DE102005041505B3

DE102005041505B3 - Method and device for molding structures

Info

Publication number: DE102005041505B3
Application number: DE200510041505
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr.-Ing. Otto; Jörg Dipl.-Ing. Frömel; Jörg Dipl.-Ing. Nestler; Thomas Prof. Dr.-Ing. Geßner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2025-09-02
Also published as: WO2007025519A3; WO2007025519A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Abformen von Strukturen, bei denen ein Substrat auf einem Substratträger positioniert wird, der ein oder mehrere integrierte Kanäle zum Ansaugen des Substrates mittels Unterdruck aufweist. Zwischen dem Substratträger und dem Substrat wird beim vorliegenden Verfahren eine Zwischenplatte eingesetzt, die nach dem Prägevorgang vom Substrat getrennt wird, indem der Substratträger und ein Werkzeugträger, von dem das Prägewerkzeug bei diesem Schritt gehalten wird, auseinander bewegt werden. Die Zwischenplatte wird anschließend vom Substratträger entfernt und das Substrat durch entgegen gesetzte Bewegung von Substratträger und/oder Werkzeugträger mit dem Substratträger in Kontakt gebracht und durch Ansaugen gehalten. Im nächsten Schritt wird das Substrat vom Prägewerkzeug getrennt, indem der Substratträger und der Werkzeugträger, von dem das Prägewerkzeug gehalten wird, auseinander bewegt werden. Das vorliegende Verfahren und die zugehörige Vorrichtung ermöglichen ein schnelles und automatisierbares Wechseln des Substrates sowie ein automatisiertes Trennen des Substrates vom Prägewerkzeug.The present invention relates to a method and a device for molding structures in which a substrate is positioned on a substrate carrier which has one or more integrated channels for sucking the substrate by means of negative pressure. In the present method, an intermediate plate is inserted between the substrate carrier and the substrate, which is separated from the substrate after the embossing process by moving the substrate carrier and a tool carrier, by which the embossing tool is held during this step, apart. The intermediate plate is then removed from the substrate carrier and the substrate is brought into contact with the substrate carrier by moving the substrate carrier and / or tool carrier in the opposite direction and is held by suction. In the next step, the substrate is separated from the embossing tool by moving the substrate carrier and the tool carrier, by which the embossing tool is held, apart. The present method and the associated device enable the substrate to be changed quickly and in a manner that can be automated, as well as an automated separation of the substrate from the embossing tool.

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abformen von Strukturen, bei dem ein Substrat auf einem Substratträger positioniert wird, der ein oder mehrere integrierte Kanäle zum Ansaugen des Substrates an dem Substratträger mittels Unterdruck aufweist, in einem Prägevorgang ein Prägewerkzeug in Kontakt mit einem Werkzeugträger in eine Oberfläche des Substrats gepresst wird, um eine Strukturübertragung vom Prägewerkzeug auf das Substrat zu erreichen, und das Substrat und das Prägewerkzeug wieder voneinander getrennt werden, indem der Substratträger, an dem das Substrat bei diesem Schritt durch Ansaugen gehalten wird, und der Werkzeugträger, von dem das Prägewerkzeug bei diesem Schritt gehalten wird, auseinander bewegt werden. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The The present invention relates to a method for molding structures, in which a substrate is positioned on a substrate carrier, the one or more integrated channels for sucking the substrate on the substrate carrier by means of negative pressure, in a stamping process an embossing tool in contact with a tool carrier in a surface of the substrate is pressed to a structure transfer from the embossing tool to reach the substrate, and the substrate and the embossing tool be separated again by the substrate carrier, on the substrate is held by suction in this step, and the tool carrier, from which the stamping tool held at this step, be moved apart. The The invention also relates to a device for carrying out the Process.

Die Abformung von Strukturen spielt in vielen technischen Bereichen eine wichtige Rolle, in denen eine strukturierte Oberfläche einer Komponente benötigt wird. Dies betrifft insbesondere mikrofluidische, optische und mechanische Polymerkomponenten, beispielsweise optische Wellenleiter, optische Gitter oder sonstige mikrosystemtechnische Bauteile. Bei den meisten hierbei eingesetzten Prägetechniken wird ein Prägewerkzeug, das die entsprechende Prägestruktur aufweist, in eine Thermoplastschicht oder ein anderes Material eingedrückt, das oberhalb der Erweichungs temperatur gehalten wird. Nach einer Abkühlphase wird das Prägewerkzeug wieder von der Thermoplastschicht getrennt, in der dann die eingeprägte Strukturierung verbleibt. Auf diese Weise lassen sich im Bereich der Mikrosystemtechnik Strukturhöhen im Bereich weniger Nanometer bis hin zu einigen 100 μm erzeugen.The Impression of structures plays in many technical areas an important role in which a structured surface of a Component needed becomes. This applies in particular to microfluidic, optical and mechanical Polymer components, such as optical waveguides, optical Lattice or other microsystem components. For most used in this embossing techniques an embossing tool, that the corresponding embossing structure has been pressed into a thermoplastic layer or other material, the is kept above the softening temperature. After a cooling phase becomes the embossing tool again separated from the thermoplastic layer, then in the embossed structuring remains. In this way can be in the field of microsystems technology structure heights in the range of a few nanometers up to a few 100 μm.

