ES2315797T3 - Metodo de replicacion de modelo. - Google Patents
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Abstract
Método para transferir una forma de un modelo a un objeto en un proceso de impresión, que comprende los pasos de: - prever una primera hoja de polímero (3) que comprende un polímero que es reticulable mediante exposición a radiación; - calentar la primera hoja de polímero (3) hasta una primera temperatura superior a la temperatura de transición vítrea del material de la primera hoja de polímero (3); - estampar una forma de una superficie (2) de un modelo en una primera superficie (4) de la primera hoja de polímero (3) para imprimir una inversa de la forma en la primera superficie (4); - exponer la primera hoja de polímero (3) a radiación al estampar la superficie (2) del modelo en la primera superficie (4), para reticular dicho polímero; - separar la primera hoja de polímero (3) del modelo (1); y - estampar la forma inversa (6) de la primera superficie (4) en una segunda superficie de un objeto (8; 15), para imprimir una réplica de la forma de la superficie (2) del modelo en la segunda superficie.
Description
Método de replicación de modelo.
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La presente invención se refiere a un proceso de
transferencia de forma en el cual se forma en una hoja de polímero
flexible una réplica de un modelo que tiene una superficie
conformada, siendo la superficie del modelo puesta en contacto con
la hoja de forma tal que da lugar a una transferencia de forma
invertida del modelo a la superficie de polímero tras haber
deformado la superficie de la hoja de polímero. La réplica de
polímero flexible así producida, que tiene la forma superficial
invertida o negativa con respecto a la del modelo original, puede
ser opcionalmente usada como nuevo modelo para producir una segunda
réplica en otra hoja de polímero flexible, en un proceso similar al
descrito anteriormente. Las réplicas de polímero positivas
flexibles (la forma es similar a la del modelo original) o negativas
flexibles (la forma es invertida con respecto a la del modelo
original) así producidas serán usadas como modelos de polímero en un
posterior proceso de impresión en el cual uno de los modelos de
polímero flexibles es puesto en contacto con una superficie de un
objeto que comprende un sustrato cubierto por una delgada película
de polímero. Deformando la superficie de la película de polímero,
la forma es transferida de uno de los modelos de polímero flexibles
a la superficie del objeto. Por medio de un proceso llevado a cabo
con posterioridad, la forma puede ser además transferida de la
película de polímero al material del sustrato. Más en particular, la
invención se refiere a un método de elaboración para reproducir una
forma desde un modelo a fin de fabricar réplicas de este modelo en
distintos materiales mediante un posterior proceso de revelado.
Una de las técnicas más potentes para reproducir
nanoestructuras, es decir estructuras del orden de 100 nm o de
menores dimensiones, es la litografía por nanoimpresión (NIL). En la
litografía por nanoimpresión una copia invertida de la forma
superficial de un modelo, a la que a menudo se le llama sello, es
transferida a un objeto que comprende un sustrato y, aplicada al
mismo, una película de un material polímero, p. ej., a la que a
menudo se llama reserva. Tras haber calentado el objeto hasta una
adecuada temperatura superior a la temperatura de transición vítrea
de la película de polímero, el sello es prensado contra la película
y se efectúa a continuación un enfriamiento y una separación (a la
que a menudo se llama desmoldeo) del sello tras haber sido la
deseada profundidad de la forma transferida a la película. Como
alternativa, si el sustrato está cubierto por un material de
fotorreserva, que es un polímero que es reticulable al ser expuesto
a radiación, la película de polímero puede ser curada tras haber
sido aplicada la exposición a la radiación cuando debido a sus
propiedades ópticas ya sea el sustrato o bien el material del sello
es transparente a la radiación aplicada. En un proceso que se lleva
a cabo posteriormente después de haberse logrado la impresión, el
objeto, que comprende el sustrato y una película superficial
conformada, puede ser sometido a posterior elaboración p. ej. por
mordentado del sustrato dentro de las zonas impresas.
El proceso de impresión anteriormente descrito
presenta ciertas dificultades que deben ser consideradas a fin de
lograr una perfecta transferencia de forma del modelo o sello a la
película de polímero que cubre el sustrato:
- 1)
- Los distintos coeficientes de dilatación térmica del material del sello y del material del sustrato pueden dar lugar a complicaciones para transferir adecuadamente la forma invertida del sello a la película de polímero que cubre el sustrato, dando lugar a una reducida fidelidad de replicación.
- 2)
- La carencia de flexibilidad del material del sello o del material del sustrato puede conducir a la inclusión de aire entre el sello y la película de polímero al ser el sello prensado contra el sustrato, lo cual redunda también en menoscabo de la fidelidad de replicación.
