预定波长或波长范围的辐射19透明的材料制成，这对于固化所选可聚合的流体是有用的。这些材料例如可以是石英或者各种形式的聚合物，取决于辐射波长。当模板10已经被压印入在模板10和衬底12之间适当对准的流体层14中时，典型地施用辐射19。当暴露于该辐射19下时，可聚合的流体被聚合并且固化成固体14’，以取得由模板10确定的形状。
然后，例如通过剥离或拖拉步骤去除模板10。所形成的并且固化的聚合物层14’保留在衬底12上。此处没有详细地说明对衬底及其层14’进一步处理的各种不同方式，因为本发明本身不涉及这种进一步的处理，也不依赖于这种进一步的处理是怎样实现的。
图4-6示意地表示了本发明可选实施方案的实际图案转移步骤、或者压印步骤的基本工艺步骤。与图1-3的实施方案唯一真正的不同在于在本实施方案中，穿过衬底12施用辐射19，以代替穿过模板10，尽管已经使用了相同的附图标记。但是，应当注意这两个实施方案的组合是可能的，即通过穿过模板10和衬底12二者施用辐射。
图7示意地显示了根据本发明设备的优选实施方案，该设备也用来实施根据本发明的方法的实施方案。应当注意该图纯粹是示意性的并用来明晰其不同的特征。具体地说，不同特征的尺寸未按正常的比例。
设备100包括第一主体部分101和第二主体部分102。在所示优选的实施方案中，这些主体部分被设置成第一主体部分101位于第二主体部分的上方，所述主体部分之间具有可调节的间隔103。当通过如图1-6所示的方法进行表面压印时，模板和衬底在典型地称作X-Y面的横向方向上适当对准是非常重要的。如果在衬底上先前存在的图案上方或者与之相邻地进行压印，这是特别重要的。但是，对准的具体问题和克服它们的不同方法都不在本文中解决，但是当然在需要时本发明可以结合这些方面。
上部的第一主体部分101具有面向下的表面104，并且下部的第二主体部分102具有面向上的表面105。面向上的表面105是、或者具有基本上平坦的部分，并且构成了用作在压印步骤中用于要使用的模板或衬底的支持结构的板106的上部表面，将结合图8和9更全面地说明这一点。在所示的实施方案中，通过在板106的外端处连接活塞部件107提供调节间隔的装置103。活塞部件107被可移动地连接到汽缸部件108上，其优选与第一主体部分101保持相对固定的关系。如图中箭头所示，调节间隔的装置103被设计成通过与基本上平坦的表面105基本上垂直，即在Z方向上移动而移动第二主体部分102接近或远离第一主体部分101。移动可以手动来实现，但是优选通过使用水压或者气动配置来辅助进行。在这方面，可以按照许多方式改变所示的实施方案，例如作为替代，可以将板106连接到固定的活塞部件附近的汽缸部件上。还应当注意第二主体部分102的移动主要用来装载和卸载具有模板和衬底的设备100、并且将该设备设置在初始操作位置处。但是，第二主体部分102的移动优选没有包括在所示实施方案中的实际压印过程本身中，这将在下面说明。
第一主体部分101包括围绕表面104的周边密封部件108。优选地，密封部件108是环形密封件，例如O-圈，但是可选地可以由几个一起形成边缘密封108的互连的密封部件组成。密封部件108被放在表面104向外的凹陷109中，并且优选可从所述凹陷处分离。在所示实施方案中，设备还包括设置在表面104后面的第一主体部分101中的辐射源110。辐射源110可以与辐射源驱动器111连接，其优选包含或者与电源(未显示)连接。辐射源驱动器111可以包括在设备100中，或者是外部连接的部件。与辐射源110相邻的表面104的表面部分112由对辐射源110的特定波长或波长范围的辐射透明的材料形成。这样，从辐射源110发射出的辐射穿过所述表面部分112向第一主体部分101和第二主体部分102之间的间隔103传播。用作窗口的表面部分112可以由用于CD/DVD母机的熔凝二氧化硅、石英或玻璃形成。
