KR20190046794A - 마이크로구조물 및/또는 나노구조물 엠보싱 방법 및 시스템 - Google Patents

마이크로구조물 및/또는 나노구조물 엠보싱 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로구조물 및/또는 나노구조물을 엠보싱하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

Description

마이크로구조물 및/또는 나노구조물 엠보싱 방법 및 시스템
본 발명은 마이크로구조물 및/또는 나노구조물을 엠보싱하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래 기술에서, 마이크로구조물 및/또는 나노구조물은 포토리소그라피(photolithography) 방식으로 및/또는 임프린트 리소그라피(imprint lithography) 방식으로 제조된다. 임프린트 리소그라피 공법은 마이크로구조물 및/또는 나노구조물이 스탬프에 의해 재료에 엠보싱되는 방법을 의미하는 것으로 이해하면 된다. 재료는 기판에 제공되는 엠보싱 재료이다. 이러한 임프린트 공정은 최근에 그 중요성이 날로 증가하고 있는데, 그 이유는 임프린트 공정이 종래의 포토리소그라피 공정에 비해 신속하고, 보다 효율적이면서도, 적은 비용으로 수행될 수 있기 때문이다. 게다가, 임프린트-리소그라피 공정에 의해 구현되는 해상도(resolution)는 포토리소그라피 공법에 의해 구현될 수 있는 해상도보다 결코 나쁘지 않음이 밝혀져 왔다.
종래 기술에 사용되는 장치들은 다수의 결점을 가진다. 이 장치들은 특정 직경 이상으로, 특히 300 mm보다 크게는 기판을 가공할 수 없도록 구성되거나 혹은 가공이 매우 어렵다. 실제로, 종래 기술에서, 2개의 상이한 타입의 임프린트 장치 사이의 차이는 뚜렷하다.
대부분의 실시예들은 소위 마스크 얼라이너(mask aligner)에 일체형으로 구성되거나(incorporated) 혹은 개별적인 장치로서 형성되지만, 300 mm보다 큰 기판을 처리할 수는 없다. 특히, 마스크 얼라이너는 특별한 임프린트 장치(imprint apparatus)에 적합한데, 그 이유는 반도체 산업에서 포토리소그라피를 위해 광범위하게 사용되고 있기 때문이다. 따라서, 공급업체들은 이미 알려져 있는 마스크 얼라이너 기술에 추가하거나 혹은 공지의 마스크 얼라이너 기술을 더욱 확장하는 것을 제안하는 것이 바람직할 것이다. 마스크 얼라이너 기술의 이점은, 대부분의 경우, 특히, 기판의 전체 영역을 조명(illumination)하기 위해 광학 시스템, 특히 램프 하우스를 제공하고 있다는 사실이다.
변형되거나 또는 개선된 마스크 얼라이너 외에도, 특별 실시예들에 사용되어 온 전용 임프린트 장치가 있다. 이러한 장치들은 보통 매우 정밀한 정렬 장치들로서, 스탬프를 기판에 대해 매우 정밀하게 정렬시킬 수 있다. 게다가, 이러한 장치들은 진공, 특정 분배 시스템을 생성할 수 있는 기능을 가진다. 이러한 임프린트 장치들은 300 mm보다 큰 기판에 엠보싱 재료를 엠보싱하는 기능은 거의 가지지 않는다.
위에 언급한 내용에 따라, 대형, 특히, 직사각형 기판, 가령, 평면 스크린 제작에 필요한 기판의 엠보싱은 구현될 수 없거나 혹은 구현하는 데 매우 어렵다는 문제점을 가진다. 종종, 기판에 균일하게 엠보싱되어야 하는 구조물이 있는데, 이러한 구조물은 기판으로부터 복수의 개별 대형 스크린 부분들이 형성되도록 크기가 형성된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 수율(throughput)이 현저하게 증가될 것이며, 그에 따라 비용 측면에서 매우 바람직할 것이다.
또한, 엠보싱된 영역을 적절하게 조명해야 하는 문제가 있다. 조명 시스템은 매우 크게 구성되어야 하는데, 기술적인 이유로 이러한 장치는 구현될 수 없다.
또 다른 문제로는, 큰 영역으로부터 대형 스탬프가 제거되는 데 관한 문제이다. 스탬프 릴리스(stamp release)는 매우 정밀하게 모니터링되고 조절되어야 하며, 특히, 스탬프 제거 동안에는, 엠보싱된 구조물 및 스탬프에는 어떠한 손상도 가해지지 않도록 수행되어야 한다.
현재, 표면의 마이크로구조화 및/또는 나노구조화를 위한 기술에는, 포토리소그라피 및 다양한 엠보싱 기술이 포함된다. 엠보싱 기술은 경질(hard) 또는 연성(soft) 스탬프로 작동된다. 현재, 엠보싱 리소그라피 기술은 대부분 개발이 완료되었으며 종래의 포토리소그라피 기술들을 대체하고 있다. 포토리소그라피 기술들 중에서, 특히 연성 스탬프를 사용하는 방법이 급격히 각광받고 있다. 그 이유는, 스탬프의 용이한 제작, 효율적인 엠보싱 공정, 주어진 스탬프 재료의 매우 우수한 표면 성질, 저 비용, 엠보싱된 제품의 재생(reproducibility) 및 엠보싱 및 제거 동안에 스탬프의 탄성 변형 가능성에 있다. 20 nm 내지 1000 μm 이상까지 범위에서 구조물을 제조하기 위하여, 연성 리소그라피에서는, 마이크로구조화 또는 나노구조화된 표면을 가진 엘라스토머로 제작된 스탬프가 사용된다.
현재, 다음과 같이, 6개의 공지 기술이 있다:
- 마이크로-접촉 및/또는 나노-접촉 프린팅(μ/nCP),
- 복제 몰딩(Replica Molding: REM),
- 마이크로-트랜스퍼 몰딩(μTM) 혹은 나노임프린트 리소그라피(NIL),
- 모세관 내 마이크로-몰딩(MIMIC),
- 용매-보조식 마이크로-몰딩(MAMIM), 및
- 상-변화 리소그라피.
엘라스토머 스탬프는 마스터(master)의 반대(negative)로 제작된다. 마스터 스탬프는 금속, 플라스틱 및/또는 세라믹으로 형성된 경질 스탬프로서, 단 한 번으로(one-off) 상응하게 값비싼 공정에 의해 제작된다. 마스터로부터 임의의 개수의 엘라스토머 스탬프가 제작될 수 있다. 엘라스토머 스탬프는 대형 표면에 걸쳐 균질하며, 일정하게 접촉될 수 있다. 이들은 엠보싱된 제품 뿐만 아니라 마스터 스탬프로부터 쉽게 분리될 수 있다. 게다가, 엘라스토머 스탬프는 스탬프와 기판을 쉬우면서도 간단하게 분리하기 위해 저 표면 에너지를 가진다. 연성-리소그라피 공정의 자동 구현을 위해서, 캐리어에 의해 엘라스토머 스탬프를 지지해야 한다. 현재, 가변 두께를 가진 유리 캐리어 기판(glass carrier substrate)가 사용된다. 하지만, 두꺼운 유리 기판을 사용하기 때문에, 엘라스토머 스탬프는 적어도 부분적으로는 가요성(flexibility)이 상실된다.
특히, 마스터는 스텝-앤-리피트 공정(S&R process)에 의해 제작될 수 있다. 이는 매우 큰 마스터가 제작되어야 할 경우에서는 유리하다. 그에 따라, 마스터는 추가적인 마스터-마스터에 의해 제작된다. 하지만, 기술적 용어에서는, 통상, 연성 스탬프가 몰딩되는 마스터가 서브-마스터(sub-master)로 지칭되며, 서브-마스터를 제작하기 위한 마스터가 마스터로 지칭된다. 이러한 정의는 경우에 따라 달라질 수도 있다. 하지만, 연성 스탬프를 몰딩하도록 사용되는 큰 영역 마스터(또는 서브-마스터)는 반복적 엠보싱 공정(스텝-앤-리피트 공정)에 의해 제작될 수 있으며, 이는, 엠보싱 공정이 제1 지점에서 수행되고, 그 뒤, 마스터-마스터(또는 마스터)가 이동되며 하나 이상의 추가적인 시간에서 엠보싱이 수행되는 특징을 가진다.
게다가, 엘라스토머 스탬프를 직접 엠보싱하기 위하여, 마스터를 스텝-앤-리피트 공정에서 사용하는 것을 고려해 볼 수 있다. 이는, 엘라스토머 스탬프가 매우 클 때 유리하다. 마스터는 제1 위치로 이동되며, 그 위치에서 엘라스토머 스탬프를 엠보싱하고, 그 후, 상기 제1 위치와 상이한 제2 위치로 이동되어, 다시 엠보싱된다.
이러한 공정은, 임의의 크기를 가진 엘라스토머 스탬프가 제작될 때까지 계속될 수 있다.
강성의 캐리어를 사용하면, 일반적으로, 엠보싱 공정 후에, 스탬프와 기판을 자동으로 분리하는 것이 어렵게 되며, 그 결과, 임프린트 리소그라피의 산업적 이용 및 공정 자동화가 매우 어렵게 된다.
또한, 스탬프의 일반적인 문제점으로는, 스탬프가 보통 제한적인 크기를 가진다는 점이다. 따라서, 큰 영역을 엠보싱하는 것이 가능하지 않을 수도 있다. 연속 엠보싱에 대한 옵션으로서, 롤러 스탬프(roller stamp)가 있는데, 하지만 본 발명에서는 다루지 않을 것이다. 대형 기판, 특히, 플레이트(plate)에 마이크로-크기 및/또는 나노미터-크기의 구조물을 엠보싱하기 위하여, 종래 기술에서는, 소량의 장치 또는 방법들만이 존재하며, 특히, 완벽하게 개발된 장치 또는 방법은 없다.
따라서, 본 발명의 목적은, 종래 기술의 단점들을 해결하고, 특히, 대형 기판을 자동으로 신속하게 처리할 수 있는, 마이크로구조물 및/또는 나노구조물을 엠보싱하기 위해 개선된 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적은 밑에 기술된 청구항들의 특징들로 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들에 제공된다. 본 발명의 상세한 설명, 청구범위 및/또는 도면들에 주어진 특징들 중 2개 이상의 특징들의 모든 조합은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 또한, 본 명세서에 기술된 값 범위에서, 기술된 한계 내에 있는 값들은 모두 한계값들로 간주되며 이들의 임의의 조합도 청구될 수 있다.