Eine Vorrichtung zur Abformung von Mikrostrukturen mittels eines Prägewerkzeuges in ein Substrat ist beispielsweise aus der WO 99/56928 A1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird das Prägewerkzeug über eine Klemmhalterung an einem Werkzeugträger fixiert. Zur Abtrennung des Prägewerkzeuges nach dem Prägeprozess vom Substrat ist bei dieser Vorrichtung ein mit Druckluft betriebener Niederhalter vorgesehen, der das Substrat beim Abheben des Prägewerkzeugs mittels Druckluft gegen den Substratträger presst. Die Befestigung oder Halterung des Prägewerkzeuges und des Substrates ist erforderlich, da bei der Entformung sehr hohe Kräfte auftreten können. Andere Vorrichtungen nutzen daher ebenfalls häufig mechanische Klemm- oder Schraubvorrichtungen, um das Substrat am Substratträger und das Prägewerkzeug am Werkzeugträger zu fixieren.A Device for the molding of microstructures by means of a stamping tool into a substrate is known, for example, from WO 99/56928 A1. In this device, the embossing tool via a clamp on a tool carrier fixed. For separation of the embossing tool after the embossing process From the substrate in this device is operated with compressed air Hold down provided the substrate when lifting the stamping tool compressed by compressed air against the substrate carrier. The attachment or holder of the embossing tool and the substrate is required because during demolding very high forces may occur. Other devices therefore also often use mechanical clamping or Screwing devices to the substrate on the substrate carrier and the embossing tool on the tool carrier to fix.

Die mechanische Fixierung des Substrates hat jedoch den Nachteil, dass ein Substratwechsel in der Regel nicht automatisch erfolgen kann. Dies führt zu unerwünscht großen Prozesszykluszeiten. Auch ein Wechsel des Prägewerkzeuges ist bei derartigen Vorrichtungen sehr aufwendig.The However, mechanical fixation of the substrate has the disadvantage that a substrate change usually can not be done automatically. this leads to undesirable huge Process cycle times. A change of embossing tool is in such devices very expensive.

Die EP 1068945 A2 zeigt ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung, bei denen das Substrat durch Ansaugen mittels Unterdruck am Substratträger gehalten wird, der entsprechende integrierte Kanäle zur Erzeugung des Unterdrucks aufweist. Dies ermöglicht einen schnellen Wechsel des Substrates. Da das Substratmaterial bei den meisten Abformtechniken auf einer Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur gehalten wird, kann es jedoch vorkommen, dass die im Substratträger integrierten Kanäle beim Prägen ebenfalls in das Substrat abgeformt werden. Das Prägewerkzeug ist bei diesem Verfahren bzw. dieser Vorrichtung wiederum über eine mechanische Klemmhalterung am Werkzeugträger befestigt.The EP 1068945 A2 shows a generic method and a generic device in which the substrate is held by suction by means of vacuum on the substrate carrier having corresponding integrated channels for generating the negative pressure. This allows a quick change of the substrate. However, since the substrate material is maintained at a temperature above the softening temperature in most molding techniques, it is possible for the channels integrated in the substrate support to also be imprinted into the substrate during embossing. The embossing tool is in turn secured in this method or this device via a mechanical clamping bracket on the tool carrier.

Die US 2004/0219249 A1 beschreibt ebenfalls ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abformen von Strukturen. Bei diesem Verfahren wird eine zu prägende Schicht auf ein Substrat aufgebracht, das während des Prägevorgangs vom Substratträger gehalten wird. Nach dem Prägevorgang wird die geprägte Schicht vom Prägewerkzeug getrennt, indem Substratträger und Werkzeugträger auseinander bewegt werden, wobei die geprägte Schicht mit dem Substrat verbunden bleibt.The US 2004/0219249 A1 likewise describes a generic method for molding structures. In this method, a layer to be embossed applied to a substrate during the embossing process from the substrate carrier is held. After the embossing process becomes the embossed Layer of embossing tool separated by substrate carrier and tool carrier be moved apart, wherein the embossed layer with the substrate remains connected.

Die DE 199 42 364 C2 beschreibt ein Werkzeug zum Warmumformen bei einem Prägeformprozess, bei dem direkt unter dem Abformwerkzeug ein Formkörper aus elektrisch leitfähiger und damit direkt beheizbarer Keramik angebracht ist. In gleicher Weise kann ein derartiger Formkörper auch unter dem umzuformenden Substrat angeordnet sein. Beide Formkörper können beispielsweise mittels Unterdruck am Werkzeugträger bzw. der Substrathalterung gehalten werden.The DE 199 42 364 C2 describes a tool for hot forming in a stamping process, in which directly below the molding tool, a molded body of electrically conductive and thus directly heatable ceramic is attached. In the same way, such a shaped body can also be arranged under the substrate to be formed. Both moldings can be held for example by means of negative pressure on the tool carrier or the substrate holder.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Abformen von Strukturen anzugeben, die einen schnellen automatisierbaren Substratwechsel ohne die Gefahr einer Abformung von im Substratträger vorhandenen Kanälen in das Substrat ermöglichen.The The object of the present invention is a method and to provide a device for molding structures, the a fast automatable substrate change without the danger an impression of existing in the substrate carrier channels in the Substrate enable.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren sowie der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The object is achieved with the method and the apparatus according to claims 1 and 9 solved. Advantageous embodiments of the method and the device are the subject of the dependent claims or can be found in the following description and the embodiments.

