JP6705016B2 - 構成層のキャリア対象への接着性を向上させるための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、立体リソグラフィプロセスにおいて対象を対象キャリアに接着する方法であって、対象は、硬化放射により感光性物質を硬化させることによって形成され、対象キャリアの少なくとも一つの部分領域において、対象を接着により取り付けるために、硬化放射の方向とは異なる方向に二次放射が対象キャリアに照射される方法に関する。本発明はさらに、この方法を実施するための装置に関する。

立体リソグラフィプロセスの開始時に構成層の接着性を向上させることを目的とする方法および装置が知られている。その一例は、国際公開ＷＯ２０１０／０４５９５１号に記載されている、下側が光透過性である組立台を介して、上から光が光反応性物質にさらに結合される技術である。この結果として、追加の放射が第１の構成層のより良好な接着を可能にする。しかし、この公知の解決策には様々な欠点がある。たとえば、光源は、最初の構成層の間だけ使用されるが、光源は組立台自体に配置され、一緒に移動される。これは、組立台への電力の供給を必要とする。さらに、光源を組立台に統合することによって、そのコストが大幅に増加し、使い捨てを可能にするシステムを製作することができない。同様に、組立台は、その上に配置された構成要素と同時に、洗浄設備などに配置することができず、または配置するのに困難を伴う。洗浄液が組立台の中に浸透して光源を汚染する可能性があるからである。

米国特許出願公開２０１５／２９０８７４Ａ１号から、光のレイアウトがバット付近、さらにバットの上にある対象に誘導される装置が知られている。この場合に使用されるミラーは、同時にバットの下面を照明するために役立つ。

本発明の目的は、従来技術から知られている困難及び問題を解決し、三次元の物体を製造するための装置コンセプトへのより良い、より経済的な統合を可能にし、組立処理中の最初の対象層のより良好な接着を達成することである。

この目的を解決するために、本発明による方法は、特に、二次放射がほぼ平面状の放射透過性対象キャリアに横方向に供給され、対象キャリア内で偏向されることを提供する。

本発明による装置は、対象キャリアから距離を置いて横方向に配置された二次放射源と、対象キャリアが二次放射に対して少なくとも部分的に透過性であるという事実によって特徴づけられる。

本願の立体リソグラフィ技術では、対象キャリアへの対象の接着剤付着は、二次放射によって達成される。光源は、対象キャリアに配置されていない。光源は、そこからの局所距離に配置することができ、たとえば、対象キャリアの周りに配置することができる。対象キャリアは、少なくとも部分的に光透過性の複数の開口部またはウィンドウを有し、光がそこを通って入射、および／または出射され得る。対象キャリアは、たとえば、二次光源および／または一次光源に対して独立して移動させることができ、両方の光源は、それらが対象キャリアの照射、または少なくとも最初の構成層および／または２、５、１０、または２０層の最初の構成層を含む領域にわたる光の入射を可能にするように配置および実現され得る。

本明細書における「光」または「放射」とは、たとえば、紫外線放射または赤外線放射など任意のタイプの電磁放射と理解される。光源は、少なくとも１つの特定の波長範囲で放射を発することができる少なくとも１つの放射エミッタ、たとえばＬＥＤを有する。光源は、好ましくは、たとえば、異なる波長および放射挙動を有する複数のＬＥＤのような複数の放射源を有することができ、それにより、たとえば３６５ｎｍないし４０５ｎｍの全波長範囲がカバーされ、および／または選択的に対処されることができる。好ましくは、波長は光反応性物質のより深い硬化を可能にする組立台への結合に使用される。これは、たとえば、使用される光開始剤の効力がより低い波長範囲（たとえば、４０５ｎｍ）に中心波長を位置させることによって達成することができる。この場合、中心波長は、光反応性物質を硬化させるために、使用される光開始剤に応じて、たとえばＵＶ範囲において、５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、４０ｎｍまたはそれ以上、使用される一次放射から異なっていてもよい。さらに、光源は、時間的および／または強度において、かつ互いに独立して制御することができる。