본 발명은 모듈로 마이크로구조물 및/또는 나노구조물을 엠보싱하기 위한 장치에 관한 것으로서, 모듈은 구조화된 스탬프와 하나 이상의 이동식 엠보싱 요소를 포함하고, 모듈은 엠보싱 요소를 트랙킹(tracking)할 수 있는 램프 하우스(lamp house)를 포함하는 것이 바람직하다.
램프 하우스는, 1 mm/s 내지 1000 mm/s 사이, 바람직하게는 5 mm/s 내지 750 mm/s 사이, 보다 더 바람직하게는 7.5 mm/s 내지 500 mm/s 사이, 가장 바람직하게는 10 mm/s 내지 250 mm/s 사이의 속도, 그 중에서도 최고로 바람직하게는 100 mm/s의 속도로, 특히, 기판 표면에 평행하게 이동된다.
게다가, 본 발명은 기판에 마이크로구조물 및/또는 나노구조물을 엠보싱하기 위한 방법에 관한 것으로서, 구조화된 스탬프에 힘이 작용함으로써, 이동식 엠보싱 요소가 기판에서 마이크로구조물 및/또는 나노구조물을 엠보싱하며, 바람직하게는, 램프 하우스가 엠보싱 요소를 트랙킹할 수 있다.
엠보싱 요소는, 1 mm/s 내지 1000 mm/s 사이, 바람직하게는 5 mm/s 내지 750 mm/s 사이, 보다 더 바람직하게는 7.5 mm/s 내지 500 mm/s 사이, 가장 바람직하게는 10 mm/s 내지 250 mm/s 사이의 속도, 그 중에서도 최고로 바람직하게는 100 mm/s의 속도로, 특히, 기판 표면에 평행하게 이동된다. 특히, 엠보싱 요소와 램프 하우스는 똑같은 속도로 이동된다.
엠보싱 요소 또는 엠보싱 요소들로서, 모든 구성요소(component) 또는 조립체(assembly)들이 사용될 수 있는데, 이들은 일반적으로 비균질적 즉 위치에 따라 균일하지 않지만, 균질적 즉 위치에 따라 균일한 것이 바람직하며, 구조화된 스탬프에 선형 및/또는 평면 힘이 제공될 수 있다.
이제부터, 본 명세서에서는, 오직 선형 힘(linear force) 만이 언급될 것이다. 하지만, 평면 힘(planar force)도 포함되는 것으로 간주해야 한다.
구조화된 스탬프는, 한편으로는, 엠보싱 요소 또는 엠보싱 요소들에 의해, 엠보싱 재료에 프레싱될 수 있다(pressed). 다른 한편으로는, 구조화된 스탬프를 엠보싱 재료로부터 제거하는 공정은, 엠보싱 요소를 이용하여, 표적식으로(targeted) 모니터링되고 조절될 수 있다.
다음은, 엠보싱 요소 또는 엠보싱 요소들의 예이다:
- 고체(solid), 특히, 롤러, 커팅 에지(cutting), 블레이드(blade),
- 유체 제트(fluid jet), 특히, 압축공기.
이제부터, 본 명세서에서는, 엠보싱 요소의 예로서 롤러가 사용될 것이다.
또한, 본 발명은 기판에 마이크로구조물 및/또는 나노구조물을 엠보싱하기 위한 장치의 사용 방법에 관한 것으로서, 이러한 마이크로구조물 및/또는 나노구조물은 본 발명에 따른 장치 및 방법으로 엠보싱된다.
또한, 본 발명은, 한 독립적인 양태로서, 마이크로구조물 및/또는 나노구조물을 엠보싱하기 위한 구조화된 스탬프(밑에서는, 단지, 스탬프로만 지칭됨), 특히 연성 스탬프(soft stamp), 및 선택적으로는, 캐리어, 특히, 스탬프에 평면 형태로 연결된 유리 캐리어를 포함하는 스탬프 시스템에 관한 것으로서, 스탬프와 선택적인 캐리어는 엠보싱 요소에 의해 변형될 수 있도록 탄성적으로 형성된다. 선택적인 캐리어와 스탬프는, 특히, 접착층(adhesive layer)에 의해, 서로 연결된다.
또한, 본 발명은, 한 독립적인 양태로서, 본 발명에 따른 장치를 위해, 구조화된 스탬프를 엠보싱 재료로부터 분리하기 위한 제거 수단에 관한 것이다.
제거 수단은 조립체이다. 조립체의 제1 구성요소는 엠보싱 요소로서, 구조화된 스탬프를 엠보싱 재료로부터 제거하는 것은 표적식으로 조절될 수 있다. 제2 구성요소는 엠보싱 요소가 조절될 수 있는 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(embossing element suspension system)이다.
조립체의 제3 구성요소는 구조화된 스탬프가 고정될 수 있는 클램핑 바(clamping bar)이다. 조립체의 제4 구성요소는 클램핑 바를 위한 리프팅 시스템(lifting system)으로서, 상기 리프팅 시스템은 클램핑 바를 Z-방향을 따라 이동시킬 수 있으며, 그 동안 리프팅 시스템은 제2 방향, 특히 Z-방향에 수직인 방향으로 이동될 수 있다.
또한, 본 발명은, 한 독립적인 양태로서, 본 발명에 따른 장치의 엠보싱 요소를 걸기 위한(suspending) 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(밑에서는 엠보싱 요소 서스펜션 디바이스로도 지칭됨)에 관한 것으로서, 이러한 엠보싱 요소 서스펜션 시스템은 구조화된 스탬프 및 구조화된 스탬프의 캐리어에 제공된 힘이 반력에 의해 표적식으로 조절될 수 있도록 구성된다. 유체를 이용하여, 구조화된 스탬프에 힘을 제공하기 위하여 노즐(nozzle)을 사용하는 경우, 엠보싱 요소 서스펜션 시스템은 유체를 표적식으로 조절하기 위해 사용되는 모든 구성요소들을 포함한다. 특히, 이러한 노즐은 조절가능한 압력에서 가스가 라인을 따라 흘러나올 수 있게 하는 노즐을 의미하는 것으로 이해하면 된다.
또한, 본 발명은, 한 독립적인 양태로서, 본 발명에 따른 장치의 엠보싱 요소를 걸기 위한 엠보싱 요소 서스펜션 디바이스에 관한 것으로서, 이러한 엠보싱 요소 서스펜션 디바이스는 구조화된 스탬프 상에서 엠보싱의 힘이 균일하게 제공될 수 있을 뿐만 아니라 비대칭적으로 제공될 수도 있도록 구성된다. 이는, 엠보싱 요소에, 엠보싱 요소 서스펜션 디바이스에 의하여 가변적으로 조절할 수 있는 힘이 좌측면 및/또는 우측면에 제공될 수 있다는 사실로 간단하게 구현된다.
따라서, 구조화된 스탬프에 작용하는 힘을 표적식으로 조절하는 것이, 엠보싱 및/또는 제거 과정의 보조 동안, 엠보싱 요소에 의해 가능할 수 있다.
게다가, 본 발명은 특히 제거 요소들을 조합하여 사용함으로써 구조화된 스탬프를 엠보싱 표면으로부터 매우 정밀하면서도 에러 없이 제거하도록 조절하기 위한 장치 및 방법에 관해 기술하고 있다.
바람직하게는, 램프 하우스의 전진 운동(advancing movement)이 엠보싱의 병진 운동(translational movement)과 함께 수행된다. 이러한 전진 운동은 엠보싱 요소의 운동과 동시에 수행되거나 즉 동기적으로 수행되거나 또는 일정한 시간-지연(time lag)을 갖고 수행될 수 있다. 본 발명에 따르면, 램프 하우스는 항상 엠보싱 재료의 오직 한 섹션만을 조명한다는 사실이 중요하다. 본 발명에 따른 상기 실시예에 의하면, 제한된 크기의 램프 하우스, 특히, 광원이 제공될 수 있다. 트랙킹 램프 하우스가 사용 가능하지 않으면, 전체적인 구조화된 스탬프, 따라서, 엠보싱 재료는 그에 상응하게 큰 광원 또는 적절한 광학 시스템으로 전체 영역에 걸쳐 조명될 수 있다.
스탬프는 캐리어(뒤판), 특히 플레이트, 가장 바람직하게는 유리 캐리어에 고정되는 것이 바람직하다. 캐리어로서 추가로 고려할 수 있는 재료는 폴리머 및/또는 금속이다. 폴리머는 바람직하게는 플라스틱 필름 및/또는 얇은 플라스틱 쉬트(sheet)로서 사용되며, 금속은 바람직하게는 금속 포일 및/또는 얇은 금속 쉬트로서 사용된다. 캐리어는 10 μm 내지 1000 μm 사이, 바람직하게는 50 μm 내지 800 μm 사이, 보다 더 바람직하게는 100 μm 내지 600 μm 사이, 가장 바람직하게는 150 μm 내지 400 μm 사이의 두께, 그 중에서도 최고로 바람직하게는 200 μm의 두께를 가진다.
스탬프는, 구조물을 엠보싱 재료에 프레싱(pressing)하기 위하여, 연속 공정에서 전체 길이를 따라, 특히 전체 길이를 따라 균일하고 상기 길이에 수직으로 연장되는 선형 힘으로 본 발명에 따른 힘-제공된 측면에 제공된다. 이러한 제공은, 엠보싱 요소, 특히, 강성의 엠보싱 롤러로 수행된다. 이에 상응하는 구조물은 문헌 WO 2014037044 A1호로부터 이미 공지되어 있다. 본 발명의 한 양태는 문헌 WO 2014037044 A1호에 기술된 대형 엠보싱 실시예가 사용될 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다. 하지만, 본 발명에 따르면, 문헌 WO 2014037044 A1호에 기술된 프레임은 구조화된 스탬프가 제거될 수 있도록 필요 없는 구성요소이다.
본 발명에 따른 실시예의 한 변형예에서, 선형 힘은 비균일적일 수도 있다. 비균일적인 선형 힘은, 특히, 엠보싱 요소에 우측 서스펜션 지점(point)에서의 힘과는 상이한 힘이 좌측 서스펜션 지점에 작용된다는 사실로 구현될 수 있다. 비균일적인 선형 힘을 생성할 수 있기 때문에, 예를 들어, 우측면에 고밀도의 나노구조물을 가진 구조화된 스탬프에는, 전체 엠보싱 재료의 균일한 엠보싱을 제공하기 위하여 큰 하중(load)이 제공될 수 있다.