- 3)
- La inclusión de partículas entre el sello y el polímero durante un proceso de impresión puede dar lugar a marcados daños del sello o del sustrato especialmente cuando ni el sello ni el sustrato estén hechos de un material flexible.
- 4)
- Cuando durante el proceso se usa un polímero reticulable tras exposición a radiación, el material del sello o el material del sustrato debe ser transparente a la radiación aplicada.
- 5)
- Las superficies del sello y de la película de polímero deben presentar suficientes propiedades de antiadherencia a fin de poder separar el sello de la película de polímero una vez llevada a cabo la impresión sin dañar la forma impresa.
- 6)
- Para algunas aplicaciones la forma del sello debe ser reproducida a escala 1:1 en una réplica, haciendo que sea deseable un proceso de impresión en dos pasos en el que una forma invertida del sello es primeramente transferida a una hoja de polímero, siendo a continuación efectuada una segunda impresión en la cual la forma invertida de la impresión es usada como nuevo sello para reproducir la forma del sello original en una segunda película de polímero. Deben estar adaptadas al proceso que se desarrolla en dos pasos las propiedades de los materiales de los distintos polímeros, como p. ej. las temperaturas de transición vítrea, las transparencias ópticas, los coeficientes de dilatación térmica, las viscosidades y las curabilidades tras exposición a radiación.
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- 7)
- Una vez dañado, un sello no es habitualmente reutilizable.
- 8)
- El desmoldeo de un sello inflexible cuando el mismo debe ser separado de un material de sustrato inflexible puede ocasionar daños físicos tanto en el sello como en el sustrato.
- 9)
- Tras un proceso de impresión es difícil desmoldear un sustrato y un modelo que incluyan formas que presenten una alta relación de forma.
La US 2003/071016 da a conocer una técnica de
reproducción de relieves estructurados en la cual un disco de
material antiadherente, como p. ej. un polímero, es calentado hasta
una temperatura superior al punto de fusión del material
antiadherente y prensado contra un molde matriz y posteriormente
enfriado, para así formar un molde antiadherente. El molde
antiadherente es entonces usado como herramienta de litografía por
impresión para imprimir imágenes en una composición fluida sobre un
sustrato que es luego curada mediante exposición a la luz UV o
mediante la aplicación de calor con posterior enfriamiento.
La US 2003/017424 da a conocer una técnica para
hacer complejos relieves reticulares en la cual se hace con una
forma una matriz flexible de impresión mediante litografía por haz
electrónico, litografía óptica u otros métodos litográficos. La
matriz de impresión es prensada contra una capa de moldeo aplicada
sobre un sustrato, a continuación de lo cual la capa de moldeo es
curada mediante tratamiento térmico o radiación UV.
La JP 2002 086463 da a conocer un método para
producir una hoja de lente en el cual una matriz intermedia se hace
a partir de una matriz de corte y se usa para hacer una matriz de
moldeo. La matriz intermedia se hace aplicando una resina de silicio
sobre la matriz de corte y prensándola contra la misma. La matriz de
moldeo se hace aplicando una resina termoestable a la matriz
intermedia. La hoja de lente se hace aplicando una resina
endurecible por radiación a la matriz de moldeo, junto con una placa
de resina superyacente, siendo las mismas prensadas juntamente y
expuestas a radiación a través de la placa de resina.
El estado de la técnica también comprende los
documentos EP-A-0 813 255, DE 37 14
001, GB 559 072 y WO 97/06468.
Es un objeto de la invención el de aportar una
solución para un proceso de impresión mejorado que presente una alta
fidelidad de replicación y sea fácil de ejecutar y adecuado para ser
empleado a escala industrial.
Según la invención se aporta un proceso de
impresión en dos pasos que alcanza el objetivo anteriormente
mencionado y supera las limitaciones que han sido descritas
anteriormente. En un primer paso de este proceso que se desarrolla
en dos pasos se hacen en hojas de polímero flexibles réplicas de un
sello que tiene una superficie conformada. En un segundo paso las
réplicas pueden ser usadas como modelos de polímero flexibles para
reproducir la forma en la superficie de un objeto mediante un
posterior proceso de impresión. La invención queda definida en las
reivindicaciones acompañantes.
Se describen más detalladamente a continuación
realizaciones de la invención haciendo referencia a los dibujos
acompañantes, en los cuales:
La Fig. 1 muestra una ilustración esquemática
del proceso detallado que se desarrolla "en dos pasos" para
fabricar réplicas desde un modelo en la superficie de un objeto que
comprende un sustrato cubierto por una película de polímero.
La Fig. 2 muestra una imagen de AFM (AFM =
microscopía de fuerza atómica) en modo de contacto intermitente de
una forma lineal impresa en SU8. Primeramente la forma ha sido
transferida de un modelo de Ni a una hoja de Zeonor ZF 14, y después
la forma impresa en Zeonor ZF 14 ha sido transferida a una película
de SU8 aplicada por recubrimiento por centrifugación sobre una
superficie de silicio.