組立台は、好ましくは、構成上、可能な限り効率的で散乱放射の低い放射の結合を可能にするように構成されている。特に、組立台は、一種の「光ガイド」として機能することができ、たとえば、少なくとも部分的に反射する表面（たとえば、ミラーシート、ミラープレートなど）、または、たとえば局所的に調整可能なミラーが配置されたチャンバを有するように構成することができる。放射は、局所強度最大値の変化が達成され得るように、組立台または対象キャリアに結合され得る。これは、たとえば、対象キャリアの位置を変えることによって、放射の入射角を変化させることによって、および／または対象キャリア内の偏向ミラーの局所的変化によって、ＬＥＤ電流を変化させることによって、一次光源に存在するＤＭＤによって行うことができる。

好ましくは、両方の光源は、たとえば、内部を照明するため、プロセス段階（たとえば、対象の完成、プロセスの一時停止およびプロセスの終了）を通知するため、残りの光反応性物質を硬化させるため、および生成された構成要素の後露光のためなどの他の目的のために使用することができ、ならびに、生成された構成要素を３Ｄ走査するために、たとえばカメラと組み合わせた光源を使用することができる。この目的のために、たとえば、使用される光源の少なくとも１つは、所望の機能に応じて、中心波長を有する少なくとも１つの放射源（ＬＥＤ）から対応して構成することができ、および／または光学系を備えることができ、強度、放射持続時間に関して、必要に応じて放射パターン（たとえば、ラインパターン）及び放射入力の位置に関して、制御装置によって、個別にまたは部分的に（たとえば、ＬＥＤアレイの行および列に従って）、目標とされた方法でトリガすることができる。これにより、組立台への位置依存性、強度依存性および時間依存性の放射入力が可能となり、ならびにＬＥＤアレイの異なる位置での放射または結合、および／または異なる放射体または異なる波長の放射が可能になる。したがって、たとえば、少なくとも１つのＵＶ−ＬＥＤパネルを使用する際に、対応する位置で対象キャリアに結合することができる放射領域のみをトリガする可能性がある。たとえば、三次元対象の完成後および対応する後処理工程（対象の洗浄など）のような後の時点で、生成された対象は、たとえば、二次光源、および任意に一次光源を用いて、使用されるすべてのＵＶ−ＬＥＤまたはすべてのパネルをトリガすることによって、後露光され得る。

簡単で安価な構成に関して、二次放射は硬化放射から派生されることが好ましい。一方、多くの場合、硬化放射から独立した放射が二次放射として使用されることも好都合である。さらに、二次放射は、光ガイドを介して対象キャリアに供給されることが有利である。二次放射は、接着付着処理中に接着領域にわたって調整されることも可能である。

本装置に関して、二次放射源が光ガイドによって形成されることが特に有利である。この場合、光ガイドは、立体リソグラフィの主放射源に光伝導的に接続されることがさらに好都合である。

一方、主放射源から独立した二次放射源が提供されることも有利である。

対象のための接着領域に二次放射を偏向させるために、対象キャリアが、放射に対して部分的に透過性であり、少なくとも部分的に反射性であるように実現されることはさらに好都合である。対象キャリアはまた、鏡面を含むことができる。この場合、鏡面は拡散反射するように実現されることがさらに有利である。一方、対象キャリアが、移動可能に配置された偏向ミラーを含むことも可能である。最後に、対象キャリアが放射に対して少なくとも部分的に透過性である接着プレートを有することが好ましい。