밑에서, 스탬프는, 엠보싱 공정 동안 가요성을 가지며 표면에 상응하는 구조화된 요소들을 가지는 임의의 종류의 구성요소를 의미하는 것으로 이해하면 된다. 스탬프는 단일의 구성요소 또는 조합된 구성요소일 수 있다. 스탬프가 단지 하나의 구성요소로 구성되면, 스탬프는 그에 상응하는 구조화된 요소들이 제조되는 가요성 쉬트의 필름으로 형성된다. 스탬프가 조합된 스탬프 즉 스탬프 시스템인 경우에는, 스탬프 시스템은 캐리어와 구조화된 요소들을 가진 상응하는 스탬프 구성요소를 포함한다. 이 경우, 캐리어 및/또는 스탬프 구성요소는, 조립체로서, 엠보싱 요소에 의해 변형될 수 있도록 하기 위해 가요성을 가져야 한다. 캐리어는 다음의 재료들 중 한 재료로 형성되는데, 이 재료들은:
- 반도체
Ge, Si, 알파-Sn, B, Se, Te
- 금속
Cu, Ag, Au, Al, Fe, Ni, Co, Pt, W, Cr, Pb, Ti, Ta, Zn, Sn
- 화합물 반도체
GaAs, GaN, InP, InxGa1-xN, InSb, InAs, GaSb, AIN, InN, GaP, BeTe, ZnO, CuInGaSe2, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, Hg(1-x)Cd(x)Te, BeSe, HgS, AlxGa1-xAs, GaS, GaSe, GaTe, InS, InSe, InTe, CuInSe2, CuInS2, CuInGaS2, SiC, SiGe
- 유리
금속성 유리
비-금속성 유리, 특히
유기 비-금속성 유리
무기 비-금속성 유리, 특히
비-산화 유리, 특히
할라이드 유리
칼코게나이드 유리
산화 유리, 특히
인산염 유리
실리케이트 유리, 특히
알루모실리케이트 유리
규산납 유리
알칼리 실리케이트 유리, 특히
알칼리 토류 실리케이트 유리
붕규산 유리
붕산염 유리, 특히
알칼리 붕산염 유리
- 플라스틱, 특히
엘라스토머, 특히
바이턴(재료) 및/또는
폴리우레탄 및/또는
하이팔론(재료) 및/또는
이소프렌 고무(재료) 및/또는
니트릴 고무(재료) 및/또는
과불소화 고무(재료) 및/또는
폴리이소부텐(재료) 및/또는
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및/또는
폴리카보네이트(PC) 및/또는
폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 및/또는
캡톤(재료).
본 발명에 따라 제공되는 선형 힘은, 적어도 대부분, 특히 완전하게, 스탬프를 따라(즉 예를 들어 스탬프의 전체 유효 폭을 포함하여) 엠보싱 요소의 이동 방향에 수직인 제1 방향으로 제공되며, 그와 동시에, 제2 방향(상기 제1 방향에 수직인 방향)으로는, 오직 상대적으로 매우 작은 영역(특히, 제1 방향에 대해, 1 내지 5, 바람직하게는 1 내지 10, 보다 더 바람직하게는 1 내지 20, 보다 더 바람직하게는 1 내지 100의 비율)에만 제공된다. 따라서, 스탬프의 전체 영역에 비해, 상대적으로 작은 영역에 힘이 제공되는 것도 동시에 수행된다. 따라서, 엠보싱을 매우 정밀하게 표적식으로 제공할 수 있을 뿐만 아니라 매우 균일한 엠보싱도 구현될 수 있다. 구조화된 요소들이 스탬프에 비균일하게 분배된 경우에는, 균일한 엠보싱을 위하여 비균일적인 선형 힘이 필요할 수도 있다.
본 발명에 따른 공정을 수행하기 위해 모든 필요한 부분들 및 스탬프는, 이제부터, 모듈(module)로서 지칭된다. 이러한 모듈은 특히 스탬프, 및 엠보싱 요소 서스펜션 시스템을 가진 엠보싱 요소, 램프 하우스 및 제거 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 제1 실시예는, 대형 기판, 가령, 기판의 직경이 스탬프의 크기 범위에 있는 기판을 엠보싱하는 단계로 구성된다. 따라서, 필름 스탬프는, 스텝-앤-리피트 공정에 따라, 추가적인 위치에 배열할 필요 없이, 하나의 완전한 단계로 기판을 엠보싱할 수 있다. 하지만, 기판은 이미 너무 커서, 전체 영역에 걸쳐 기판 상의 엠보싱 재료를 조명하는 램프 하우스를 사용하는 것이 가능하지 않거나 또는 구현하는 것이 매우 어렵다. 따라서, 램프 하우스는 엠보싱 재료의 계단-형태(stepwise) 또는 연속 부분 세그먼트, 특히, 직사각형 섹션들을 조명할 수 있도록 변형되는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명에 따른 개념은, 엠보싱의 이미 엠보싱된 표면 섹션들에 걸쳐 램프 하우스를 이동하는 단계로 구성된다. 특히, 전체 영역을 조명하는 것은, 시간과 노력이 많이 소요되고, 값비싸며, 설령, 가능하다 할지라도, 현저하게 복잡할 수 있다.
본 장치 및 방법은 각각 스텝-앤-리피트 공정에서 선택적으로 구현되거나 작동될 수 있다. 본 발명의 한 선택적인 양태는, 스텝-앤-리피트 공정에서 매우 큰 영역에 걸쳐 모듈을 이동시킬 수 있으며, 따라서 수 제곱 미터의 영역을 엠보싱할 수 있는 가능성을 수반하며, 본 발명에 따른 스탬핑 공정(stamping process)은 각각의 개별 스텝-앤-리피트 위치에서 수행된다. 또한, 본 발명에 따르면, 대형 영역에 엠보싱 공정을 제공할 수 있는데, 이러한 대형 영역은, 특히, 0.01 m보다 큰 폭, 바람직하게는 1.0 m보다 큰 폭, 보다 더 바람직하게는 10 m보다 큰 폭 및/또는 0.01 m보다 큰 길이, 바람직하게는 5 m보다 큰 길이, 보다 더 바람직하게는 10 m보다 큰 길이를 가진다.
또 다른 선택적인 양태는, 무한 기판(endless substrate)의 하나 이상의 측면에 모듈을 사용하는 것이다. 무한 기판이란, 특히 제1 롤(first roll)에 보관되는 기판으로서, 그 길이가 폭보다 수 배 큰 기판을 의미하는 것으로 이해하면 된다. 무한 기판은 특히 무한 필름이다. 무한 기판은, 파열 없이 유리가 구부러질 수 있도록 충분히 얇은 경우, 유리로 형성될 수 있다. 일반적인 유리 두께는, 1000 μm 미만, 바람직하게는 500 μm 미만, 보다 더 바람직하게는 250 μm 미만, 가장 바람직하게는 100 μm 미만이다.
상이한 공정들, 특히, 열처리 공정, 경화 공정 등에 의하여, 유리, 특히 유리 표면은 위로 말려질 수 있도록(rolled up) 변형될 수 있다. 본 발명에 따르면, 모듈은 무한 기판의 한 부분에 본 발명에 따른 엠보싱 공정을 수행하도록 사용될 수 있다. 그 뒤, 모듈, 특히 스탬프는 무한 기판으로부터 제거되며, 무한 기판은 원하는 유닛으로, 특히, 적어도, 엠보싱된 구조물의 길이만큼 전진 이동된다. 본 발명에 따르면, 그 후에, 추가적인 엠보싱 공정이 수행될 수 있다. 상기 특정 실시예에 의해, 바람직하게는, 모듈은 무한 기판에 오직 수직 방향으로만 이동되며, 무한 기판은 계단-형태로 전진 이동된다. 바람직하게는, 무한 기판은 보관 유닛(storage unit), 특히 제2 롤에 보관된다.
본 발명에 따른 구조화된 스탬프는, 스탬프가 서로 맞은편에 배열된 2개의 클램핑 면(clamping side)에 배열된 2개의 클램핑 바에 의해 클램프 고정된다는 점에서, 추가로 변형된다. 이러한 클램핑 바는 특히 스탬프를 고정하기 위한 고정 수단을 포함한다. 각각의 클램핑 바는 직접 또는 스프링 시스템에 의해 스탬프에 고정될 수 있다. 하지만, 클램핑 바들 중 하나 이상의 클램핑 바는 스프링에 의해 스탬프 고정되는 것이 바람직하다.
엠보싱 롤러는 특히 엠보싱 롤러를 회전시킬 수 있는 모터(motor)를 포함한다. 엠보싱 롤러는, 기어 유닛(gear unit)를 통해 외부 모터에 의하여 조절되어 회전될 수 있는 것도 고려될 수 있다.
엠보싱 롤러의 병진 운동 속도는 0.1 mm/s 내지 1000 mm/s 사이, 바람직하게는 1.0 mm/s 내지 750 mm/s 사이, 보다 더 바람직하게는 10 mm/s 내지 500 mm/s 사이, 가장 바람직하게는 75 mm/s 내지 250 mm/s 사이이며, 그 중에서도 최고로 바람직하게는 100 mm/s이다.
본 발명의 한 변형예에서, 스탬프는 특히 캐리어 상에 고온-엠보싱되거나(hot-embossed) 또는 몰딩된 엘라스토머 스탬프와 캐리어에 의해 구성된다. 따라서, 구조화된 스탬프를 제작하는 것이 보다 바람직하게 된다.
특히, 엘라스토머 스탬프는, 폴리디메틸 실록산(PDMS), 퍼플루로폴리에테르(PFPE), 다면형 올리고머릭 실레시움 퀴옥산(POSS), 폴리디메틸 실록산(PDMS), 테트라에틸 오르도실리케이트(TEOS), 폴리(오르가노)실록산(실리콘) 중 하나로 형성된다.