在操作中，设备100进一步配备基本上平坦且与密封部件108接合的柔性膜113。在优选的实施方案中，密封部件113是与密封部件108分开的部件，并且仅通过从板106的表面105施加反压力而与密封部件108接合，这将在下面解释。但是，在可选的实施方案中，例如通过胶接剂使膜13与密封部件108连接、或者它是密封部件108的整体一部分。此外，在这种可选的实施方案中，膜113可以被牢固地连接到主体部分101上，而在膜113的外面设置密封部件108。对于所示的实施方案，膜113也由对于辐射源110的特定波长或波长范围的辐射透明的材料形成。这样，从辐射源110发射出的辐射穿过所述空腔115及其边界壁104和113传播入间隔103中。可用于图7-9的实施方案的膜113的材料实例包括聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯。膜113的厚度典型地可以为10-500微米。
为了使流体介质到达由表面104、密封部件108和膜113限定的空间，在第一主体部分101中形成导管114，所述空间用作用于所述流体介质的空腔115。导管114可以与压力源116，例如泵连接，压力源可以是外部的或者作为设备100的一部分。压力源116被设计成向所述空腔115中包含的流体介质施用可调节的压力，特别是过压。如所示的实施方案适合于使用气相压力介质。优选地，从包含空气、氮气和氩气的组中选择所述介质。如果替代地使用液体介质，优选具有与密封部件108连接的膜。这种液体可以是液压油。
图8显示了当装载了衬底和用于光刻工艺的模板时的图7的设备实施方案。为了更好地理解该图，标记也参照图1-3。为了打开间隔103，已经从第一主体部分101向下位移第二主体部分102。如图1-6所示，模板或者衬底、或者两者对于辐射源110的特定波长或波长范围的辐射是透明的。图8所示的实施方案表示了在衬底12上面具有透明模板10的设备。衬底12被放置成其背面在第二主体部分102的表面105的上面，从而具有可聚合流体层14的衬底表面17面向下。模板10位于衬底12上面或者与之相邻，其结构化的表面11面向衬底12。可以提供用来对准模板10与衬底12的装置，但是没有在该示意性的附图中显示。然后，在模板10的上面设置膜113。对于膜113与第一主体部分连接的实施方案，当然不需要实际上将膜113放到模板上面的步骤。在图8中，仅为了清晰的原因，完全分开地表示模板10、衬底12和膜113，而在实际情况中它们将堆叠在表面105上。
图9显示了设备100的操作位置。第二主体位置102被升高到膜113被夹在密封部件108和第二主体部分102的表面105之间的位置上。实际上，模板10和衬底12非常薄，典型地只有毫米的数分之一，并且所示膜113的实际弯曲是最小的。再者，表面105可以可选地设计成在其通过膜113与密封部件108接触的位置处具有升高的周围部分，用来补偿模板10和衬底12的组合厚度。
一旦主体部分101和102接合以夹住膜113，密封空腔115。然后，压力源116被设计成向空腔115中的流体介质施加过压。空腔115中的压力通过膜113转移给模板10，模板被压向衬底12，从而将模板图案压印到可聚合的流体层14中，参考图2。空腔115中的介质压力增加至5-500巴，有利地至5-200巴，并且优选至5-100巴。因而，模板10和衬底12被在对应的压力下压在一起。由于柔性膜113，在衬底和模板之间的整个接触表面上获得力的绝对均匀的分布。因而，模板和衬底被设置成彼此绝对平行，并且消除了衬底或模板表面中任何不匀的影响
当通过施加的流体介质压力将模板10和衬底12带到一起时，触发辐射源发射出辐射19。辐射穿过用作窗口的表面部分112，穿过空腔115、膜113和模板10而传播。辐射被部分或完全吸收在可聚合流体层14中，从而该流体在通过压力和膜辅助压缩提供的模板10和衬底12之间完全平行的设置情况下被固化。辐射曝光时间与层14中流体的类型和量、与流体类型组合的辐射波长以及辐射功率相关。固化这种可聚合流体的特征本身是公知的，并且所提到的参数的相关组合同样对于技术人员是公知的。一旦流体固化形成层14’，进一步曝光没有大的影响。但是，根据可聚合流体的类型，在150-160℃的升高温度下后烘0.5-1小时的时间可能是必要的。在压缩下的曝光时间之后，根据材料和辐射的选择以及可聚合层的尺寸，空腔115中的压力降低并且两个主体部分101和102被彼此分开。然后，衬底12和模板10被彼此分开。此后，衬底接受根据压印光刻先前公知技术的进一步处理。