Beim vorliegenden Verfahren zum Abformen von Strukturen, insbesondere zum Prägen und Heißprägen, wird gemäß einer Alternative das Substrat auf einem Substratträger positioniert, der ein oder mehrere integrierte Kanäle zum Ansaugen des Substrates mittels Unterdruck aufweist. In einem anschließenden Prägevorgang wird ein Prägewerkzeug in Kontakt mit einem Werkzeugträger in eine Oberfläche des Substrats gepresst, um eine Strukturübertragung vom Prägewerkzeug auf das Substrat zu erreichen. Dies kann entweder durch eine Bewegung des Werkzeugträgers in Richtung des Substrats, durch eine Bewegung des Substratträgers in Richtung des Werkzeugträgers oder durch eine Kombination beider Bewegungen erfolgen. Das Substrat besteht dabei aus einem verformbaren Material, beispielsweise einem Kunststoff, Glas oder Metall und liegt vorzugsweise in Form einer Folie oder Platte vor. Der Prägeprozess erfolgt vorzugsweise nach einer Aufheizung des Substrates auf eine Temperatur, die oberhalb der Erweichungs- oder Glasübergangstemperatur des Substratmaterials liegt. Das Substrat kann auch eine zähflüssige Schicht eines verformbaren Materials sein, beispielsweise eine Schicht eines unter Strahlung oder Temperatur aushärtbaren Kunststoffs.At the present method for molding structures, in particular for embossing and hot stamping, will according to a Alternatively, the substrate is positioned on a substrate carrier, one or more integrated channels for sucking the substrate by means of negative pressure. In one subsequent embossing process will be an embossing tool in Contact with a tool carrier in a surface pressed the substrate to a structure transfer from the embossing tool to reach the substrate. This can be done either by a movement of the tool carrier in the direction of the substrate, by a movement of the substrate carrier in Direction of the tool carrier or by a combination of both movements. The substrate consists of a deformable material, such as a Plastic, glass or metal and is preferably in the form of a Foil or plate. The embossing process Preferably, after a heating of the substrate to a Temperature above the softening or glass transition temperature of the substrate material. The substrate can also be a viscous layer a deformable material, for example a layer of a under radiation or temperature curable plastic.

Unter dem Prägewerkzeug wird in der vorliegenden Patentschrift eine Komponente, vorzugsweise eine Platte, mit Strukturen verstanden, die in das Substrat abgeformt werden sollen. Der Substratträger ist der Teil der Abformvorrichtung, auf dem das Substrat direkt oder indirekt aufliegt. Der Werkzeugträger ist der Teil der Abformvorrichtung, der während des Prägeprozesses mit dem Prägewerkzeug in Kontakt ist. Werkzeugträger und Substratträger sind dabei vorzugsweise heizbare und/oder in gegenseitigem Abstand bewegbare Platten aus Metall oder Keramik.Under the embossing tool is in the present patent a component, preferably a plate, understood with structures that are molded into the substrate should be. The substrate carrier is the part of the impression device on which the substrate is direct or indirectly. The tool carrier is the part of the impression device, during the embossing process with the embossing tool is in contact. tool carrier and substrate carrier are preferably heatable and / or at a mutual distance movable plates of metal or ceramic.

Das vorliegende Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass vor dem Prägevorgang zwischen das Substrat und den Substratträger eine Zwischenplatte eingebracht wird, die während des Prägevorgangs an dieser Position verbleibt. Die Zwischenplatte wird dabei vorzugsweise gemeinsam mit dem Substrat auf den Substratträger aufgebracht. Nach dem Prägevorgang wird das am Prägewerkzeug haftende Substrat von der Zwischenplatte getrennt, indem der Substratträger, auf dem die Zwischenplatte aufliegt, und der Werkzeugträger, von dem das Prägewerkzeug bei diesem Schritt gehalten wird, entgegen der Prägerichtung wieder auseinander bewegt werden. Die Zwischenplatte wird dann vorzugsweise über eine geeignete Transporteinrichtung automatisch vom Substratträger entfernt. Beim Trennen der Zwischenplatte vom Substrat kann auch die Ansaugung des Substratträgers genutzt werden, so dass die Zwischenplatte in diesem Schritt aktiv vom Substratträger gehalten wird. Zum Entfernen der Zwischenplatte wird dann die Ansaugung selbstverständlich wieder unterbrochen. Nach dem Entfernen der Zwischenplatte werden Werkzeugträger und Substratträger wieder aufeinander zu bewegt, bis das Substrat Kontakt mit dem Substratträger hat. Anschließend wird das Substrat vom Substratträger durch Erzeugung eines Unterdrucks in den integrierten Kanälen angesaugt und festgehalten. Das Substrat und das Prägewerkzeug werden nun voneinander getrennt, indem der Substratträger, an dem das Substrat gehalten wird, und der Werkzeugträger, von dem das Prägewerkzeug bei diesem Schritt gehalten wird, auseinander bewegt werden.The The present method is characterized in that before the embossing process between the substrate and the substrate carrier an intermediate plate introduced that will be during of the embossing process remains in this position. The intermediate plate is preferably applied to the substrate carrier together with the substrate. After the embossing process this will be the embossing tool adherent substrate separated from the intermediate plate by the substrate carrier, on which rests the intermediate plate, and the tool carrier, from the embossing tool held at this step, contrary to the stamping direction be moved apart again. The intermediate plate is then preferably via a suitable transport device automatically removed from the substrate carrier. When separating the intermediate plate from the substrate and the suction of the substrate carrier be used so that the intermediate plate is active in this step from the substrate carrier is held. To remove the intermediate plate then the suction Of course interrupted again. After removing the intermediate plate be tool carrier and substrate carrier again moved toward each other until the substrate has contact with the substrate carrier. Subsequently the substrate becomes the substrate carrier sucked by generating a negative pressure in the integrated channels and detained. The substrate and embossing tool will now be separated separated by the substrate carrier, on which the substrate is held, and the tool carrier, from the embossing tool held at this step, be moved apart.