La Fig. 3 muestra una imagen de AFM en modo de
contacto intermitente de una forma de disco óptico
Blu-Ray impresa en SU8. Primeramente la forma ha
sido transferida de un modelo de Ni a una hoja de Zeonor ZF 14, y
después la forma impresa en Zeonor ZF 14 ha sido transferida a una
película de SU8 aplicada por recubrimiento por centrifugación a una
superficie de silicio empleando un proceso combinado de irradiación
UV-termoimpresión.
La Fig. 4 muestra imágenes de SEM (SEM =
microscopio electrónico de barrido) de una forma columnar que tiene
dimensiones micrométricas con altas relaciones de forma.
Primeramente la forma ha sido transferida de un modelo de Ni a una
hoja de policarbonato, y después la forma impresa en policarbonato
ha sido transferida a una hoja de Topas 8007, lo cual fue impreso en
una película de SU8 aplicada por recubrimiento por centrifugación
sobre una superficie de silicio empleando un proceso combinado de
irradiación UV-termoimpresión. Tras la impresión el
sello de Topas sacrificial fue disuelto en xileno, revelando con
ello una forma impresa no dañada y de alta relación de forma en la
SU8 que difícilmente puede lograrse mediante los métodos de
impresión ordinarios.
En el sentido en el que se la utiliza en la
presente, la expresión "proceso de nanoimpresión" o "proceso
de impresión" se refiere a un proceso para la creación de una
copia invertida de una forma superficial nano- y/o
micro-estructurada de un sello, la cual es generada
estampando el sello en un polímero a fin de deformar el polímero. El
polímero puede ser calentado hasta una temperatura superior a su
temperatura de transición vítrea para ser a continuación enfriado
hasta una temperatura inferior a dicha temperatura de transición
vítrea durante el proceso de impresión (p. ej. de embutición en
caliente), y/o el polímero puede ser curado con ayuda de exposición
a luz UV durante el proceso de impresión o después del mismo.
En el sentido en el que se la utiliza en la
presente, la expresión "litografía por nanoimpresión" o
"litografía por impresión" se refiere a todo el proceso para la
replicación de una forma superficial nano- y/o
micro-estructurada. El proceso incluye tanto la
producción del sello provisto de una capa antiadherente o carente de
la misma como la impresión y la elaboración posterior, como por
ejemplo la transferencia de la forma impresa mediante mordentado,
metalización y deposición selectiva.
La expresión "proceso de impresión en dos
pasos" se refiere a un proceso en el cual en un primer paso una
o varias réplicas de un sello o modelo que tiene una superficie
nano- y/o micro-conformada es formada o son formadas
en una o varias hojas de polímero flexibles mediante la ejecución de
un proceso de impresión. Con ello, las superficies conformadas de
las réplicas de polímero creadas pueden ser transferidas a otras
réplicas de polímero mediante la ejecución de un proceso de
impresión para generar réplicas de polímero positivas flexibles (la
forma es similar a la del modelo original) o réplicas de polímero
negativas flexibles (la forma es invertida con respecto a la del
modelo original). En un segundo paso las réplicas así producidas
pueden ser usadas como modelos de polímero flexible para reproducir
la forma en la superficie de un objeto mediante la posterior
ejecución de un proceso de impresión empleando la termoimpresión, la
impresión por UV o ambas.
La expresión "matriz nanoestructurada",
"sello" o "modelo" se refiere a todo material conformado
adecuado para efectuar la transferencia de la forma mediante el
proceso de nanoimpresión o proceso de impresión anteriormente
mencionado.
La expresión "hoja de polímero flexible" se
refiere a una hoja flexible y dúctil y en la mayoría de los casos
transparente que comprende un polímero termoplástico, un polímero
termoestable y/o un polímero reticulable tras exposición a
radiación.
La expresión "modelo de polímero flexible"
se refiere a una hoja de polímero flexible y dúctil y en la mayoría
de los casos transparente que tiene una forma superficial nano- y/o
micro-estructurada. La hoja de polímero comprende un
polímero termoplástico, un polímero termoestable y/o un polímero
reticulable tras exposición a la radiación.
La expresión "fidelidad de replicación" se
refiere a la creación de una copia invertida de la estructura del
sello en la cual está completamente reproducida la topografía
invertida de la superficie del sello.
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Se ilustran esquemáticamente en la Figura 1 los
procesos detallados según dos realizaciones distintas.