图10显示了处于与图9相似的操作位置中的本发明的可选实施方案。类似的元件具有类似的附图标记。在该可选的实施方案中，辐射源110被代替地设置在第二主体部分102中的表面105之后。在这种实施方案中，板106被设计成其上部表面105的一部分117由对于辐射源110的特定波长或波长范围的辐射透明的材料组成，例如石英，从而从辐射源110发射出的辐射被传播到第一主体部分101和第二主体部分102之间的间隔103中。再另一个可选的实施方案(未显示)是上述两个实施方案的组合，辐射源被包括在第一主体部分101和第二主体部分102二者中。在例如如图10所示的实施方案中，膜113不必对来自辐射源110的聚合辐射透明。因此，该特殊实施方案可以使用由例如10-500微米厚的如铝的金属薄片制成的膜113。
在本发明的特殊实施方案中，模板10或衬底12的上面部件也可以用作膜。在这种实施方案中，不需要单独的膜113。作为替代，最上面的部件10或12按在密封部件108表面上向外延伸的尺寸而提供。此外，所述最上面的部件10或12还必须是柔性的以维持并且转移来自空腔115的压力。当衬底是薄的并且柔性的聚合物膜时，典型地可以使用这种实施方案。然后，将聚合物衬底12放到表面105上面的印模10的顶部上。
根据本发明系统的一个实施方案进一步包括机械夹持装置，用于将衬底12和模板10夹到一起。这在具有用来在图案转移前对准衬底和模板的外部对准系统的实施方案中是特别优选的，其中对准的叠层包括模板并且衬底必须被转移到压印设备中。在通过紫外可辐射聚合的流体硬化之前，为了从堆叠夹层的可聚合层中抽出夹杂空气，该系统还包含在印模和之间施加真空的装置。
在优选的实施方案中，优选用抗粘附层处理模板表面11以阻止在压印步骤后固化的聚合物层14’粘附到它上面。如在由本发明的发明人之一发明在WO 03/005124中所给出的那样，这种抗粘附层的实例包括含氟基团。因此，WO 03/005124的内容引入本文作参考。
本发明人已经成功测试的具有透明模板的本发明的第一模式涉及由1微米厚的NIP-K17层14覆盖的硅衬底12。已经使用600微米厚的玻璃或熔凝二氧化硅/石英模板。
本发明人已经成功测试的具有透明衬底的本发明的第二模式涉及由1微米厚的NIP-K17层14覆盖的玻璃或熔凝二氧化硅/石英衬底12。已经使用厚度约600微米的模板，例如镍或硅，然而可以使用任何其它合适的非透明材料。
在通过膜13在5-100巴的压力下压缩大约30秒后，开启辐射源110。辐射源110典型地被设计成至少在400纳米以下的紫外区中发射。在优选的实施方案中，使用发射光谱在200-1000纳米范围的空气冷却的氙灯作为辐射源110。优选的氙型辐射源110提供1-10W/cm2的辐射，并且被设计成闪现1-5微秒的脉冲，脉冲速率为每秒1-5个脉冲。为了通过辐射，在表面104中形成石英窗口112。曝光时间优选介于1-30秒之间，从而将流体层14聚合成固体层14’。在成功曝光后，降低第二主体部分102至与图8相似的位置，接着从设备上去除模板10和衬底12，以便分离并进一步处理衬底。
本发明公开的设备和方法特别有利于在单个步骤中大面积压印，并且本身具有优于先前公知的步进快闪式方法的巨大益处。由于膜转移的流体压力，本发明可以用于8英寸、12英寸并且甚至更大的盘片的单步骤压印。可以使用本发明的单步压印和曝光步骤来构图甚至尺寸大约400×600毫米或更大的完全平板显示器。因此，本发明提供了第一次使辐射辅助聚合压印对于大规模生产有吸收力的技术。本发明可以用于在用来生产例如印刷线路板、电子电路、微型化机械或电机械结构、磁和光学存储介质等的衬底中形成图案。
本发明由附加的权利要求定义。

Claims (27)

1.一种从具有结构化的表面的模板向承载可辐射聚合的流体表面层的衬底转移图案的设备，所述设备包括具有相对的表面的第一主体部分和第二主体部分、调节所述主体部分之间间隔的装置、在所述结构化的表面面向所述表面层的情况下在所述间隔中以互相平行的接合方式支持所述模板和衬底的支持装置、设计用来向所述间隔中发射辐射的辐射源、第一壁包括设计用来接合所述模板或衬底的柔性膜的空腔、以及向所述空腔中存在的介质施加可调节的过压的装置。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述介质包括气体。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述介质包括空气。