Auf diese Weise lässt sich eine automatisierbare Trennung des Substrates vom Prägewerkzeug realisieren. Da das Substrat lediglich zeitweise vom Substratträger angesaugt wird, ohne mit diesem mechanisch verbunden zu sein, lässt sich auch ein Substratwechsel sehr schnell automatisierbar durchführen. Der Einsatz der Zwischenplatte, die sich ebenfalls automatisierbar einbringen und wieder entfernen lässt, verhindert ein Abformen der im Substratträger integrierten Kanäle in das Substrat.On that way realize an automatable separation of the substrate from the embossing tool. Since the substrate is only temporarily sucked from the substrate carrier is, without being mechanically connected to this, can be also perform a substrate change can be automated very quickly. Of the Use of the intermediate plate, which also introduce automatable and remove, prevents molding of the integrated channels in the substrate carrier in the Substrate.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens sowie der zugehörigen Vorrichtung weist auch der Werkzeugträger ein oder mehrere integrierte Kanäle auf, über die sich das Prägewerkzeug mittels Unterdruck ansaugen lässt. Durch die Ansaugung wird jeweils eine temporäre kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Werkzeugträger und dem Prägewerkzeug bzw. zwischen dem Substratträger und dem Substrat erzeugt, die es ermöglicht, Substrat und Prägewerkzeug nach dem Prägevorgang in einem automatisierbaren Arbeitsschritt wieder ohne zusätzliche manuelle Arbeitsschritte zu trennen. Die Ansaugung wird dabei vorzugsweise jeweils nur dann aktiviert, wenn das Substrat von der Zwischenplatte oder vom Prägewerkzeug getrennt werden soll. Durch die Ausgestaltung des Werkzeugträgers mit entsprechenden Ansaugkanälen werden eine automatische, regelbare Fixierung oder Lösung des Prägewerkzeugs für einen automatisierten Prägeprozess sowie ein sehr schneller Werkzeugwechsel ermöglicht.In an advantageous embodiment of the present method and the associated Device also has the tool carrier one or more integrated channels up, over the embossing tool can be sucked in by vacuum. By the suction is in each case a temporary frictional connection between the tool carrier and the stamping tool or between the substrate carrier and the substrate that enables substrate and embossing tool after the embossing process in an automatable work step again without additional separate manual work steps. The suction is preferably each only activated when the substrate from the intermediate plate or from the embossing tool should be disconnected. Due to the design of the tool carrier with corresponding intake ducts be an automatic, adjustable fixation or solution of embossing tool for one automated embossing process and a very quick tool change possible.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden das Prägewerkzeug und das Substrat sowie optional auch die Zwischenplatte vor der Positionierung auf dem Substratträger, vorzugsweise außerhalb der Abformvorrichtung, exakt für den Prägeprozess zueinander ausgerichtet. Anschließend wird der so gebildete Stapel auf dem Substratträger positioniert. Dieser Schritt ist beispielsweise in einer handelsüblichen Justagevorrichtung für Halbleiterfügeprozesse durchführbar. Besondere Vorteile ergeben sich hierbei, wenn die Zwischenplatte ebenfalls eine Prägestruktur aufweist, so dass das Substrat gleichzeitig von zwei Seiten geprägt wird. Die Zwischenplatte stellt hierbei ein Gegenwerkzeug zum Prägewerkzeug dar. Gerade bei Einsatz eines derartigen Werkzeugpaars von Prägewerkzeug und Gegenwerkzeug ist die gegenseitige Justage sehr wichtig.In an advantageous embodiment of the method, the embossing tool and the substrate as well as optionally also the intermediate plate are aligned with one another exactly before the positioning on the substrate carrier, preferably outside the impression device, for the embossing process. Subsequently, the stack thus formed is positioned on the substrate carrier. This step is for example in one commercially available adjustment device for semiconductor joining processes feasible. Particular advantages arise here, if the intermediate plate also has an embossed structure, so that the substrate is embossed simultaneously from two sides. The intermediate plate in this case represents a counter tool to the embossing tool. Especially when using such a pair of tools embossing tool and counter tool mutual adjustment is very important.

Alternativ ist es auch möglich, die Justage innerhalb der Abformvorrichtung vorzunehmen. Dafür muss an der Abformvorrichtung eine optische, akustische oder mechanische Kontrollmöglichkeit vorgesehen sein, die eine exakte Positionierung von Werkzeugträger und Substratträger parallel gegeneinander sowie deren Drehung ermöglicht. Zumindest eine der beiden Komponenten muss dabei horizontal gegen die andere Komponente verfahrbar und/oder drehbar sein.alternative it is also possible make the adjustment within the impression device. For that must be the impression device an optical, acoustic or mechanical control option be provided, the exact positioning of tool holder and substrate carrier parallel against each other and their rotation allows. At least one of the Both components must be horizontal against the other component be moved and / or rotatable.