以下、図面を参照して本発明を実施するための好ましい形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１は、立体リソグラフィ装置の一実施形態の概略図である。 図２は、図１に対して変更した装置の実施形態を示す図である。 図３は、図１に対して変更した装置の実施形態を示す図である。 図４は、図１に対して変更した装置の実施形態を示す図である。 図５は、照射の形態に関する本発明の変形例を示す図である。 図５ａは、照射の形態に関する本発明の変形例を示す図である。 図６は、組立台への放射結合の変形例を示す図である。 図７は、組立台への放射結合の変形例を示す図である。 図８は、組立台への放射結合の変形例を示す図である。 図９は、組立台への放射結合の変形例を示す図である。 図１０は、組立台への放射結合の変形例を示す図である。

図１は、立体リソグラフィ装置１の例示的な実施形態を部分的に断面図で示しており、この装置１は、少なくとも１つの三次元体または対象３の個々の層３，３ｉを層ごとに生成するように構成されており、対象３は、バット７内に配置された光反応性物質５の選択的固化または硬化によって生成され、ここにおいて、層情報は、一次光源９を用いて、および任意に偏向ミラー１１を用いて生成される。一次光源９は、制御可能なレーザ、好ましくは、画素ベースのデジタルマスク投影ユニットであってもよい。一次光源９は、制御装置１３を介して制御することができる。感光性物質５は液体であり、「液体」という用語は、ペースト状の物質を含む任意の粘度の液体、ならびに充填または着色された液体と理解される。一次光源９は、たとえば、画素ベースの画像を生成することができるＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）構造またはＤＬＰ（デジタルライトプロセシング）構造のような、たとえば放射エミッタ９′（たとえば、ＵＶＬＥＤ）およびマスク露光装置９′′からなる。

生成された層３ｉは、一次光源９によって硬化され、対象キャリアとして機能する組立台１５に付着し、組立台１５は、さらに、少なくとも１つの横方向に配置された二次光源１７の放射に対して少なくとも部分的に透明であり、光源１７の二次放射が、組立台１５の少なくとも部分的に透明なベースプレート１９を経由した反射の結果として下方に現れることを可能にするために、少なくとも部分的に反射するものとして実現されてもよい。二次放射とは、少なくとも１つの中心波長（たとえば４０５ｎｍ）および少なくとも１つのタイプの放射源（たとえばＬＥＤ）を有する光反応性物質５を硬化させるのにも同様に適した放射であると理解され、好ましくは一次光源９から独立して、制御装置１３によって制御することができる放射であると理解される。図１に示す例示的な実施形態では、二次放射は、たとえば、反射体２１（たとえば、ミラー、反射箔、または内部空間自体）によって偏向され、反射体２１は、二次放射空間２３内の組立台１５内に配置され、またはそれによって形成される。

図１によれば、一次光源９は、マシンスペース２５内でバット７の下に配置され、移動可能に、たとえばフレーム２７上に配置することができる。

図１によれば、二次放射源１７は、たとえば、組立プロセスの開始時に（たとえば、最初の２，５，１０または２０層にわたる）、少なくとも特定の領域にわたって二次放射を組立台１５に導入することができるように配置され、かつ、少なくとも一時的に組立台１５と直接接触するだけであり、好ましくは、組立台１５から距離Ａ（実施形態の変形例に応じて０．１ｍｍ、１ｍｍ〜１０ｍｍ）に配置される。組立台１５は、処理の進行に応じて、たとえば、バット７に対して、制御装置１３を用いてアクチュエータ２７によって、昇降させることができる。

図１に示すように、二次放射源１７は、たとえば、マシンフレーム２７に適切な位置で取り付けられることができ、たとえば保護ウィンドウ２９を介して二次放射を放射し、また、光学素子（レンズ、拡散プレート、ライトガイド等）を二次放射源１７と組立台１５との間に配置することができる。