4.如前述权利要求任何一项所述的设备，其中介质所述用来施加可调节的过压的装置被设置成调节压力至1-500巴。
5.如前述权利要求任何一项所述的设备，其中所述空腔由所述第一主体部分的表面的一部分、设置在所述第一主体部分表面中并且从其突出的柔性密封部件、以及接合所述密封部件的所述膜来限定。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述膜可以与所述密封部件分开，并且被设计成通过从所述第二主体部分施加压力而接合所述密封部件。
7.如前述权利要求任何一项所述的设备，其中所述膜对于所述辐射的波长范围是透明的，所述辐射源位于所述膜的后面。
8.如权利要求5所述的设备，其中所述膜和所述第一主体部分的所述表面的至少一部分对于所述辐射的波长范围是透明的，所述辐射源位于所述第一主体部分的所述表面的所述部分的后面。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述第一主体部分的所述表面的所述部分由石英、氟化钙或者任何其它对于所述辐射透明的压力稳定的材料制成。
10.如前述权利要求任何一项所述的设备，其中所述辐射源被设计成发射至少在100-500纳米波长范围内的辐射。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述辐射源被设计成发射脉冲持续时间为0.5-10微秒并且脉冲速率为每秒1-10个脉冲的脉冲辐射。
12.如前述权利要求任何一项所述的设备，其中所述膜由聚合物材料组成。
13.如前述权利要求任何一项所述的设备，其中所述膜具有50-1000毫米的直径或宽度。
14.如前述权利要求任何一项所述的设备，其中所述衬底用作所述膜。
15.一种从具有结构化的表面的模板向承载可辐射聚合的流体表面层的衬底转移图案的方法，所述方法包括如下步骤：
-在阻止部件和柔性膜的第一侧之间，在所述结构化的表面面向所述表面层的情况下互相平行地设置所述模板和衬底；
-对在该膜与所述第一侧相对的第二侧上存在的介质施加过压，以将所述图案压印入所述层中；及
-将所述层暴露于辐射以固化所述层。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述介质包括气体。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述介质包括空气。
18.如前述权利要求15-17任何一项所述的方法，其包括如下步骤：
-将所述膜放置成与所述模板或所述衬底直接接合。
19.如权利要求18所述的方法，其包括如下步骤：
-将所述膜夹在所述阻止部件和密封部件之间的周围部分上，从而限定用于所述介质空腔的周边壁。
20.如前述权利要求15-19任何一项所述的方法，其包括如下步骤：
-穿过所述模板或/和穿过所述衬底对所述层发射辐射，其中模板或/和衬底对于用来聚合所述液体的辐射的波长范围是透明的。
21.如前述权利要求15-20任何一项所述的方法，其包括如下步骤：
-穿过所述膜对所述层发射辐射，该膜对于用来聚合所述液体的辐射的波长范围是透明的。
22.如前述权利要求15-20任何一项所述的方法，其包括如下步骤：
-穿过所述膜，并且穿过限定所述介质空腔的后壁的与所述膜相对的透明壁，对所述层发射辐射，其中所述后壁和膜对于用来聚合所述液体的辐射的波长范围是透明的。
23.如前述权利要求15-22任何一项所述的方法，其中曝光所述层的步骤包括如下步骤：
-从辐射源发射波长范围在100-500纳米范围内的辐射。
24.如权利要求23所述的方法，其包括如下步骤：
-发射脉冲持续时间在0.5-10微秒范围内并且脉冲速率在每秒1-10个脉冲范围内的脉冲辐射。
25.如前述权利要求15-24任何一项所述的方法，其包括如下步骤：
-使用所述衬底作为所述膜。
26.如前述权利要求15-25任何一项所述的方法，其包括如下步骤：
-在所述阻止部件和所述柔性膜之间设置所述模板和衬底之前，将所述衬底和模板夹在一起。
27.如前述权利要求15-26任何一项所述的方法，其包括如下步骤：
-在将所述层暴露于辐射之前，为了从所述表面层中抽出夹杂空气，在所述模板和所述衬底之间施加真空。
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