La Figura 1a muestra un modelo 1 que p. ej. está
hecho de silicio, níquel u otro metal tal como aluminio, cuarzo o un
material polímero y tiene una superficie conformada 2 que es
utilizable para transferir una forma a una hoja de polímero flexible
3 que comprende un polímero termoplástico, un polímero termoestable
y/o un polímero que es reticulable con ayuda de exposición a
radiación. Debido a las composiciones de sus materiales, la
superficie 2 del modelo 1 y la superficie 4 de la hoja de polímero 3
presentan propiedades de antiadherencia entre sí. Con ayuda de un
adecuado proceso de impresión (Figura 1b) la forma invertida de la
superficie 2 del modelo es formada en la superficie 4 de la hoja de
polímero flexible 3 con ayuda de una presión que es aplicada para
prensar juntamente el modelo 1 y la hoja de polímero 3 y con ayuda
de una exposición de partes seleccionadas de la hoja de polímero a
radiación tras haber sido la superficie 2 del modelo puesta en
contacto con la superficie 4 del polímero y tras haber sido la hoja
de polímero calentada hasta una temperatura superior a la
temperatura de transición vítrea del polímero usado. Sin embargo,
cuando dentro del proceso el material de la hoja de polímero deba
ser reticulado tras exposición a radiación, ya sea el material del
modelo 1 o bien el material de la hoja de polímero 3 debe ser
transparente a la radiación que se aplique.
El modelo 1 y la hoja de polímero impresa 5
pueden ser separados ya sea tras enfriamiento o bien sin
enfriamiento de la hoja de polímero durante la realización del
proceso de impresión o después de la misma, en dependencia del
material elegido y de sus propiedades. Tras haber sido el modelo
separado de la superficie del polímero, la hoja de polímero impresa
5, a la que también se llama la réplica 5, que se muestra en la
Figura 1c y tiene la forma superficial 6 invertida o negativa con
respecto a la del modelo original 1, puede ser usada como nuevo
modelo flexible 7 para producir una segunda réplica invertida 9 en
otra hoja de polímero flexible 8 en un proceso similar al descrito
anteriormente (véanse las Figuras 1d-1f). La hoja
de polímero 8 deberá estar hecha de un polímero cuya temperatura de
transición vítrea y cuya temperatura de impresión sean inferiores a
las del modelo de polímero flexible 7. Además, debido a las
composiciones de sus materiales, las superficies tanto de la hoja
de polímero 8 como del modelo de polímero flexible 7 presentan
propiedades de antiadherencia entre sí. Las propiedades de
antiadherencia podrían estar presentes desde el principio debido a
la naturaleza química de las hojas de polímero que se usen, y/o
podrían ser llevadas a efecto mediante la deposición de capas
antiadherentes que comprendan adecuados agentes de desmoldeo sobre
una o ambas superficies de polímero. Adicionalmente, si la hoja de
polímero 8 debe ser reticulada tras exposición a radiación, al
menos una de las hojas de polímero 7 y 8 debe ser transparente a la
radiación que se aplique, o bien y como alternativa deberá
transmitir radiación suficiente como para permitir una reticulación
de 8. Tras la realización de la impresión como se muestra en la
Figura 1e, el modelo de polímero flexible 7 puede ser retirado de la
hoja de polímero 9 mecánicamente, es decir, mayormente tras haber
enfriado la hoja de polímero 9, o bien y como alternativa puede
procederse a disolver químicamente todo el modelo 7 o partes del
mismo con ayuda de uno o varios disolventes adecuados en un proceso
adecuado.
Las réplicas 5 y 9 así producidas, que tienen
respectivamente una forma superficial invertida y una forma
superficial idéntica con respecto a la del modelo original 1, serán
usadas como modelos de polímero flexibles 11 o 13 para un proceso
de impresión como el que se muestra en las Figuras
1g-1i. Aquí, las superficies 12 o 14 de uno de los
modelos de polímero flexibles 11 o 13 serán puestas en contacto con
una superficie 18 de un objeto 15 que comprende un sustrato 16
cubierto por una delgada película de polímero 17 que comprende un
polímero termoplástico, un polímero termoestable y/o un polímero
reticulable p. ej. con ayuda de la exposición a luz UV. Las
superficies 12 o 14 de los modelos de polímero flexibles 11 o 13
presentan propiedades de antiadherencia con respecto a la
superficie 18 de la película de polímero 17, debido a las
composiciones de los materiales de las superficies. Con ayuda de
una aplicación de presión a uno de los modelos de polímero flexibles
11 o 13 y al objeto 15 para unirlos a la fuerza, y opcionalmente
con ayuda de una exposición de partes seleccionadas de la película
de polímero 17 a radiación, la forma invertida de las respectivas
superficies 12 o 14 de los modelos de polímero es formada en una de
las superficies 18 de una de las películas de polímero 17 tras haber
sido el sustrato calentado hasta una temperatura superior a la
temperatura de transición vítrea de las películas de polímero de
recubrimiento, como se muestra en la Figura 1h. Los modelos de
polímero flexibles 11 o 13 deben ser transparentes a la radiación
que se aplique o bien deben presentar una pequeña absorbancia a fin
de transmitir una suficiente cantidad de radiación según sea
necesario para curar la película 17 si el material polímero 17 debe
ser reticulado tras exposición a radiación. Tras haber sido llevada
a cabo la impresión como se muestra en la Figura 1h, los modelos de
polímero flexibles 11 o 13 pueden ser retirados de la hoja de
polímero 15 mecánicamente, es decir, mayormente tras haber enfriado
los modelos de polímero 11 o 13, o bien y como alternativa puede
procederse a disolver químicamente todos los modelos de polímero 11
o 13 o partes de los mismos con ayuda de uno o varios disolventes
adecuados en un proceso adecuado. Como se muestra en la Figura 1i,
tras haber sido los modelos de polímero flexibles 11 y 13 separados
del respectivo objeto 15, han quedado producidas réplicas 19 que
presentan superficies que tienen la forma superficial 20 invertida o
negativa con respecto a la de los modelos de polímero flexibles 11 o
13.