対応する構成及び複数の二次放射源１７の使用、または二次放射を分割することにより、複数の側面からの横方向の結合によって組立台１５のほぼ環状の照明が可能となる。

図２は、立体リソグラフィ装置１０１の実施形態を示し、図１と比較して、少なくとも１つの二次放射源１７が、たとえばフレーム２７内で、組立台１５の下に配置されており、二次放射は、二次放射に対して少なくとも部分的に透明な少なくとも１つの光ガイド３１（たとえばライトロッド）によって行われ、二次放射を少なくとも一方の側から組立台１５内に結合するために、図２に示すように、任意で、９０°の偏向が可能である。光導波路３１は、フレーム２７または二次光源１７に着脱自在に接続することができる。この構成は、二次光源１７を汚染から保護し、光ガイド３１の結合面の幾何学的および光学的構成（たとえば、円形、矩形、レンズ形など）ならびにその幾何学的構成によるある角度での結合を可能にする。光ガイド３１の幾何学的形状は、できるだけ少ない散乱ビームが出現できるように実現されることが好ましい。光ガイド３１は、好ましくは一体に形成されており、散乱放射が出現するのを防ぐために、及び前面３１′からの二次放射の発光を最大にするために、二次放射に対して非透明および／または反射性のシース、ラッカー層などを備えることができる。

図３は、立体リソグラフィ装置１０２のさらなる実施形態を示しており、そこにおいて、二次放射は、たとえば二次放射に対して少なくとも部分的に透明な、バット７の縁部３３の補助により、一側面で、たとえば、下から、特に好ましくはバット７の少なくとも一つの縁部３３によって偏向され、かつ二次放射のための光ガイドとして働く少なくとも１つの部分で実現され、それにより、二次放射は、少なくとも一点で横方向に組立台１５に結合することができる。感光性物質５の望ましくない活性化をもたらす可能性があるバット７内の、および／またはバット７を経由する散乱放射の伝播を最小化または防止するために、バット７の縁部３３は、好ましくは、少なくとも１つの非透明な側壁、たとえば、部分的に反射する少なくとも１つの側壁および／またはラッカー層、たとえば３５、３７を含み、その結果、前面３３′を介して組立台１５への横方向の照射が１回だけ行われる。

図４に示す立体リソグラフィ装置１０３は、移動可能かつ任意で集束可能な光源９（ここではシステムユニットとして図示されている）を有し、光源９は、制御ユニット１３によって、およびたとえばフレーム２７に取り付けることができる少なくとも１つのリニアモータ３９を用いて移動されることができ、光導波路３３を用いて組立台１５に一次放射を「二次放射」として導入するために、マシンスペース２５内のそれぞれの点Ｘに移動することができ、および／または制御装置１３によって焦点を設定することができる。他の変形例では、たとえば、特別な露光画像、たとえば、部分画像や端部領域画像（図５および図５ａを参照）は、光源９から、任意に少なくとも部分的に可動なミラーシステムを介して光ガイド３３内に放射される一次放射を行うために使われることができ、放出された画像は焦点合わせされる必要がない。光導波路３３への放射の結合が成功した後、光源９は、リニアユニット３９を用いて、制御ユニット１３によってたとえば元の位置に戻される。一次放射源９は、好ましくは、集束可能かつ可動であるように実現されており、特に好ましくは、一次放射は、光源９の移動の有無にかかわらず、たとえば図示しない偏向ミラーを移動させることによって、または偏向ミラーを折り畳むことによって、光ガイド３３に直接結合することができる。

図５および図５ａは、一次放射を少なくとも一つの光導波管３３（図４参照）に結合するのに役立ち、したがって組立台１５に一次放射を照射するのに役立つ露光マスク４１または４１′の可能な例を示し、たとえば、結合のために領域４７または４７′を使用することが可能であり、構成層３ｉおよび任意に非露出領域４３、４３′を形成するために、層情報４５または４５′が少なくとも部分的に存在することが可能である。一次放射は、露出領域４７，４７′を用いて光導波路に導入され、この場合、結合された波長は、層を硬化させるために使用される波長、たとえば、３８８ｎｍに対応することができ、一次光源９は、好ましくは、少なくとも組立台１５を照明するために使用される別の波長（たとえば、４０５ｎｍ）を有する第２の放射をさらに放射することができる。