Die Ansaugung bzw. Halterung des Substrates, der Zwischenplatte und des Prägewerkzeugs mittels Unterdruck kann in unterschiedlicher Weise umgesetzt werden. So kann an die entsprechenden integrierten Kanäle eine Pumpe angeschlossen werden, über die der Druck in den Kanälen geringer als der Druck in der Abformvorrichtung selbst ist. Findet der Prägevorgang beispielsweise in einer geschlossenen Kammer statt, so ist der Druck in den Kanälen bei der Entformung niedriger als der Kammerdruck. Neben dieser aktiven Erzeugung eines Unterdrucks in den Kanälen ist es bei der Durchführung des Prägevorgangs in einer geschlossenen Kammer auch möglich, die Ansaugung durch entsprechende Variation des Kammerdrucks zu erreichen. Hierbei ist es erforderlich, dass die integrierten Kanäle durch das Aufliegen des Substrats, der Zwischenplatte sowie des Prägewerkzeugs vollkommen abgeschlossen werden. Durch Absenken des Drucks in der Kammer und anschließendes Anpressen der jeweiligen Komponente an dem Substratträger oder den Werkzeugträger wird der niedrige Druck in den Kanälen weiter aufrechterhalten, wenn anschließend der Kammerdruck wieder angehoben wird. Die Erhöhung des Kammerdrucks führt damit automatisch zu einer Fixierung der jeweiligen Komponente am Substratträger bzw. am Werkzeugträger. Durch Anheben und Absenken des Kammerdrucks in den entsprechenden Phasen des vorliegenden Verfahrens kann somit ebenfalls die gewünschte Ansaugwirkung erzielt werden.The Aspiration or mounting of the substrate, the intermediate plate and of the embossing tool by means of Negative pressure can be implemented in different ways. So can be connected to the corresponding integrated channels a pump be over the pressure in the channels less than the pressure in the impression device itself. Find the embossing process For example, in a closed chamber instead, so is the pressure in the channels the demolding lower than the chamber pressure. In addition to this active Generation of a negative pressure in the channels is in the implementation of the embossing process in a closed chamber also possible, the suction through to achieve appropriate variation of the chamber pressure. Here is it is necessary that the integrated channels by the resting of the Substrate, the intermediate plate and the embossing tool are completely completed. By lowering the pressure in the chamber and then pressing the respective component on the substrate carrier or the tool carrier is the low pressure in the channels continue to maintain when then the chamber pressure again is raised. The increase the chamber pressure leads thus automatically to a fixation of the respective component on substrate carrier or on the tool carrier. By raising and lowering the chamber pressure in the appropriate Phases of the present process can thus also have the desired intake effect be achieved.

Die vorliegende Vorrichtung umfasst dementsprechend einen Substratträger, der ein oder mehrere integrierte Kanäle zum Ansaugen eines Substrates oder Objektes mittels Unterdruck aufweist, einen Werkzeugträger für ein Prägewerkzeug, einen Antriebsmechanismus zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen Werkzeugträger und Substratträger, durch die das Prägewerkzeug in eine Oberfläche des Substrats gepresst werden kann, sowie eine Steuerung für den Antriebsmechanismus. Vorzugsweise weist auch der Werkzeugträger ein oder mehrere integrierte Kanäle zum Ansaugen des Prägewerkzeugs mittels Unterdruck auf. Die Steuerung ist bei der vorliegenden Vorrichtung derart ausgestaltet, dass sie den Antrieb zur Durchführung des Prägevorgangs, zum anschließenden Trennen des Substrats von der Zwischenplatte, zum nachfolgenden Auflegen des Substrats auf den Substratträger und zum abschließenden Trennen des Substrats vom Prägewerkzeug ansteuert. Vorzugsweise sind in die Steuerung auch ein oder mehrere Pumpen, insbesondere Vakuumpumpen, einbezogen, die von der Steuerung zum entsprechenden Ansaugen oder Freigeben des Substrats sowie optional der Zwischenplatte und/oder des Prägewerkzeugs angesteuert werden.The The present device accordingly comprises a substrate carrier which one or more integrated channels for sucking in a substrate or object by means of negative pressure, a tool carrier for a Embossing tool, one Drive mechanism for generating a relative movement between tool carrier and substrate carrier, through the embossing tool in a surface of the substrate can be pressed, as well as a control for the drive mechanism. Preferably also indicates the tool carrier one or more integrated channels for sucking the embossing tool by means of negative pressure. The control is in the present device configured such that it has the drive for carrying out the embossing process, to the subsequent Separating the substrate from the intermediate plate to the subsequent one Placing the substrate on the substrate carrier and for final separation of the substrate from the embossing tool controls. Preferably, one or more are also in the controller Pumps, especially vacuum pumps, included by the controller for appropriate suction or release of the substrate and optional the intermediate plate and / or the embossing tool to be controlled.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung auch eine Transporteinrichtung zum automatisierten Einbringen und Entfernen der Zwischenplatte und des Substrats auf, die vorzugsweise einen verfahrbaren Schlitten für den Transport aufweist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung vorzugsweise eine gasdicht abschließbare Kammer, die es ermöglicht, den Prägeprozess unter verschiedenen Gasatmosphären und bei unterschiedlichen Gasdrücken durchzuführen. Werkzeugträger und Substratträger sind vorzugsweise mit ein oder mehreren Heiz- und Kühleinrichtungen ausgestattet, mit denen diese Komponenten zeitweise auf bestimmten Temperaturen gehalten werden können.In a preferred embodiment The device also has a transport device for automated Introducing and removing the intermediate plate and the substrate, which preferably has a movable carriage for transport. Farther the device preferably comprises a gas-tight lockable chamber, which makes it possible the embossing process under different gas atmospheres and at different gas pressures perform. tool carrier and substrate carrier are preferably with one or more heating and cooling devices equipped with these components at certain times Temperatures can be kept.