또한, 다음의 재료를 사용하는 것도 고려해 볼 수 있는데, 이들은: 아크릴릭 에스테르 스티렌 아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴/메틸 메타크릴레이트, 아크릴로니트릴/부타디엔/아크릴레이트, 아크릴로니트릴/클로리네이티드 폴리에틸렌/스티렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 아크릴릭 폴리머, 알키드 수지, 부타디엔 고무, 부틸 고무, 카세인 플라스틱, 합성 혼(horn), 셀룰로스 아세테이트, 셀룰로스 에테르 및 그 유도체(derivative), 셀룰로스 하이드레이트, 셀룰로스 니트레이트, 키틴, 키토산, 플로로프렌 고무, 시클로올레핀 코폴리머, 균질 폴리비닐 클로라이드, 에폭시 수지, 에틸렌-에틸아크릴레이트 코폴리머, 에틸렌-폴리비닐 아세테이트, 에틸렌-프로필렌 코폴리머, 에틸렌-프로필렌-디엔 코폴리머, 에틸렌-비닐 아세테이트, 팽창성 폴리스티렌, 플루오르화 고무, 유레아-포름알데히드 수지, 유레아 수지, 이소프렌 고무, 리그닌, 멜라민-포름알데히드 수지, 멜라민 수지, 메틸아크릴레이트/부타디엔/스티렌, 천연 고무, 퍼플루오로알폭실 알칸, 페놀 포름알데히드 수지, 폴리아세탈, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아미드, 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리카프로락톤, 폴리카보네이트, 폴리카보네이트, 폴리클로로트리클로로에틸렌, 폴리에스테르, 폴리에스테르 아미드, 폴리에테르 알콜, 폴리에테르 블록 아미드, 폴리에테르 이미드, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 설폰, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리이미드, 폴리이소부틸렌, 폴리락타이드(폴리락틱 애시드), 폴리메타크릴 메틸이미드, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리메틸 펜텐, 폴리옥시메틸렌 또는 폴리아세탈, 폴리페닐렌 에테르, 폴리페닐렌 설피드, 폴리프탈아미드, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌 코폴리머, 폴리피롤, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 클로라이드(경질 PVC), 폴리비닐 클로라이드(연성 PVC), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐 피롤리돈, 스티렌 아크릴로니트릴 코폴리머리세이트, 스티렌 부타디엔 고무, 스티렌 부타디엔 스티렌, 합성 고무, 열경화성 폴리우레탄, 불포화 폴리에스테르, 비닐 아세테이트 코폴리머, 비닐 클로라이드/에틸렌/메타크릴레이트, 비닐 클로라이드/에틸렌, 비닐 클로라이드-비닐 아세테이트 코폴리머, 가소화 폴리비닐 클로라이드이다.
또한, 본 발명의 한 독립적인 양태로서, 하기 특징들을 가진 엠보싱 표면에 특정 엠보싱 패턴(embossing pattern)을 엠보싱하기 위한 디바이스도 기술되는데, 상기 디바이스는:
- 스탬프 또는 스탬프 시스템, 특히 위에 기술된 스탬프 또는 스탬프 시스템을 고정하고 이동시키기 위한 스탬프 홀더,
- 스탬프에 대해 엠보싱 재료를 배열하고 고정하기 위한 엠보싱 재료 홀더, 및
- 엠보싱 요소를 스탬프를 따라 이동하기 위한 엠보싱 요소 구동부(drive)를 포함하되, 특히 상기 엠보싱 요소는 본 발명에 기술된 엠보싱 요소에 따라 구성된다.
상기 디바이스에 따르면, 상기 디바이스 및/또는 구조화된 스탬프의 구성요소들, 또는 엠보싱 요소의 움직임을 개별적으로 또는 함께 실행하고, 본 발명에 따른 방법을 조절하기 위한 컨트롤 디바이스가 기술된다. 따라서, 이러한 움직임들을 수행하기 위한 상응하는 구동부 및 안내 요소가 디바이스에 포함된다.
본 발명의 추가적인 독립적인 양태는 스탬프 또는 스탬프 시스템이 엠보싱 재료로부터 최적으로 분리될 수 있는 제거 수단에 관한 것이다. 스탬프는 리프팅 시스템에 의해 z-방향으로 이동될 수 있는 하나 이상의 클램핑 바에 의해 고정된다. 클램핑 바는 특히 그 밖의 구성요소들에 의해 리프팅 시스템에 회전 가능하게 장착된다. 그와 동시에, 리프팅 시스템은 제2 방향, 특히 x-방향으로 이동될 수 있으며, 클램핑 바는 임의의 제거 곡선을 따라 이동될 수 있다. 상기 제거 곡선은:
다항식, 특히, 직선 방정식, 또는 포물선 방정식,
루트 함수(root junction),
로그 함수(logarithmic function),
삼각 함수(trigonometric function), 특히, 사인 함수(sine function),
계단 함수(step function) 중 하나이다.
x-방향 및/또는 z-방향에서 제거 수단의 병진 운동 속도는 0.1 mm/s 내지 100 mm/s 사이, 바람직하게는 1 mm/s 내지 75 mm/s 사이, 보다 더 바람직하게는 5 mm/s 내지 50 mm/s 사이이다.
또한, 본 발명의 한 독립적인 양태로서, 엠보싱 재료의 엠보싱 표면에 엠보싱 재료를 엠보싱하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은:
- 엠보싱 재료에 대해, 구조화된 스탬프 또는 스탬프 시스템, 특히 위에 기술된 스탬프 또는 스탬프 시스템을 배열하는 단계,
- 엠보싱 요소를 구조화된 스탬프를 따라 이동시키는 단계, 및 스탬프 면을 엠보싱 재료에 제공함으로써 엠보싱 재료를 엠보싱하는 단계를 포함한다.
엠보싱 힘은, 본 발명에 따른 디바이스의 큰 실시예들에 상응하게 커야 한다. 엠보싱 힘은 미터(meter) 당 값으로 기술된다. 밑에서 본 발명의 실시예에 대한 대표 값이 기술된다. 미터 당 제공된 엠보싱 힘은, 0 N/m 내지 1000 N/m 사이, 바람직하게는 10 N/m 내지 500 N/m 사이, 더 바람직하게는 25 N/m 내지 250 N/m 사이, 가장 바람직하게는 50 N/m 내지 100 N/m 사이의 값 범위에 있다. 엠보싱 힘은, 소프트웨어 및/또는 펌웨어 및/또는 하드웨어에 저장된 공식들에 의해 조절될 수 있다. 엠보싱 공정 동안, 엠보싱 힘에서의 동적 변화(dynamic change)도 고려될 수 있다.
동적 변화란, 예측 불가능한 상황에 적합하게 조절되는 것을 의미하는 것으로 이해하면 된다. 예를 들어, 위치에 따라, 엠보싱 힘이 어떻게 제공되는 지에 관한 공식을 살펴볼 수 있다. 엠보싱 공정 동안, 예를 들어, 샘플 홀더 또는 기판에 존재하는 불균일성으로 인한, 설정점 힘(setpoint force)과 상이한 힘은 설정점 값(setpoint value)에 재조절될 수 있다.
본 발명의 또 다른 독립적인 양태는, 엠보싱 재료에 마이크로구조물 및/또는 나노구조물을 엠보싱하기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는 이동식 엠보싱 요소와 구조화된 스탬프 또는 스탬프 시스템을 포함하되, 구조화된 스탬프 또는 스탬프 시스템을 엠보싱 재료로부터 제거하는 것은 표적식으로 조절될 수 있다.
본 발명의 또 다른 독립적인 양태는, 마이크로구조물 및/또는 나노구조물을 엠보싱하기 위한 방법에 관한 것으로서, 구조화된 스탬프 또는 스탬프 시스템에 힘이 작용함으로써, 엠보싱 요소는 엠보싱 재료에 마이크로구조물 및/또는 나노구조물을 엠보싱하며, 구조화된 스탬프 또는 스탬프 시스템을 엠보싱 재료로부터 제거하는 것은 표적식으로 조절될 수 있다.
본 발명의 또 다른 독립적인 양태는, 마이크로구조물 및/또는 나노구조물을 엠보싱하기 위한 구조화된 스탬프, 특히 연성 스탬프, 및 특히 영역에 걸쳐, 구조화된 스탬프에 연결된 유리 캐리어를 포함하는 스탬프 시스템에 관한 것으로서, 구조화된 스탬프와 캐리어는 엠보싱 요소에 의해 변형될 수 있도록 탄성적으로 형성된다.
본 발명의 또 다른 독립적인 양태는, 본 발명에 따른 장치 또는 방법을 위해, 구조화된 스탬프를 엠보싱 재료로부터 분리하기 위한 제거 수단에 관한 것으로서, 제거 수단은 선형으로 이동할 수 있도록 구성되며, 바람직하게는, 구조화된 스탬프의 한 면의 엠보싱 표면에 수직으로 향하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 독립적인 양태는, 본 발명에 따른 장치의 엠보싱 요소를 걸기 위한(suspending) 엠보싱 요소 서스펜션 시스템에 관한 것으로서, 상기 엠보싱 요소 서스펜션 시스템은, 구조화된 스탬프 및/또는 구조화된 스탬프의 캐리어에 작용하는 힘이 반력(counterforce)에 의해 표적식으로 조절될 수 있도록 구성된다.
본 발명의 추가적인 양태, 특징 및/또는 실시예들은, 위에 기술된 장치, 방법, 스탬프 시스템, 제거 수단 및/또는 엠보싱 요소 서스펜션 시스템에 관한 것이다.
바람직한 실시예에서, 장치 및/또는 방법은 스텝-앤-리피트 공정을 위해 구성된다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 구조화된 스탬프를 엠보싱 재료로부터 분리하기 위하여 제거 수단이 제공된다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 제거 수단은 선형으로 이동할 수 있도록 하기 위해서 엠보싱 표면에 수직으로 향하도록 구성된다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 제거 수단은 선형 요소들에 장착된 로드(rod)를 포함한다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 제거 수단은 구조화된 스탬프에 연결되며, 특히 구조화된 스탬프 및/또는 구조화된 스탬프를 가진 캐리어를 고정하는 클램핑 바에 연결된다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 본 장치 및/또는 방법은 엠보싱 요소 서스펜션 디바이스(엠보싱 요소 서스펜션 시스템으로도 지칭됨)를 포함하되, 상기 엠보싱 요소 서스펜션 시스템은, 구조화된 스탬프 및/또는 구조화된 스탬프를 가진 캐리어에 작용하는 힘이 반력에 의해 표적식으로 조절될 수 있도록 구성된다.
바람직하게는, 엠보싱 요소 서스펜션 시스템은 회전 가능하게 장착된 록커(rocker) 및/또는 캐리어로서 구성되거나 및/또는 나선(spiral)으로서 구성된다.