図６は、内部に二次放射空間２３が形成された、組立台１５１の有利な変形実施形態を示し、二次放射空間２３には、拡散反射し、部分的に湾曲した面、たとえば、反射箔２１′またはコーティングを少なくとも部分的に備えることができ、少なくとも部分的に透明なベースプレート１９に、可能な限り均一に横方向に入る二次放射を放射する。この場合、ウィンドウ３９は、少なくとも部分的に二次放射空間２３を横方向に閉鎖することができ、放射の結合を可能にするために二次放射に対して少なくとも部分的に透過性をもつことができる。二次放射源１７として、たとえば、保護ウィンドウ２９によって保護された少なくとも１つのＬＥＤ（たとえば、ＵＶＬＥＤ）またはランプ（たとえば、ＵＶＣランプ）が機能を果たす。

図７は、ベースプレート１９の照明を可能にするために、ベースプレート１９に対して角度α（たとえば、４５°）傾けることができる可動リフレクタ２１′′（たとえば、ミラー）を備えた組立台１５２のさらなる変形例を示している。この場合、光源１７は少なくとも部分的に平行なビーム経路を有することが好ましい。

図８には、図７と同様に、複数部分からなる組立台１５３の実施形態が概略図で示されており、二次放射を提供するために使用される、特に個々のＬＥＤ１７′、１７′′、１７′′′等を有するＬＥＤパネル１７は、中心波長を有する少なくとも１つのＬＥＤタイプから構成することができるが、たとえば３６５、４０５、３８８ｎｍという異なる中心波長を有する異なるＬＥＤタイプから構成することが好ましい。組立台１５３は、たとえば一体に設計されているが、任意にいくつかの部品で構成されていてもよく、カップ状の下部４９は、追加のウィンドウ３９，３９′と、ホルダー２０′とともに組立台１５３から分離することができる。カップ状の下部４９は、たとえば透明なプラスチック部品によって一体に形成することもできる。

図９は、ミラー２１′′′が配置されている組立台１５４の変形例を示しており、ミラーは、ベースプレート１９に対して角度βで傾斜しており、二次放射空間２３内に位置している。この変形例は、たとえば、二次放射を平行にするように構成された光学系５１を有する。

最後に、図１０は、組立台１５４の例示的な実施形態を示しており、ここにおいて、二次放射（ＬＥＤユニット１７を参照）が、中空の組立台１５４に横方向に結合され、すなわち、ＬＥＤユニット１７によって結合される放射を全反射する光導波路３３′を介して結合される。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ 立体リソグラフィプロセスにおいて、対象キャリア（１５）への対象（３）の接着付着方法であって、前記対象（３）は硬化放射による感光性物質（５）の硬化によって形成され、前記対象キャリア（１５）の少なくとも１つの部分領域で、前記対象（３）を接着付着するために、二次放射が、前記硬化放射の方向とは異なる方向に前記対象キャリア（１５）に放射され、前記二次放射は、ほぼ平面状の放射透過性の前記対象キャリア（１５）に横方向に供給され、前記対象キャリア（１５）内で偏向されることを特徴とする方法。
［２］ 前記二次放射が前記硬化放射から派生されることを特徴とする、［１］に記載の方法。
［３］ 前記硬化放射から独立した放射が二次放射として使用されることを特徴とする、［１］または［２］に記載の方法。
［４］ 前記二次放射は、光ガイド（３１）を介して前記対象キャリア（１５）に供給されることを特徴とする、［１］〜［３］のいずれか１項に記載の方法。
［５］ 前記二次放射が接着付着プロセスの間に接着領域にわたって調整されることを特徴とする、［１］〜［４］のいずれか１項に記載の方
法。
［６］ 前記対象キャリア（１５）から距離を置いて横方向に配置された二次放射源（１７）を特徴とし、前記対象キャリア（１５）は二次放射に対して少なくとも部分的に透過性であることを特徴とする、［１］〜［５］のいずれか１項に記載の方法を実施するための装置。
［７］ 前記二次放射源（１７）が光ガイド（３１）によって形成されていることを特徴とする、［６］に記載の装置。
［８］ 前記光ガイド（３１）が立体リソグラフィの主放射源（９）に光伝導的に接続されていることを特徴とする、［７］に記載の装置。
［９］ 主放射源（９）とは独立した二次放射源（１７）が設けられていることを特徴とする、［６］に記載の装置。
［１０］ 前記対象キャリア（１５）は、前記対象（３）の接着領域に二次放射を偏向させるために、放射に対して部分的に透過性であり、少なくとも部分的に反射性であるように実現されることを特徴とする、［６］〜［９］のいずれか１項に記載の装置。
［１１］ 前記対象キャリア（１５）が鏡面（２１）を含むことを特徴とする、［６］〜［１０］のいずれか１項に記載の装置。
［１２］ 前記鏡面（２１）が拡散反射するように実現されていることを特徴とする、［１１］に記載の装置。
［１３］ 前記対象キャリアが移動可能に配置された偏向ミラー（２１′′）を含むことを特徴とする、［１１］に記載の装置。
［１４］ 前記対象キャリアが、前記放射に対して少なくとも部分的に透過性である接着ベースプレート（１９）を有することを特徴とする、［６］〜［１３］のいずれか１項に記載の装置。