Las ventajas de la aplicación de hojas de
polímero flexibles dentro de un proceso de impresión "en dos
pasos" como se ha descrito anteriormente y como se muestra en la
Figura 1 son las siguientes:
- a)
- Las propiedades de flexibilidad de las hojas de polímero que se usan alivian las complicaciones de la transferencia de forma debido a los distintos coeficientes de dilatación térmica de los materiales del sello y del sustrato aplicados que se usan en el proceso de impresión. Por consiguiente, la técnica ofrece posibilidades para transferir formas entre superficies de materiales caracterizados por distintos coeficientes de dilatación térmica. Sin embargo, los polímeros que se usan en la aplicación están en su mayoría caracterizados por coeficientes de dilatación térmica muy similares, que son típicamente de entre 60 y 70 x 10^{-6} C^{-1}, lo cual hace que resulte más fácil en cuanto a la fabricación hacer impresiones entre dos hojas de polímero distintas como se muestra en la Figura 1e.
- b)
- Las propiedades de flexibilidad y ductilidad de las hojas de polímero que se usan impiden la inclusión de aire durante la impresión entre la hoja de polímero, que tiene una superficie conformada o una superficie no conformada, y el otro objeto, que es p. ej. un sustrato cubierto por una película de polímero o un modelo que comprende silicio, níquel, cuarzo o un material polímero. Si la hoja es presionada hacia uno de estos objetos como se muestra en la Figura 1b, 1e, 1h, la hoja de polímero actúa como una membrana, presionando el aire desde el centro de la zona impresa hacia sus bordes, donde el mismo puede salir de la zona impresa.
- c)
- Debido a la blandura de las hojas de polímero que se usan, las partículas entre la hoja de polímero y uno de los objetos que se definen en el punto b), así como la marcada rugosidad superficial de uno de los objetos, no provocarán daños evidentes en la hoja de polímero o en uno de los objetos que intervienen durante un proceso de impresión como el que se muestra en la Figura 1b, 1e y 1h.
- d)
- Debido a la alta transparencia de las hojas de polímero que se usan a la radiación UV, p. ej., también pueden usarse durante el proceso de impresión que ha sido descrito anteriormente polímeros curables mediante irradiación UV.
- e)
- Las muy bajas energías superficiales de la mayoría de las hojas de polímero que se aplican conducen a unas marcadas propiedades de antiadherencia frente a otros materiales, haciendo que resulte ideal aplicarlas en un proceso de impresión. La deposición de adicionales capas antiadherentes sobre polímeros de baja energía superficial es innecesaria en la mayoría de los casos, lo cual hace que el proceso que ha sido descrito anteriormente resulte sencillo y aplicable a escala industrial. Dicho claramente, es posible hacer el sello de réplica de polímero en un material antiadherente.
- f)
- El proceso que se ha descrito anteriormente y que se muestra en la Figura 1 es muy adecuado para producir réplicas tanto positivas (la forma es similar a la del modelo original) como negativas (la forma es invertida con respecto a la del modelo original) si están mutuamente adaptadas las propiedades de los distintos materiales polímeros que se apliquen en el proceso, como p. ej., la temperatura de transición vítrea, la transparencia óptica y la curabilidad tras exposición a radiación.
- g)
- La resistencia al envejecimiento y al desgaste de los modelos de polímero flexible 11 y 13 que se usan en la Figura 1g hacen que sea posible aplicarlos varias veces en los procesos de impresión que se muestran en la Figura 1h. Este hecho acrecienta la duración del modelo original 1 en la Figura 1a.