또한, 구조화된 스탬프는 하나 이상의 클램핑 바에 의해 특히 횡방향으로 고정되며(laterally fixed), 하나 이상의 클램핑 바는 특히 리프팅 시스템에 의해 엠보싱 표면에 수직으로 및/또는 Z-방향으로 이동될 수 있다.
또한, 클램핑 바는 회전 가능하게 장착되는데, 특히, 엠보싱 표면에 평행하게 및/또는 Z-방향에 수직으로 및/또는 엠보싱 요소의 이동 방향에 수직으로 및/또는 Y-방향에 평행하게 배열된 회전축 주위로 회전될 수 있다.
또한, 하나 이상의 클램핑 바, 특히 리프팅 시스템은 제2 방향으로 동시에, 특히 x-방향으로 및/또는 엠보싱 표면에 평행하게 및/또는 엠보싱 요소의 이동 방향에 평행하게 이동될 수 있다.
또한, 클램핑 바는 제거 곡선을 따라 이동될 수 있는데, 상기 제거 곡선은:
다항식, 특히, 직선 방정식, 또는 포물선 방정식,
루트 함수(root junction),
로그 함수(logarithmic function),
삼각 함수(trigonometric function), 특히, 사인 함수(sine function),
계단 함수(step function) 중 하나이다.
또한, 제거 수단의 병진 운동 속도는 0.1 mm/s 내지 100 mm/s 사이, 바람직하게는 1 mm/s 내지 75 mm/s 사이, 보다 더 바람직하게는 5 mm/s 내지 50 mm/s 사이이다.
구조화된 스탬프 또는 스탬프 시스템을 엠보싱 재료로부터 제거하는 것은, 고정 체결구(holding fixture)에서 회전 가능하게 장착된 크로스-부재(cross-member)의 운동을 통해 표적식으로 작용하는 클램핑 바의 움직임에 의해 수행된다. 클램핑 바는 스탬프를 고정시키며 스프링에 의해 회전 가능하게 장착된 크로스-부재에 연결되는데, 이러한 크로스-부재는 병진 운동식으로 이동될 수 있는 고정 체결구에 고정된다. 특정 실시예들에서, 스프링 및 회전식으로 장착가능한 크로스-부재가 필요 없으며 클램핑 바 자체가 고정 체결구에 회전 가능하게 장착되는 것도 고려해 볼 수 있다. 하지만, 가요성을 지닌 상태로 스탬프를 고정하는 스프링 시스템의 기술적인 이점이 사라진다. 고정 체결구는 리프팅 시스템을 따라 제1 방향으로 표적식으로 이동된다. 리프팅 시스템이 제2 방향, 특히 레일(rail)을 따라 병진 운동하는 것은, 특히 동시에 수행될 수 있다.
두 운동을 조합한 결과로서, 클램핑 바는 임의의 곡선을 따라 이동될 수 있다. 엠보싱 요소는 특히 구조화된 스탬프 또는 스탬프 시스템 상에서 동시에 작동하며 따라서 구조화된 스탬프 또는 스탬프 시스템이 엠보싱 재료로부터 릴리스(release)되는 데 결정적인 영향을 가진다.
다음은, 절삭 힘(cutting force)이 아니라, 해당 하위-시스템의 움직임을 야기하는 힘을 기술한다. 이러한 힘들은 일반적으로 시간의 함수이다.
엠보싱 요소는 힘 FR(t)으로 구조화된 스탬프 상에 프레싱된다. 힘 FR(t)은 수평 힘 FRH(t) 및 수직 힘 FRV(t)으로 나뉠 수 있다.
그와 동시에, 제거 수단(본 명세서에서는 제거 요소로도 지칭됨)은 구조화된 스탬프로부터 철회되고, 그에 따라 힘 Fs(u,t)이 생성되는데, 이 힘도 수평 힘 FSH ( u,t ) 및 수직 힘 FSV(u,t)으로 나뉠 수 있다. 힘 FS ( u,t ) 은 구조화된 스탬프의 각각의 지점에 작용되지만, 구조화된 스탬프 내의 위치로 인해, 그 방향이 변경된다.
힘 FS ( u,t ), FSH ( u,t ) 및 FSV(u,t)은, 시간 외에도, 좌표 u에 따라, 특정될 수 있는데, 좌표 u는 곡선의 구조화된 스탬프를 따른 위치로서 단부들 중 하나로부터 진행된다.
제거 요소와 엠보싱 요소의 움직임, 특히 가속도(acceleration)에 의해, 힘 FS(u,t), FSH ( u,t ) 및 FSV(u,t)는 표적식으로 조절될 수 있으며, 그에 따라 엠보싱 재료로부터 구조화된 스탬프가 제거되는 것도 표적식으로 조절될 수 있다.
특히, 큰 힘 성분 힘 FSV ( u,t ) 및 작은 힘 성분 힘 FSH(u,t)은 제거 시에 서로 가까운 것이 바람직하다. 따라서, 구조화된 스탬프의 나노구조물들은 엠보싱 재료의 엠보싱된 구조물로부터 대부분 제거되며(lifted out), 따라서 엠보싱 재료의 엠보싱된 나노구조물에 힘이 횡방향으로 제공되는 것은 가능한 최대한 방지된다.
힘을 조절하는 것은, 하드웨어 및/또는 펌웨어 및/또는 소프트웨어에 의해 수행된다. 특히, 제거 수단 및/또는 엠보싱 요소에 힘-측정 센서가 있다.
엠보싱 요소 특히 엠보싱 롤러의 큰 반경으로 인해 큰 힘 성분 FSH(u,t)이 가능하지만, 구조화된 스탬프의 나노구조물들이, 큰 거리에 걸쳐, 엠보싱 표면에 수직 방향으로 엠보싱 재료의 엠보싱된 나노구조물들로부터 제거될 수 있다. 다른 한편으로는, 엠보싱 요소의 작은 반경도 큰 힘 성분 FSV(u,t)을 가능하게 하여, 그에 따라 엠보싱 표면에 수직 방향으로 제거될 수 있으며, 엠보싱 표면에 수직 방향으로 상대적으로 신속하게 제거된다.
특히, 릴리스 각도(release angle)(α)는 엠보싱 요소의 미리 정해진 반경에 의해 균일하게 유지될 수 있다. 릴리스 각도란 나노구조물들의 곡률 곡선에 대한 접선과 수평선 사이의 각도로 정의된다. 릴리스 각도는 특히 5° 미만, 바람직하게는 1° 미만, 보다 더 바람직하게는 0.1° 미만, 가장 바람직하게는 0.01° 미만, 그 중에서도 최고로 바람직하게는 0.001° 미만이다.
특히, 전체적인 마이크로 크기의 제거 거동(removal behavior)은 제거되어야 하는 전체 영역에 걸쳐 일정하다.
엠보싱된 재료의 엠보싱된 나노구조물들로부터, 구조화된 스탬프의 나노구조물들을 릴리스하는 데 필요한 힘은 나노구조물들의 크기에 좌우된다. 나노구조물들의 크기가 작으면 작을수록, 엠보싱된 재료의 엠보싱된 나노구조물들과 구조화된 스탬프의 나노구조물들 사이에서 극복되어야(overcome) 하는 접착 마찰(adhesive friction)이 더더욱 커지고 총 자유 표면(total free surface)도 커진다. 또한, 종횡비(aspect ratio), 즉 구조물의 길이 또는 폭과 높이 사이의 비율이 매우 중요하다. 이는, 나노구조물의 밀도가 위치에 좌우될 때, 매우 중요하다.
나노구조물을 릴리스하는 데 필요한 힘은 특히 엠보싱 요소 및/또는 제거 수단에 위치되는 힘-측정 센서들에 의해 정밀하게 측정될 수 있으며, 컨트롤 시스템에 의해 조절될 수 있다. 제거 힘(removal force)의 방향 및 크기는 나머지 제거 요소들과 롤러 스탬프의 힘 및 위치 조절을 표적식으로 상호작용에 의해 표적식으로 조절될 수 있다. 이는, 제거 공정 동안, 한계 변수(limiting parameter)의 구현 및 컨트롤 루프(control loop)에 의해 또는 공식에 의해 동적으로 수행될 수 있다. 이미 측정된 및/또는 계산된 제거 힘은 한계 변수로서 사용되는 것이 바람직하다. 힘이 미리 정해진 한계값을 초과하거나 또는 상기 한계값 내에 있다면, 원하는 설정점 값은 컨트롤 루프에 의해 즉시 재설정된다(reset).
나노구조물 밀도에 따라, 변형 작용 동안, 엠보싱 요소에 비균질적인 선형 힘을 제공할 필요도 있을 것이다. 예를 들어, 나노구조물이 y-방향을 따라 좌측면으로부터 우측면으로 더 조밀하게 되는 것도 고려해 볼 수 있다. 따라서, 필요한 릴리스 힘은 y-방향을 따라 좌측으로부터 우측으로 증가된다. 그에 따라, 우측면에서는, 구조화된 스탬프에 더 큰 힘이 제공되어야 한다. 이에 따라, 클램핑 바에 연결된 제거 요소들에 의해 y-방향의 전체 길이를 따라 클램핑 바에 일정하고 균일한 힘이 제공되지만, 엠보싱 요소는, 제거 동안에, 좌측면이 비해 더 작은 힘이 제공되는 반면 우측면에서는 구조화된 스탬프에 대해 프레싱된다는 사실을 쉽게 알 수 있을 것이다. 따라서, 릴리스 힘은 우측면에서 더 크다.
힘-측정 센서들은 힘, 특히 선형 힘을 측정하도록 사용될 수 있다. 선형 힘이 작용하는 라인을 따라 힘의 경로(course) 또는 평균 힘을 측정하는 것도 고려해 볼 수 있다. 엠보싱 공정은, 엠보싱 롤러가 엠보싱 재료에 제공하는 힘을 측정함으로써, 조절되고 최적화될 수 있다.