Claims (14)

1. 立体リソグラフィプロセスにおいて、組立台（１５）への対象（３）の接着付着方法であって、前記対象（３）は硬化放射による感光性物質（５）の硬化によって形成され、前記組立台（１５）の少なくとも１つの部分領域で、前記対象（３）を接着付着するために、二次放射が、前記硬化放射の方向とは異なる方向に前記組立台（１５）に放射される方法において、
   前記組立台（１５）は、前記二次放射を前記組立台（１５）内で偏向するための反射体（２１）を備え、前記二次放射は、ほぼ平面状の放射透過性の前記組立台（１５）に横方向に供給され、前記組立台（１５）内で前記反射体（２１）によって偏向されることを特徴とする方法。
2. 前記二次放射が前記硬化放射から派生されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記硬化放射から独立した放射が二次放射として使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記二次放射は、光ガイド（３１）を介して前記組立台（１５）に供給されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記二次放射が接着付着プロセスの間に接着領域にわたって調整されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 組立台（１５）へ対象（３）を接着付着させるための立体リソグラフィプロセスに用いる装置であって、
   前記対象（３）に形成される感光性物質（５）を硬化放射するための一次放射源（９）と、
   前記組立台（１５）の少なくとも１つの部分領域で、前記対象（３）を接着付着するための二次放射を前記硬化放射の方向とは異なる方向に前記組立台（１５）に放射する二次放射源（１７）であって、前記組立台（１５）から距離を置いて横方向に配置された二次放射源（１７）と、を備える装置において、
   前記組立台（１５）は、前記二次放射に対して少なくとも部分的に透過性であり、前記組立台（１５）は、前記二次放射を前記組立台（１５）内で偏向するための反射体（２１）を備えることを特徴とする、装置。
7. 前記二次放射源（１７）が光ガイド（３１）によって形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 前記光ガイド（３１）が前記一次放射源（９）に光伝導的に接続されていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 前記一次放射源（９）とは独立した二次放射源（１７）が設けられていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
10. 前記組立台（１５）は、前記対象（３）の接着領域に前記二次放射を偏向させるために、放射に対して部分的に透過性であり、少なくとも部分的に反射性であるように実現されることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記組立台（１５）が鏡面（２１）を含むことを特徴とする、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記鏡面（２１）が拡散反射するように実現されていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 前記組立台が移動可能に配置された偏向ミラー（２１′′）を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
14. 前記組立台が、前記放射に対して少なくとも部分的に透過性である接着ベースプレート（１９）を有することを特徴とする、請求項６〜１３のいずれか１項に記載の装置。

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