- h)
- Las propiedades de flexibilidad y ductilidad de las hojas de polímero que se usan alivian el desmoldeo del sustrato o sello inflexible al separarlo de la hoja flexible, reduciendo con ello los daños físicos infligidos al sello o al sustrato.
- i)
- En lugar del desmoldeo mecánico de la hoja de polímero separándola de un sustrato tras haber sido llevada a cabo la impresión, la hoja de polímero puede ser como alternativa disuelta químicamente con ayuda de un disolvente adecuado. Este procedimiento sería preferido en caso de una transferencia de formas que tengan altas relaciones de forma, donde un desmoldeo mecánico podría dañar el sustrato.
- j)
- No tan sólo la forma de la superficie de un modelo original, sino también las dimensiones físicas del modelo original pueden ser fácilmente transferidas a una hoja de polímero. En algunas aplicaciones la situación de la forma en el sustrato final es decisiva. Para unidades de disco duro, p. ej., la forma debe ser replicada y alineada con el centro del disco. Aquí, el sello matriz puede producirse con un orificio central. Tras la impresión queda formado en la hoja de polímero flexible un relieve del orificio central, el cual puede ser usado para alinear la forma de la hoja con el disco replicado final.
- k)
- Una réplica generada en una hoja de polímero puede dar acceso a un proceso de revelado de una nueva familia que no es ejecutable de la manera común mediante revestimiento de níquel sobre níquel. Aquí la hoja de polímero impresa es primeramente unida a un sustrato rígido mediante un proceso de impresión asistida por irradiación UV, p. ej. A continuación de ello la hoja es metalizada con una capa semilla y electrorrecubierta para recibir una copia de níquel del original. Por medio de la invención que aquí se describe son accesibles muchos otros procesos de conversión.
Algunas hojas de polímero que han sido usadas
son las siguientes:
Topas 8007 de la Ticona GmbH, de Alemania:
copolímero desordenado termoplástico que tiene una temperatura de
transición vítrea de 80ºC. El Topas es transparente a la luz con
longitudes de onda de más de 300 nm y está caracterizado por una
baja energía superficial. La hoja está disponible en espesores de
50-500 \mum. Se han usado aquí hojas de
130-140 \mum de espesor.
Zeonor ZF 14 de la Zeon Chemicals, del Japón:
polímero termoplástico que tiene una temperatura de transición
vítrea de 136ºC y una transmitancia de luz del 92% para longitudes
de onda de más de 300 nm. La hoja usada tiene un espesor de 188
\mum, pero está disponible en otros espesores que van desde 50
hasta 500 \mum.
Zeonex E48R de la Zeon Chemicals, del Japón:
polímero termoplástico que tiene una temperatura de transición
vítrea de 139ºC y una transmitancia de luz del 92% para longitudes
de onda de más de 350 nm. La hoja usada tiene un espesor de 75
\mum.
Policarbonato (bisfenol-A
policarbonato) de la Bayer AG, de Alemania: polímero termoplástico
que tiene una temperatura de transición vítrea de 150ºC y una
transmitancia de luz del 91% para longitudes de onda de más de 350
nm. La hoja usada tiene un espesor de 300 \mum y está disponible
en muchos otros espesores de hasta 1 mm.
Un material de reserva que ha sido usado es el
SU8 de la MicroChem Corp. USA, que es un material de fotorreserva
que es curable tras exposición a una luz que tenga unas longitudes
de onda de entre 350 y 400 nm. Como promotor de la adherencia entre
la película de SU8 y el sustrato de silicio se ha usado una película
delgada de LOR0.7 de la MicroChem Corp. USA.
Un modelo de níquel cuya superficie presenta una
forma lineal que tiene una anchura de línea de 80 nm y una altura
de 90 nm ha sido impreso en una hoja de Zeonor ZF 14 a 150ºC y 50
bares por espacio de 3 min. Ninguna de las superficies ha sido
tratada mediante recubrimiento adicional alguno, tal como capas
antiadherentes, p. ej. La temperatura de desmoldeo fue de 135ºC, a
la cual la hoja de Zeonor pudo ser retirada mecánicamente de la
superficie de níquel sin dañar la forma del modelo ni de la réplica.