Die vorliegende Vorrichtung kann vorteilhaft durch geringfügige Umrüstung bereits existierender Vorrichtungen der Fügetechnik erhalten werden, die über zumindest prinzipiell als Werkzeugträger und Substratträger nutzbare und heizbare Komponenten verfügen. Die für die Vorrichtung erforderlichen integrierten Kanäle können entweder durch Austausch der entsprechenden bereits vorhandenen Träger realisiert oder nachträglich in die existierenden Komponenten eingebracht werden. Bei einer derartigen Vorrichtung kann es sich beispielsweise um einen handelsüblichen Substratbonder der Halbleitermikrotechnologie handeln.The The present device can be advantageous already by minor conversion existing devices of the joining technique are obtained the above at least in principle usable as a tool carrier and substrate carrier and heated components. The for The device required integrated channels can be replaced either by replacing the corresponding already existing carrier realized or subsequently in the existing components are introduced. In such a Device may be, for example, a commercial Substrate bonder of semiconductor micro technology act.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of drawings

Das vorliegende Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des durch die Patentansprüche vorgegebenen Schutzbereichs nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:The present methods as well as the associated device are hereafter based on embodiments in conjunction with the drawings without limiting the scope of the claims Protected area briefly explained again. Hereby show:

1 ein Beispiel für die Vorgehensweise beim vorliegenden Verfahren; 1 an example of the procedure in the present method;

2 ein Beispiel für einen Werkzeugträger und einen Substratträger mit integrierten Kanälen; und 2 an example of a tool carrier and a substrate carrier with integrated channels; and

3 schematisch ein Beispiel für den Aufbau der vorliegenden Vorrichtung. 3 schematically an example of the structure of the present device.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to execute the invention

Die einzelnen Verfahrensschritte bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens werden im Folgenden anhand der 1a) bis 1f) an einem Beispiel erläutert.The individual process steps in the implementation of the present method will be described below with reference to 1a) to 1f) explained by an example.

Vor dem Einbringen in die Vorrichtung werden hierbei zunächst das Prägewerkzeug 3, das Substrat 7 und die Zwischenplatte 4 geeignet ausgerichtet übereinander gestapelt. Prägewerkzeug 3 und Zwischenplatte 4 bestehen dabei in diesem Beispiel aus einem keramischen Material, das Substrat 7 aus einem Polymermaterial.Before the introduction into the device in this case first the embossing tool 3 , the substrate 7 and the intermediate plate 4 suitably aligned stacked. embossing tool 3 and intermediate plate 4 consist in this example of a ceramic material, the substrate 7 from a polymer material.

Anschließend wird dieser Stapel mit einem Schlitten 11 auf dem Substratträger 1 der Prägevorrichtung positioniert, wie dies in der Teilabbildung a) zu erkennen ist. Durch Einstellung von bestimmten Prozesstemperaturen durch im Substratträger 1 und/oder im Werkzeugträger 2 integrierte Heizelemente ist es möglich, Substrat 7 und Prägewerkzeug 3 entweder auf gleiche oder auf unterschied liche Temperaturen zu bringen und diese Temperaturen während des Prozessdurchlaufs durch Regelung aufrecht zu erhalten oder zu ändern. Weiterhin kann bei Einsatz einer Vorrichtung mit einer Prozesskammer eine geeignete Gasumgebung für den Prägeprozess geschaffen werden, so dass verschiedene Gase oder Gasgemische unter Unterdruck, Normaldruck oder Überdruck den Prägeprozess begleiten können. Auch dies kann geregelt und während des Prozessablaufs änderbar erfolgen.Subsequently, this stack is with a carriage 11 on the substrate carrier 1 the embossing device positioned, as can be seen in the sub-figure a). By setting certain process temperatures through in the substrate carrier 1 and / or in the tool carrier 2 Integrated heating elements make it possible to substrate 7 and embossing tool 3 to bring to either equal or different temperatures and to maintain or alter these temperatures during the process run. Furthermore, when using a device with a process chamber, a suitable gas environment for the embossing process can be created so that different gases or gas mixtures can accompany the embossing process under reduced pressure, normal pressure or overpressure. This too can be regulated and changed during the process.

Nach Erreichen der erforderlichen Prägetemperaturen, insbesondere beim Heißprägen, wird das Prägewerkzeug 3 mit dem Werkzeugträger 2 gegen das Substrat 7 gepresst, wie dies in Teilabbildung b) zu erkennen ist. Dies erfolgt unter regelbarer Kraft, wobei eine Strukturübertragung von der Prägestruktur des Prägewerkzeugs 3 auf das Substrat 7 erfolgt.After reaching the required embossing temperatures, especially during hot stamping, the embossing tool 3 with the tool carrier 2 against the substrate 7 pressed, as can be seen in part of Figure b). This is done under controllable force, wherein a structure transfer from the embossing structure of the embossing tool 3 on the substrate 7 he follows.

Im nächsten Schritt wird die Ansaugung im Werkzeugträger 2 aktiviert, so dass das Prägewerkzeug 3 zusammen mit dem aufgrund des Prägevorgangs daran haftenden Substrat 7 vom Werkzeugträger 2 gehalten wird. Gleichzeitig wird durch Aktivierung der Ansaugung im Substratträger 1 die Zwischenplatte 4 vom Substratträger gehalten. Durch eine Abhebebewegung des Werkzeugträgers 2 wird daher das Substrat 7 von der Zwischenplatte 4 getrennt, wie dies in Teilabbildung c) zu erkennen ist. Die Zwischenplatte 4 kann nun mit dem Schlitten 11 vom Substratträger 1 entfernt werden (Teilabbildung d)).In the next step, the suction in the tool carrier 2 activated, leaving the embossing tool 3 together with the due to the embossing process adhering thereto substrate 7 from the tool carrier 2 is held. At the same time, activation of the suction in the substrate carrier 1 the intermediate plate 4 held by the substrate carrier. By a lifting movement of the tool carrier 2 therefore becomes the substrate 7 from the intermediate plate 4 separated, as can be seen in sub-figure c). The intermediate plate 4 can now with the sled 11 from the substrate carrier 1 be removed (partial image d)).