엠보싱 요소가 롤러로서 형성되면, 롤러는 특히 코팅(coating)을 포함할 수 있다. 코팅은 엠보싱 및 제거 거동에 바람직한 영향을 미칠 수 있다. 연성 코팅(soft coating)은, 특히, 엠보싱의 국부 변형(local deformation)을 가능하게 하며, 그에 따라 엠보싱 재료의 엠보싱된 나노구조물들에 과도하게 작용되는 것을 방지할 수 있다. 코팅 재료는, 10,000 미만, 바람직하게는 5000 미만, 보다 더 바람직하게는 2000 미만, 보다 더 바람직하게는 500 미만, 가장 바람직하게는 100 미만, 그 중에서도 최고로 바람직하게는 50 미만의 비커스 경도를 가진다. 코팅 재료의 탄성계수는, 1000 GPa 미만, 바람직하게는 500 GPa 미만, 보다 더 바람직하게는 200 GPa 미만, 가장 바람직하게는 100 GPa 미만, 그 중에서도 최고로 바람직하게는 10 GPa 미만이다.
본 발명의 추가적인 바람직한 실시예는 롤러 고정 체결구(일반적으로 엠보싱 요소 서스펜션 시스템 또는 엠보싱 요소 서스펜션 디바이스로도 지칭됨)이다. 엠보싱 요소 서스펜션 시스템은 스탬프 또는 캐리어에 작용하는 힘이 반력에 의해 표적식으로 조절될 수 있도록 구성된다. 따라서, 캐리어 및/또는 스탬프에 작용하는 힘을 매우 정밀하면서도 용이하게 조절할 수 있다. 엠보싱 요소 서스펜션 디바이스는 회전 가능하게 장착된 록커 또는 회전 가능하게 장착된 캐리어로서 구성될 수 있다. 대안으로, 엠보싱 요소 서스펜션 디바이스는 나선으로서 구성될 수도 있다.
또한, 상기 디바이스 및/또는 디바이스에 따라 기술된 구조화된 스탬프의 특징들은 본 발명에 따른 방법의 특징들을 포함할 수 있으며, 그 반대로, 본 발명에 따른 방법의 특징들도 디바이스 및/또는 디바이스에 따라 기술된 구조화된 스탬프의 특징들을 포함할 수도 있다.
본 발명의 추가적인 이점, 특징 및 세부사항들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 기술한 하기 설명으로부터 자명해 질 것이다. 도면에서:
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 개략적으로 도시한 횡단면도로서, 기판에 제공된 엠보싱 재료에 대한 본 발명의 구조화된 스탬프의 정렬의 제1 공정 단계를 개략적으로 도시한 횡단면도,
도 2는 엠보싱되는 엠보싱 재료를 향해 구조화된 스탬프가 접근하는 본 발명의 제2 공정 단계를 개략적으로 도시한 횡단면도,
도 3은 구조화된 스탬프에 엠보싱 요소에 의해 힘을 제공하는(엠보싱의 시작 부분) 제3 공정 단계를 개략적으로 도시한 횡단면도,
도 4는 엠보싱의 끝 부분에서 도 3에 따른 공정 단계를 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 제1 위치에 있는 본 발명에 따른 제1 장치를 개략적으로 도시한 도면,
도 6은 제2 위치에 있는 제1 장치를 개략적으로 도시한 도면,
도 7a는, 제3 위치, 특히 제거 위치에 있는 본 발명에 따른 제1 장치를 개략적으로 도시한 도면,
도 7b는 엠보싱 재료와 구조화된 스탬프 사이의 하위-영역을 확대하여 개략적으로 도시한 도면,
도 8은 제2 장치를 모듈을 개략적으로 도시한 도면,
도 9a는, 스텝-앤-리피트 공정을 위해 구성된, 본 발명에 따른 제2 장치를 개략적으로 도시한 정면도,
도 9b는 본 발명에 따른 제2 장치를 개략적으로 도시한 평면도,
도 10a는 본 발명에 따른 제1 엠보싱 요소 서스펜션 시스템을 선으로 나타낸 개략도,
도 10b는 본 발명에 따른 제2 엠보싱 요소 서스펜션 시스템을 선으로 나타낸 개략도,
도 10c는 본 발명에 따른 제3 엠보싱 요소 서스펜션 시스템을 선으로 나타낸 개략도,
도 11a는 제1 위치에 있는 본 발명에 따른 제1 엠보싱 요소 서스펜션 시스템의 개략도,
도 11b는 제2 위치에 있는 엠보싱 요소 서스펜션 시스템의 개략도,
도 11c는 제3 위치에 있는 엠보싱 요소 서스펜션 시스템의 개략도.
본 발명의 이점들과 특징들은, 동일한 구성요소 또는 특징부 혹은 동일하게 작동하는 기능을 가진 구성요소 또는 특징부들이 동일한 도면부호로 표시된 첨부도면들에 도시된다.
개별적인 특징부들의 주된 기능을 표시할 수 있도록 하기 위해, 본 발명에 따른 특징부들은 도면에서 실측으로 도시되지 않을 수도 있다. 특히, 나노구조물(2e 및 31)이 현저하게 확대된 형태로 도시되기 때문에, 개별 구성요소들의 비율이 알맞지 않을 수도 있다.
워크피스 상에서 상응하는 나노구조물(31)들의 엠보싱을 위해 사용되는, 구조화된 스탬프(2)의 나노구조물(2e)은 나노미터 및/또는 마이크론 범위에 있는 반면, 기계 구성요소들의 크기는 센티미터 범위에 있다.
특히, 캐리어(17)의 두께와 스탬프 면(2)의 두께 사이의 비율은 실측으로 표시되지 않는다. 스탬프 면(2)의 두께는 캐리어(17)의 두께보다 수배만큼 작다.
스탬프 면(2)의 개별 나노구조물(2e)들의 수치들은 마이크론 및/또는 나노미터 범위에 있는 것이 바람직하다. 개별 나노구조물(2e)들의 수치는 1000 μm 미만, 바람직하게는 10 μm 미만, 더 바람직하게는 100 nm 미만, 보다 더 바람직하게는 75 nm 미만, 그 중에서도 최고로 바람직하게는 50 nm 미만이다.
캐리어(17)의 두께는 2000 μm 미만, 바람직하게는 1000 μm 미만, 더 바람직하게는 500 μm 미만, 보다 더 바람직하게는 100 μm 미만, 그 중에서도 최고로 바람직하게는 10 μm 미만이다.
본 발명에 따른 엠보싱 공정은 도 1 내지 4에서 개별 단계들로 도시된다.
한 스탬프 시스템(5)이 캐리어(17)에 고정된 스탬프(1)(밑에서, 구조화된 스탬프(1)로도 지칭됨)를 포함한다.
스탬프(1)는 나노구조물(2e)(돌출부)들을 가진 나노-구조화된 또는 마이크로-구조화된 스탬프 면(2)을 가지는데, 이들은 스탬프(1)의 엠보싱 측면(2o)으로부터 돌출된다.
힘-제공된 측면(2u)에서 스탬프(1)에 가능한 최대한 균일하게 힘을 제공할 수 있도록 하기 위하여, 스탬프 면(2)의 맞은편에 배열된 힘-제공된 측면(2u)이 평면에 평평하게 형성된다.
힘을 제공하기 위하여, 엠보싱 요소(8), 바람직하게는 엠보싱 롤러가 사용되는데, 스탬프 시스템(5)을 기판(7)에 제공되는 엠보싱 재료(6)에 대해 정렬하고, 그 후에, 스탬프 시스템(5)을 엠보싱 재료(6)의 엠보싱 표면(6o)을 향해 접근시켜 힘-제공된 측면(2u)으로 내린다.
본 발명에 따른 실시예는 클램핑 시스템(5)이 고정되는 2개의 클램핑 바(4, 4')를 포함한다. 클램핑 바(4, 4')들 중 하나 이상의 클램핑 바는, 복수의 스프링(12)을 포함하는 스프링 시스템에 의해 또는 견고하게, 회전 가능하게 장착된 크로스-부재(29)에 연결된다.
회전 가능하게 장착된 크로스-부재(29)와 클램핑 바(4, 4')들 중 하나 이상의 클램핑 바 사이의 결합장치로서 스프링 시스템을 사용하면, 엠보싱 요소(8)에 의해 작동될 때, 스탬프(1)의 가요성(flexibility)이 증가된다.
스프링 시스템은 2개 이상, 바람직하게는 5개보다 많은, 가장 바람직하게는 10개보다 많은, 그 중에서도 최고로 바람직하게는 20개보다 많은 스프링(12)을 포함한다.
힘-제공된 측면(2u)에, 엠보싱 요소(8)에 의해 힘이 작용하는 것은, 나노구조물(2e)들과 엠보싱 재료(6)가 접촉하거나 나노구조물(2e)들을 엠보싱 재료(6) 내에 삽입했을 때(도 3 참조)와 동시에 수행되며, 도 2에 따라, 스탬프 시스템(5)이 엠보싱 재료(6)를 향해 접근되는 것은 평행하게(in parallel) 수행된다(이 경우, 스탬프 시스템(5)은 최소한의 각도를 이룬다(최소 웨지 에러)).
나노구조물(2e)들은, 특히, 저-점성을 가진 재료를 포함하는 엠보싱 재료(6) 내에 삽입되며, 스탬프 시스템(5)이 엠보싱 재료(6)를 향해 접근되는 동안에는, 엠보싱 힘이 엠보싱 요소(8)에 의해 힘-제공된 측면(2u)으로 전달되고, 특히, 스탬프(1)는 엠보싱 재료(6)와 평행하게 배열된다.
그에 따라, 스탬프(1)는 엠보싱 재료의 방향으로 변형된다. 스탬프(1)의 이러한 변형은 최소이다. 이러한 스탬프(1)의 변형은 나노구조물(2e)들의 비틀림(distortion)에 의해 구현된다.
본 발명에 따르면, 2개의 클램핑 바(4, 4')들 중 하나 이상의 클램핑 바에서, 스탬프 시스템(5)이 엠보싱 재료(6)의 표면을 향해 약간의 각도를 이루면서 접근하도록 구현하는 것도 고려할 수 있는데, 그에 따라 나노구조물(2e)들은 점진적으로 삽입된다(gradually inserted).
스탬프(1)(및, 가능하다면, 평행 스탬프(1))가 엠보싱 재료(6)를 향해 접근하는 동안, 엠보싱 요소(8)는, 엠보싱 재료(6)와 평행하게, 서로 맞은편에 배열된 제1 클램핑 바(4)로부터 제2 클램핑 바(4')를 향해 이동되는데, 이는 엠보싱 요소의 엠보싱 힘에 의해 구현된다.
도 4에 따른 위치에 도달하고 나면, 스탬프 면(2)은 엠보싱 재료(6) 내에 완전히 삽입되고, 상기 위치에서 그에 상응하게 중복된다(replicated).