La hoja de Zeonor ha sido usada como nuevo modelo, que ha sido
impreso en una película de SU8 de 100 nm de espesor. La película de
SU8 fue aplicada por recubrimiento por centrifugación a una película
de LOR de 20 nm que había sido previamente aplicada por
recubrimiento por centrifugación a un sustrato de silicio. También
aquí ninguna de las superficies ha sido tratada mediante un
recubrimiento adicional destinado a mejorar el comportamiento en
materia de antiadherencia entre la película de SU8 y la hoja de
Zeonor. La impresión fue llevada a cabo a 70ºC y 50 bares por
espacio de 3 min. La película de SU8 fue expuesta a luz UV por
espacio de 4 segundos a través de la hoja de Zeonor ópticamente
transparente, y fue estufada por espacio de otros dos minutos. Se
mantuvo constante una temperatura y presión de 70ºC y 50 bares
respectivamente durante toda la secuencia de impresión. La
temperatura de desmoldeo fue de 70ºC, a la cual la hoja de Zeonor
pudo ser retirada mecánicamente de la película de SU8 sin dañar la
forma de la hoja del modelo de polímero ni de la película de
réplica. Se muestra en la Figura 2 la imagen de AFM de un resultado
de impresión en la película SU8 depositada sobre una oblea de
silicio.
Un modelo de níquel cuya superficie presenta una
forma de Blu-Ray que tiene unas alturas
estructurales de 100 nm y unas anchuras estructurales de 150 nm,
investigadas mediante AFM, ha sido impreso en un Zeonor ZF 14 usando
el mismo proceso y los mismos parámetros que ya han sido descritos
en el Ejemplo 1. La hoja de Zeonor ha sido usada como nuevo modelo,
que ha sido impreso en una película de SU8 de 100 nm de espesor.
También aquí se han usado el mismo proceso y los mismos parámetros
como los ya descritos en el Ejemplo 1. Se muestra en la Figura 3 la
imagen de AFM de un resultado de impresión en la película de SU8
depositada sobre una oblea de silicio.
Se ha usado un modelo de níquel cuya superficie
contiene formas micrométricas con altas relaciones de forma que van
de 1 a 28. El diámetro de las formas va desde 600 nm hasta 12
\mum, con una altura de 17 \mum. La superficie ha sido cubierta
mediante una película antiadherente basada en fosfato antes de la
impresión. El modelo de níquel ha sido impreso en una hoja de
policarbonato a 190ºC y 50 bares por espacio de 3 min. La superficie
de la hoja de policarbonato no ha sido tratada mediante un
recubrimiento adicional destinado a mejorar el comportamiento en
materia de antiadherencia entre el modelo de Ni y la película de
policarbonato. La temperatura de desmoldeo fue de 130ºC, a la cual
la hoja de policarbonato pudo ser retirada mecánicamente de la
superficie de níquel sin dañar la forma del modelo ni de la réplica.
La hoja de policarbonato ha sido usada como nuevo modelo para una
impresión en una hoja de Topas. La impresión ha sido llevada a cabo
a 120ºC y 50 bares por espacio de 3 min. Ninguna de las superficies
ha sido tratada mediante un recubrimiento adicional destinado a
mejorar el comportamiento en materia de antiadherencia entre el
policarbonato y la hoja de Topas. La temperatura de desmoldeo fue de
70ºC, a la cual la hoja de Topas pudo ser retirada mecánicamente de
la hoja de policarbonato sin dañar la forma de la hoja del modelo ni
de la hoja de la réplica. La hoja de Topas ha sido entonces usada
como nuevo modelo, que ha sido impreso en una película de SU8 de
6000 nm de espesor aplicada por recubrimiento por centrifugación a
un sustrato de silicio. También aquí ninguna de las superficies ha
sido tratada mediante recubrimiento adicional alguno destinado a
mejorar el comportamiento en materia de antiadherencia entre la
película SU8 y la hoja de Topas. La impresión fue llevada a cabo a
70ºC y 50 bares por espacio de 3 min. La película de SU8 fue
expuesta a luz UV por espacio de 4 segundos a través de la hoja de
Topas ópticamente transparente, y fue estufada por espacio de otros
dos minutos sin variar la temperatura de 70ºC ni la presión de 50
bares durante todo el proceso. La temperatura de desmoldeo fue de
70ºC. A continuación la hoja de Topas fue completamente disuelta en
una solución de xileno a 60ºC por espacio de una hora. Se muestra en
la Figura 4 una imagen de SEM del resultado.
Los procesos de impresión han sido llevados a
cabo con modelos de Ni conformados de manera distinta, en algunos
casos cubiertos por películas antiadherentes basadas en fosfato,
usando distintos parámetros de proceso. Los sustratos (obleas de
silicio de 2 a 6 pulgadas) han sido limpiados mediante lavado con
isopropanol y acetona directamente antes de proceder a la
centrifugación de las películas de LOR y de SU8. Los tamaños de los
sellos aplicados son de 2 a 6 pulgadas. Las impresiones han sido
realizadas usando un equipo Obducat de NIL de 6 pulgadas provisto de
un módulo UV.
Se efectuó microscopía de fuerza atómica (AFM)
en el modo de contacto intermitente con ayuda de un microscopio
NanoScope IIIa de Digital Instruments para investigar tanto los
resultados de impresión como los sellos tras haber sido llevada a
cabo la impresión.