Anschließend wird der Werkzeugträger 2 mit dem daran haftenden Stapel aus Prägewerkzeug 3 und Substrat 7 wieder gegen den Substratträger 1 bewegt, bis das Substrat 7 auf dem Substratträger 1 aufliegt (Teilabbildung e)). Nun wird wiederum die Ansaugung im Substratträger 1 aktiviert, so dass das Substrat 7 vom Substratträger 1 gehalten wird. In diesem Zustand wird der Werkzeugträger 2, von dem noch immer das Prägewerkzeug 3 angesaugt wird, vom Substratträger abgehoben, so dass sich Prägewerkzeug 3 und Substrat 7 voneinander trennen. Das fertig strukturierte Substrat 7 kann nun mit dem Schlitten 11 entfernt werden und der Prozess von neuem beginnen (Teilabbildung f)). Die Abhebebewegung des Werkzeugträgers 2 bzw. das Auseinanderziehen von Werkzeugträger 2 und Substratträger 1 erfolgen jeweils mit definierter Geschwindigkeit.Subsequently, the tool carrier 2 with the adhering stack of embossing tool 3 and substrate 7 again against the substrate carrier 1 moves until the substrate 7 on the substrate carrier 1 (sub-picture e)). Now, in turn, the suction in the substrate carrier 1 activated, leaving the substrate 7 from the substrate carrier 1 is held. In this state, the tool carrier 2 , of which still the stamping tool 3 is sucked, lifted from the substrate carrier, so that embossing tool 3 and substrate 7 separate each other. The finished structured substrate 7 can now with the sled 11 be removed and begin the process anew (sub-picture f)). The lifting movement of the tool carrier 2 or the pulling apart of tool carrier 2 and substrate carrier 1 each carried out at a defined speed.

Die in dieser Figur dargestellte Verfahrensfolge ermöglicht somit ein automatisches Trennen von Zwischenplatte 4 und Substrat 7 sowie von Substrat 7 und Prägewerkzeug 3 in einem automatisierbaren Entformprozess. 2 zeigt beispielhaft eine mögliche Ausgestaltung des Werkzeugträgers 2 sowie des Substratträgers 1. In der Figur sind diese beiden Träger 1, 2 als plattenförmige Komponenten dargestellt, in denen die integrierten Kanäle 5 für die Ansaugung angedeutet sind. Diese Kanäle sind jeweils mit einem Anschluss 6 für eine Vakuumpumpe verbunden, über die der entsprechende Unterdruck erzeugt oder abgeschaltet werden kann. Die Figur zeigt hierbei den Werkzeugträger 2 mit einem angesaugten Prägewerkzeug 3, dessen Prägestruktur deutlich erkennbar ist. Auf dem Substratträger 1 liegt in diesem Beispiel die Zwischenplatte 4 mit dem darauf befindlichen Substrat 7 auf.The process sequence shown in this figure thus enables automatic separation of intermediate plate 4 and substrate 7 as well as substrate 7 and embossing tool 3 in an automatable demolding process. 2 shows an example of a possible embodiment of the tool carrier 2 and the substrate carrier 1 , In the figure, these are two carriers 1 . 2 represented as plate-shaped components in which the integrated channels 5 are indicated for the intake. These channels are each with a connection 6 connected to a vacuum pump, via which the corresponding negative pressure can be generated or switched off. The figure shows the tool holder 2 with a sucked stamping tool 3 , whose embossed structure is clearly visible. On the substrate carrier 1 lies in this example, the intermediate plate 4 with the substrate thereon 7 on.

Ein Beispiel für den Aufbau der vorliegenden Vorrichtung zeigt 3. In der Figur sind der Werkzeugträger 2 sowie der gegenüberliegende Substratträger 1 zu erkennen, die über einen entsprechenden Antriebsmechanismus 8 geeignet in Pfeilrichtung gegeneinander bewegt werden können, um den Prägevorgang durchzuführen. Die beiden Träger 1, 2 weisen integrierte Heizelemente 12 auf, über die das Prägewerkzeug sowie das Substrat auf einer definierten Temperatur gehalten werden können. Weiterhin sind diese beiden Träger 1, 2 mit Vakuumpumpen 10 verbunden, über die der erforderliche Unterdruck zum Ansaugen des Substrats bzw. des Prägewerkzeugs eingestellt werden kann. Sowohl der Antriebsmechanismus 8 als auch die Vakuumpumpen 10 sind mit einer Steuerung 9 verbunden, die diese Komponenten entsprechend zur Durchführung des Verfahrens ansteuert. In der Figur ist weiterhin ein Schlitten 11 erkennbar, über den automatisiert das Substrat und die Zwischenplatte auf dem Substratträger positioniert und auch wieder von diesem entfernt werden können. Auch dieser Transportschlitten 11 wird über die Steuerung 9 angesteuert.An example of the structure of the present device shows 3 , In the figure, the tool holder 2 as well as the opposite substrate carrier 1 to recognize that via a corresponding drive mechanism 8th suitably in the direction of the arrow can be moved against each other to perform the embossing process. The two carriers 1 . 2 have integrated heating elements 12 on, over which the embossing tool and the substrate can be kept at a defined temperature. Furthermore, these two carriers 1 . 2 with vacuum pumps 10 connected, via which the required negative pressure for sucking the substrate or the embossing tool can be adjusted. Both the drive mechanism 8th as well as the vacuum pumps 10 are with a controller 9 connected to this compo according to the implementation of the method. In the figure is still a carriage 11 recognizable over the automated the substrate and the intermediate plate can be positioned on the substrate support and also removed from it. Also this transport carriage 11 is about the controller 9 driven.