엠보싱 단계 후에, 또는 심지어 엠보싱 단계 동안 동시에, 엠보싱 재료(6)의 경화(curing) 단계가 수행되며, 스탬프 시스템(5)은 본 발명에 따라 제거될 수 있다.
상기 경화 단계는, 공지된 모든 방법들에 의해, 가령, 예를 들어, UV 복사에 의해, 화학물질 또는 열에 의해, 또한 이들의 조합으로, 앞면 및/또는 뒷면으로부터 수행될 수 있다.
엠보싱 요소(8)로서 엠보싱 롤러를 사용하면, 엠보싱 힘으로 압력을 제공하고 롤링 운동의 이점이 있으며, 이에 따라 스탬프(1)에 가해지는 전단력(shearing force)이 최소가 된다. 게다가, 복잡한 웨지 에러 상쇄(wedge error compensation) 문제가 대부분 해결될 수 있는데, 이러한 웨지 에러 상쇄 문제는 스탬프와 엠보싱 재료가 서로를 향해 움직이는 정상 운동(normal movement)에 의해 스탬핑 공정을 수행하는 경우에서는, 필수적이기 때문이다. 이렇게 접촉되면, 공기는 배출될 수 있으며, 공기가 함유되어도, 구조물의 정확한 형성에는, 영향을 받지 않을 것이다.
대안으로, 엠보싱 요소(8)는, 특히, 한 라인을 따라 배열된 복수의 점-형태의(punctiform) 노즐 및/또는 선형 노즐로부터의 가스 흐름에 의해, 접촉되지 않고도 힘이 전달되도록 구성될 수 있다.
도 5는 모듈(20)을 가진 본 발명에 따른 제1 장치(24)를 도시한 도면으로서, 상기 제1 장치(24)는, 하나 이상의, 특히 트랙킹, 램프 하우스(18), 엠보싱 요소(8), 특히 롤러(8), 스탬프 시스템(5) 및 복수의 구성요소(8, 21''', 4, 12, 29, 3, 32)를 포함하되, 이들은, 제1 위치에서 제거 수단 조립체(19)로서 조합될 것이다. 제거 수단 조립체(19)는 보다 명확하게 나타내기 위해 점선의 직사각형으로 둘러싸여 있다.
제거 수단(19)은 도 7a에서 특히 잘 도시되어 있는데, 그 구성요소들은 보다 명확하게 나타내기 위해 점선의 직사각형으로 둘러싸여 있고 본 발명에 따른 제거 단계에서 서로에 대해 가까이 위치된다. 상기 구성요소(8, 21''')들이 본 발명에 따른 엠보싱 단계 뿐만 아니라 그 후의 제거 단계에도 정확히 동일하게 관여하는 것을 볼 수 있다. 엠보싱 요소(8)는 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21''')에 의해 수용된다.
도 5는 시작 위치로 지칭되는 제1 위치에 있는 램프 하우스(18)와 엠보싱 요소(8)를 도시한다. 스탬프 시스템(5)은 이미 상기 위치에 오게 되어, 엠보싱 요소(8)에 의해 힘이 전달됨으로써 엠보싱 단계가 시작될 수 있다.
도 6은 제2 위치에 있는 모듈(20) 또는 장치(24)를 도시한다. 제2 위치는 램프 하우스(18)의 전진 운동(advancing movement)은 엠보싱 요소(8)의 병진 운동(translation movement)과 함께 수행되는 것을 특징으로 한다.
이러한 전진 운동은 엠보싱 요소(8)의 운동과 동시에 수행되거나 또는 일정한 시간-지연을 갖고 수행될 수 있다. 특히, 램프 하우스(18)의 운동은 엠보싱 요소(8)의 운동보다 느릴 수 있다. 도 6에서, 램프 하우스(18)는 예를 들어 엠보싱 롤러(8) 뒤에 위치된다(lag). 본 발명에 따르면, 램프 하우스(18)는 엠보싱 재료(6)(스탬프 시스템(5)에 의해 가려지기 때문에 도면에는 도시되지 않음)의 섹션들만을 항상 조명한다는(illuminate) 사실이 중요하다. 조명(illumination)은 4개의 화살표로 표시된다.
본 발명에 따르면, 상기 실시예에 의해, 램프 하우스(18), 특히, 광원(light source)의 크기 제한도 가능하다. 본 발명에 따르면, 상기 실시예가 트랙킹 램프 하우스를 포함하는 것이 아니라, 전체 영역의 조명을 포함한다면, 전체 영역은 상기 모듈 위에 위치되고 그에 상응하게 고정된다. 이러한 실시예는 도시되지 않았다.
도 7a는 제3 위치에 있는 제1 모듈(20) 또는 제1 장치(24)를 도시한다. 상기 위치는, 스탬프 시스템(5)이 엠보싱 재료(6)로부터 릴리스(릴리스)되는 특징을 가진다.
이러한 제거는 제거 수단 조립체(19)(점선으로 둘러싸여 표시됨)로 지칭되는 구성요소(21''', 8, 4, 12, 29, 3, 32)들의 상호작동(interaction)에 의해 수행된다. 이러한 구성요소들은, 각각, 엠보싱 재료(6)로부터 스탬프 시스템(5)을 제거하는 데 그 역할을 수행한다.
힘 FR(t)이 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21''')에 의해 엠보싱 롤러(8)로 전달된다. 특히, 이 힘의 방향은 서스펜션 시스템(21''')의 상응하는 릴리스 각도(β)에 의해 영향을 받을 수 있다.
엠보싱 롤러(8)는 스탬프 시스템(5)에서 상기 전달된 힘 FR(t)으로 작동되며, 특히, 그와 동시에 힘 FS(u, t)으로 클램핑 고정된다. 이러한 힘들은 각각의 구성요소에, 특히, 힘의 작용점들에는 직접 도시되지는 않고 명확성을 위해 도면 바깥에 도시된다. 하지만, 도시된 라인들은, 힘의 작용점(PS 및 PR)을 표시한다.
이 힘은, 회전 가능하게 장착된 크로스-부재(29)로부터, 클램핑 바(4), 스프링 시스템, 특히 스프링(12)들에 의해, 스탬프 시스템(5)으로 전달된다. 크로스-부재(29)는, 구성요소(4 및 12)들이 우측으로의 움직임으로 그에 상응하게 회전될 수 있도록 하기 위하여, 고정 체결구(3)에 회전 가능하게 장착되어야 한다.
특히, 고정 체결구(3)는 리프팅 시스템(32)에 의해 z-방향을 따라 위아래로 이동될 수 있다. 그와 동시에, 리프팅 시스템(32)은 x-방향에서 레일(30)을 따라 이동될 수 있다. 따라서, 상기 운동 자유도에 의해서, x-z 평면에서 임의의 지점을 향해 접근하는 것이 가능하다.
스탬프 시스템(5)에 가장 가까운 위치를 갖기 때문에, 본 명세서에서 시작 지점으로 사용되는 클램핑 바(4)가 상기 구성요소들의 움직임으로 인해 임의적으로 이동될 수 있으며 그에 따라 스탬프(1)에서 임의의 힘 FS(u, t)을 생성할 수 있다. 특히, 클램핑 바(4)는 원하는 제거 곡선(10)을 따라 이동된다.
이와는 상관없이, 엠보싱 요소(80)는 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21''')에 의해 스탬프 시스템(5)에 임의의 힘을 제공할 수 있다. 상기 힘들로부터 야기된 힘은, 스탬프 시스템(5)이 엠보싱 재료(6)로부터 제거되는 데 영향을 준다.
도 7b는 엠보싱 재료(6)와 스탬프 시스템(5) 사이의 엠보싱 영역(B)의 개략적인 확대도이다. 엠보싱 요소(8)는 특히 코팅(33)이 뒷면에서 캐리어(17)와 접촉한 상태로 도시된다. 캐리어(17)는 연결층(28)에 의해 스탬프(1)에 연결된다. 스탬프 시스템(5)에서의 위치는 좌표(u)로 표시된다.
스탬프(1)는 나노구조물(2e)들을 포함하는데, 이들은, 엠보싱 재료(6)로부터 제거될 때, 엠보싱된 나노구조물(31)들로부터 분리된다(leave). 힘 FS(u, t)에 따른 작용이 스탬프 시스템(5)의 한 지점에 도시되며, 이 힘은 제거 과정에 영향을 미친다.
상기 힘은 수평 힘 성분 및 수직 힘 성분 FSH (u, t), FSV(u, t)으로 나뉠 수 있다. 수직 힘 성분 FSV(u, t)은 엠보싱 재료(6)로부터 나노구조물(2e)들이 제거되는 데 결정적으로 관여하며, 수평 힘 성분 FSH (u, t) 은 엠보싱된 나노구조물(31)들 상에서 나노구조물(2e)들의 마찰을 촉진시킨다(promote). 앞에 기재된 것과 같이, 릴리스 각도(α)도 도시된다.
도 8은, 스탬프 시스템(5)이 최하부에 배열된 구성요소를 나타내도록 제공된, 본 발명에 따른 제2 모듈(20')을 도시한다. 사용된 구성요소들은 위에 기재된 것과 비슷하다. 특히, 모듈은, 트랙킹 램프 하우스(18) 대신에, 스탬프 시스템(5)의 전체 영역을 조명하기 위해 조명 시스템을 포함할 수 있다.
도 9a는, 본 발명에 따라, 모듈(20')을 포함하는 제2 장치(24')를 개략적으로 도시한 정면도이다. 모듈(20')은 서스펜션(26)에 의해 크로스-빔(23)에 고정된다. 크로스-빔(23)은 양쪽에서 각각의 캐리지(22)에 고정된다. 캐리지(22)들은 안내 시스템(25)을 따라 이동된다.
본 발명에 따른 구성으로 인해, 모듈(20')은 x-방향 및/또는 y-방향을 따라 이동될 수 있다. 이 경우, 모듈(20')은 스탬프(1)가 위치될 수 있도록 구성된다. 특히, 모듈(20')은, 샘플 홀더(27) 상에서 기판(7)의 엠보싱 재료(6)와 스탬프(1) 사이의 거리가 임의적으로 정확하게 조절될 수 있도록, 내려갈 수 있다(lowered).
스탬프(1) 또는 스탬프(1)가 상부에 고정될 수 있는 캐리어(17)에 힘이 제공되는 것은, 엠보싱 요소(8), 특히 엠보싱 롤러(8)(도 8 참조)에 의해 수행된다. 게다가, 램프 하우스(18)의 트랙킹도 가능하다.