La microscopía electrónica de barrido (SEM) fue
llevada a cabo usando un microscopio Obducat CamScan
MX2600 a 25 kV.
MX2600 a 25 kV.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no
forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto el
máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u
omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este
respecto.
\bullet US 2003071016 A [0004]
\bullet US 2003017424 A [0005]
\bullet JP 2002086463 A [0006]
\bullet EP 0813255 A [0007]
\bullet DE 3714011 [0007]
\bullet GB 559072 A [0007]
\bullet WO 9706468 A [0007]
Claims (12)
1. Método para transferir una forma de un modelo
a un objeto en un proceso de impresión, que comprende los pasos
de:
- -
- prever una primera hoja de polímero (3) que comprende un polímero que es reticulable mediante exposición a radiación;
- -
- calentar la primera hoja de polímero (3) hasta una primera temperatura superior a la temperatura de transición vítrea del material de la primera hoja de polímero (3);
- -
- estampar una forma de una superficie (2) de un modelo en una primera superficie (4) de la primera hoja de polímero (3) para imprimir una inversa de la forma en la primera superficie (4);
- -
- exponer la primera hoja de polímero (3) a radiación al estampar la superficie (2) del modelo en la primera superficie (4), para reticular dicho polímero;
- -
- separar la primera hoja de polímero (3) del modelo (1); y
- -
- estampar la forma inversa (6) de la primera superficie (4) en una segunda superficie de un objeto (8; 15), para imprimir una réplica de la forma de la superficie (2) del modelo en la segunda superficie.
2. Método como el expuesto en la reivindicación
1, donde el objeto es un sustrato (16) y la segunda superficie es
una capa de material de reserva (17) que va sobre el sustrato
(16).
3. Método como el expuesto en la reivindicación
1, donde el objeto es una segunda hoja de polímero (8).
4. Método como el expuesto en la reivindicación
3, que comprende los pasos de:
- -
- separar la segunda hoja de polímero (8) de la primera hoja de polímero (3); y
- -
- estampar la réplica de la forma de la superficie (2) del modelo de la segunda superficie en una tercera superficie (18) de una capa de material de reserva (17) que va sobre un sustrato (16), para imprimir una inversa de la forma de la superficie (2) del modelo en la tercera superficie (18).
5. Método como el expuesto en la reivindicación
3, donde la segunda hoja de polímero (8) está hecha de un material
polímero o copolímero termoplástico.
6. Método como el expuesto en la reivindicación
1, donde la primera hoja de polímero (3) es transparente a la
radiación UV en al menos una subgama de longitudes de onda de
300-400 nm, y la segunda superficie es la superficie
de un material de fotorreserva que es curable mediante exposición
dentro de al menos dicha subgama de longitudes de onda,
comprendiendo dicho método el paso de:
- -
- exponer a dicho material de fotorreserva del objeto a radiación UV, a través de la primera hoja de polímero (3), al estampar la forma inversa (6) de la primera superficie (4) en la segunda superficie, para curar el material de fotorreserva.
7. Método como el expuesto en la reivindicación
4, donde la segunda hoja de polímero (8) es transparente a la
radiación UV en al menos una subgama de longitudes de onda de
300-400 nm, y la tercera superficie (18) es la
superficie de un material de fotorreserva que es curable mediante
exposición dentro de al menos dicha subgama de longitudes de onda,
comprendiendo dicho método el paso de:
- -
- exponer a dicho material de fotorreserva a radiación UV, a través de la segunda hoja de polímero (8), al estampar la réplica (9) de la forma de la superficie (2) del modelo de la segunda superficie en la tercera superficie (18), para curar el material de fotorreserva.
8. Método como el expuesto en cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, donde el modelo (1) está hecho de
metal, cuarzo o silicio.
9. Método como el expuesto en cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que comprende el paso de:
- -
- calentar el objeto (8; 15), al estampar la forma inversa (6) de la primera superficie (4) en la segunda superficie, hasta una segunda temperatura que no sea superior a dicha temperatura de transición vítrea.
10. Método como el expuesto en la reivindicación
9 en conjunción con la reivindicación 3, donde el material de la
segunda hoja de polímero (8) tiene una temperatura de transición
vítrea que es inferior a dicha segunda temperatura.
11. Método como el expuesto en la reivindicación
10, donde la segunda hoja de polímero (8) comprende un polímero que
es reticulable mediante exposición a radiación, comprendiendo dicho
método adicionalmente el paso de:
- -
- exponer a la segunda hoja de polímero (8) a radiación al estampar la forma inversa (6) de la primera superficie (4) en la segunda hoja de polímero (8), para reticular dicho polímero.
12. Método como el expuesto en cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la primera hoja de polímero
(3) tiene un espesor de 50 \mum a 1 mm.
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