11: Substratträgersubstrate carrier
22: Werkzeugträgertool carrier
33: Prägewerkzeugembossing tool
44: Zwischenplatteintermediate plate
55: Integrierte Kanäleintegrated channels
66: Anschluss für Pumpeconnection for pump
77: Substratsubstratum
88th: Antriebdrive
99: Steuerungcontrol
1010: Vakuumpumpenvacuum pumps
1111: Schlittencarriage
1212: Heizelementeheating elements

Claims

Method for molding structures, in which - a substrate ( 7 ) on a substrate carrier ( 1 ), one or more integrated channels ( 5 ) for sucking the substrate ( 7 ) by means of negative pressure, - in an embossing process an embossing tool ( 3 ) in contact with a tool carrier ( 2 ) in a surface of the substrate ( 7 ) is pressed to a structure transfer from the embossing tool ( 3 ) on the substrate ( 7 ), and - the substrate ( 7 ) and the embossing tool ( 3 ) are separated again by the substrate carrier ( 1 ) on which the substrate ( 7 ) is held by suction in this step, and the tool carrier ( 2 ) from which the embossing tool ( 3 ) is held apart at this step, characterized in that in the positioning between the substrate ( 7 ) and the substrate carrier ( 1 ) an intermediate plate ( 4 ), after the embossing process and before the separation of the substrate ( 7 ) from the embossing tool ( 3 ) on the embossing tool ( 3 ) adherent substrate ( 7 ) from the intermediate plate ( 4 ) is separated by the substrate carrier ( 1 ), on which the intermediate plate ( 4 ), and the tool carrier ( 2 ) from which the embossing tool ( 3 ) is held at this step, are moved apart, the intermediate plate ( 4 ) subsequently from the substrate carrier ( 1 ) and the substrate ( 7 ) by opposite movement of substrate carrier ( 1 ) and / or tool carrier ( 2 ) with the substrate carrier ( 1 ) is brought into contact and held by suction.

Method according to claim 1, characterized in that the intermediate plate ( 4 ) for separating from the substrate ( 7 ) through the substrate carrier ( 1 ) is sucked.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that a tool carrier ( 2 ), one or more integrated channels ( 5 ) for sucking the embossing tool ( 3 ) by means of negative pressure, and the embossing tool ( 3 ) during the separation steps from the tool carrier ( 2 ) is held by suction.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the embossing tool ( 3 ) and the substrate ( 7 ) are first stacked and aligned for the embossing process and then stacked on the substrate carrier ( 1 ).

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the embossing tool ( 3 ), the substrate ( 7 ) and the intermediate plate ( 4 ) are first stacked and aligned for the embossing process and then stacked on the substrate carrier ( 1 ).

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that an intermediate plate ( 4 ) with one to the substrate ( 7 ) embossed surface structure is used to a double-sided embossing of the substrate ( 7 ) to reach.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the negative pressure for holding the substrate ( 7 ) or the intermediate plate ( 4 ) and / or the embossing tool ( 3 ) by one or more pumps ( 10 ) generated with the integrated channels ( 5 ) get connected.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the embossing process takes place in a closed chamber whose pressure is varied in time so that the suction of the substrate ( 7 ) and / or the intermediate plate ( 4 ) and / or the embossing tool ( 3 ) is achieved by the pressure variation.

Device for molding structures, comprising - a substrate carrier ( 1 ), which has one or more integrated channels ( 5 ) for sucking in an overlying object or substrate ( 7 ) by means of negative pressure, - a tool carrier ( 2 ) for an embossing tool ( 3 ), - a drive mechanism ( 8th ) for generating a relative movement between tool carrier ( 2 ) and substrate carrier ( 1 ) through which the embossing tool ( 3 ) in a surface of the substrate ( 7 ) can be pressed to make a structure transfer from the pre tool ( 3 ) on the substrate ( 7 ), and - a controller ( 9 ) for the drive mechanism ( 8th ), characterized in that the controller ( 9 ) the drive mechanism ( 8th ) so that after the embossing process the substrate carrier ( 1 ) and the tool carrier ( 2 ) are first moved apart to an intermediate plate ( 4 ), then be moved together again to the substrate ( 7 ) on the substrate carrier ( 1 ) and finally moved apart again to substrate ( 7 ) and embossing tool ( 3 ) to separate.

Device according to claim 9, characterized in that the tool carrier ( 2 ) one or more integrated channels ( 5 ) for sucking the embossing tool ( 3 ) by means of negative pressure.

Apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that a transport mechanism ( 11 ) is provided, with the at least the substrate ( 7 ) and an intermediate plate ( 4 ) automatically onto the substrate carrier ( 1 ) or can be removed from this.

Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the controller ( 9 ) one or more vacuum pumps ( 10 ) for sucking the substrate ( 7 ) or the intermediate plate ( 4 ) and / or the embossing tool ( 3 ).

Device according to one of claims 9 to 12, characterized in that the tool carrier ( 2 ) and / or the substrate carrier ( 1 ) an integrated heating and cooling device ( 12 ) exhibit.