도 9b는 본 발명에 따른 제2 장치(24')를 개략적으로 도시한 평면도이다. 6개의 기판(7)들이 도시되는데, 이들은 엠보싱 재료(6)로 코팅되었으며 샘플 홀더(27)에 고정되었다. 6개의 기판(7)들은 모두 모듈(20')의 병진 운동에 의해 도달될 수 있다. 또한, 특히, 전체 샘플 홀더(27)를 덮는 하나의 기판(6)이 샘플 홀더(27)에 고정되는 것도 고려될 수 있다.
도 10a는 본 발명에 따른 제1 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21)을 라인으로 개략적으로 도시한 다이어그램이다. 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21)은 베어링(L), 힘 제공점(A) 및 힘 작용점(B)을 포함하는 록커(rocker)이다.
엠보싱 요소(8)는 힘 작용점(B)에 고정된다. 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21)은 베어링(L) 주위로 회전 가능하게 장착된다. 인장력 및/또는 압축력이 힘 제공점(A)에서 시작될 수 있다. 이러한 인장력 및/또는 압축력은 스프링, 액츄에이터, 모터 등에 의해 제공될 수 있다.
도 10b는 본 발명에 따른 제2 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21')을 라인으로 개략적으로 도시한 다이어그램이다. 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21')은 베어링(L) 주위로 회전 가능하게 장착된 캐리어이다. 상기 캐리어는 힘 제공점(A)과 힘 작용점(B)을 가진다.
엠보싱 요소(8)는 힘 작용점(B)에 고정된다. 인장력 및/또는 압축력은 힘 제공점(A)에서 시작될 수 있다. 인장력 및/또는 압축력은 스프링, 액츄에이터, 모터 등에 의해 제공될 수 있다.
도 10c는 본 발명에 따른 제3 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21'')의 라인으로 개략적으로 도시한 다이어그램이다. 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21'')은 베어링(L)을 포함한다. 베어링(L)에 의해 토크가 제공될 수 있다. 엠보싱 요소(8)는 힘 작용점(B)에 배열된다.
토크가 나선에 제공되기 때문에, 수축되어 작용점(B)은 수직 방향으로 올라간다. 따라서, 작용점(B)은 토크 입력에 의해 선형으로 움직이고 힘 조절이 간접적으로 수행될 수 있다.
도면의 추가적인 설명에서, 간단하게 기술하기 위하여, 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21)은 질량이 없는 상태로 도시되며 시스템의 무게중심은 엠보싱 요소(8)의 중심에 위치된다. 힘 제공점(A)에 작용하는 힘들은 견인 및/또는 수축 요소에 의해 생성될 수 있다.
도 11a는 제1 위치에 있는 본 발명에 따른 제1 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21)의 사용방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 중력(FB)이 엠보싱 요소(8)에 작용한다.
힘 제공점(A)에는 반력(FAa)이 작용하기 때문에, 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21)은 균형 상태로 유지될 수 있다.
도 11b는 제2 위치에 있는 제1 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21)의 사용방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 중력(FB)이 엠보싱 요소(8)에 작용한다. 힘 제공점(A)에 작용하는 반력(FA)이 제거되었기 때문에, 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21)은 스탬프(8) 또는 캐리어(17) 상으로 내려갈 수 있다. 중력(FB)에 의해, 스탬프(8) 및/또는 캐리어(17)가 상응하게 변형된다. 뉴턴의 제3 법칙에 따라 작용하는 반력(F)이 개략적으로 도시된다.
도 11c는 제3 위치에 있는 제1 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21)의 사용방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 중력(FB)이 엠보싱 요소(8)에 여전히 작용한다. 힘 제공점(A)에 힘(FA)이 표적식으로 작용하기 때문에(targeted application), 스탬프(8) 또는 캐리어(17)에 작용하는 힘은 영향을 받고 조절될 수 있다.
통상의 기술자에게는, 힘이 음의 z-방향으로 제공됨으로써, 스탬프(8) 및/또는 캐리어(17)에 작용하는 압축력은 감소되며, 힘이 양의 z-방향으로 제공됨으로써, 스탬프(8) 및/또는 캐리어(17)에 작용하는 압축력은 증가된다는 것은 자명할 것이다. 뉴턴의 제3 법칙에 따라 작용하는 반력(F')이 개략적으로 도시된다. 힘 제공점(A)에서 힘(FA')이 음의 z-방향으로 작용하기 때문에, 반력(F')은 도 14b에 도시된 반력(F)보다 작다.
힘 제공점(A)에 작용하는 힘을 조절하면, 스탬프(8) 및/또는 캐리어(17)에 작용하는 힘을 매우 정밀하고 간단하게 조절하는 것이 가능하다.
1 : 구조화된 스탬프 2 : 스탬프 면
2e : 나노구조물 2o : 엠보싱 측면
2u : 힘-제공된 측면 3 : 고정 체결구
4, 4' : 클램핑 바 5 : 스탬프 시스템
6, 6'`: 엠보싱 재료 6o : 엠보싱 표면
6u : 뒷면 7 : 기판
8 : 엠보싱 요소 10 : 변형 곡선
11 : 고정 프레임 12 : 스프링
14 : 평평한 프로파일 15 : 평평한 프로파일
16 : 고정 수단 17 : 캐리어
18 : 램프 하우스 19 : 제거 수단
20 : 모듈
21, 21', 21'', 21''' : 엠보싱 요소 서스펜션 시스템
22 : 캐리지 23 : 크로스-빔
24, 24' : 장치 25 : 안내 시스템
26 : 서스펜션 27 : 샘플 홀더
28 : 연결 층
29 : 회전 가능하게 장착된 크로스-부재
30 : 레일 31 : 엠보싱된 나노구조물
32 : 리프팅 시스템 33 : 코팅
B : 엠보싱 영역 E : 표면 평면
FA, FA', FL, FB, F, F' : 힘
FR(t), FRH(t), FRV(t) : 힘
FS(u,t), FSH(u,t), FSV(u,t) : 힘
L : 베어링 PS, PR : 힘 작용점
u : 좌표 α : 릴리스 각도
β : 릴리스 각도

Claims (17)

  1. 이동식 엠보싱 요소(8)와 구조화된 스탬프(1)를 포함하는, 엠보싱 재료(6, 6')에 마이크로구조물 및/또는 나노구조물(31)을 엠보싱하기 위한 장치(24, 24')에 있어서,
    구조화된 스탬프(1)를 엠보싱 재료(6, 6')로부터 제거하는 것은 표적식으로 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치(24, 24').
  2. 제1항에 있어서, 장치(24, 24')는 스텝-앤-리피트 공정을 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 장치(24, 24').
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 구조화된 스탬프(1)를 엠보싱 재료(6, 6')로부터 분리하기 위한 제거 수단(19)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(24, 24').
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제거 수단(19)은 선형으로 이동할 수 있도록 구성되며, 바람직하게는, 구조화된 스탬프(1)의 한 면의 엠보싱 표면(6o)에 수직으로 향하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치(24, 24').
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제거 수단(19)은 바람직하게는 선형 요소들에 장착된 로드(rod)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(24, 24').
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제거 수단(19)은 구조화된 스탬프(1), 특히 클램핑 바(4, 4')에 연결되며, 클램핑 바(4, 4')는 구조화된 스탬프(1) 및/또는 구조화된 스탬프(1)를 가진 캐리어(17)를 고정시키는 것을 특징으로 하는 장치(24, 24').
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21, 21', 21'', 21''')을 포함하되, 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21, 21', 21'', 21''')은, 구조화된 스탬프(1) 및/또는 구조화된 스탬프(1)를 가진 캐리어(17)에 작용하는 힘(F, F')이 반력(FA, FA')에 의해 표적식으로 조절될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치(24, 24').
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21, 21', 21'', 21''')은 회전 가능하게 장착된 록커(21) 및/또는 캐리어(21')로서 구성되거나 및/또는 나선(21'')으로서 구성되는 것을 특징으로 하는 장치(24, 24').
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 구조화된 스탬프(1)는 하나 이상의 클램핑 바(4, 4')에 의해 특히 횡방향으로 고정되며(laterally fixed), 하나 이상의 클램핑 바(4, 4')는 특히 리프팅 시스템(32)에 의해 엠보싱 표면(6o)에 수직으로 및/또는 Z-방향으로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치(24, 24').
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 클램핑 바(4, 4')는 회전 가능하게 장착되는데, 특히, 엠보싱 표면(6o)에 평행하게 및/또는 Z-방향에 수직으로 및/또는 엠보싱 요소(8)의 이동 방향에 수직으로 및/또는 Y-방향에 평행하게 배열된 회전축 주위로 회전될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치(24, 24').
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 클램핑 바(4, 4'), 특히 리프팅 시스템(32)은 제2 방향으로 동시에, 특히 x-방향으로 및/또는 엠보싱 표면(6o)에 평행하게 및/또는 엠보싱 요소(8)의 이동 방향에 평행하게 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치(24, 24').
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 클램핑 바(4, 4')는 제거 곡선을 따라 이동될 수 있는데, 상기 제거 곡선은:
    다항식, 특히, 직선 방정식, 또는 포물선 방정식,
    루트 함수(root junction),
    로그 함수(logarithmic function),
    삼각 함수(trigonometric function), 특히, 사인 함수(sine function),
    계단 함수(step function) 중 하나인 것을 특징으로 하는 장치(24, 24').
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 제거 수단(19)의 병진 운동 속도는 0.1 mm/s 내지 100 mm/s 사이, 바람직하게는 1 mm/s 내지 75 mm/s 사이, 보다 더 바람직하게는 5 mm/s 내지 50 mm/s 사이인 것을 특징으로 하는 장치(24, 24').
  14. 엠보싱 재료(6, 6')에 마이크로구조물 및/또는 나노구조물(31)을 엠보싱하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
    구조화된 스탬프(1)에 힘이 작용함으로써, 이동식 엠보싱 요소(8)는 엠보싱 재료(6, 6')에 마이크로구조물 및/또는 나노구조물(31)을 엠보싱하는 단계를 포함하되,
    구조화된 스탬프(1)를 엠보싱 재료(6, 6')로부터 제거하는 것은 표적식으로 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 마이크로구조물 및/또는 나노구조물(31)을 엠보싱하기 위한 구조화된 스탬프(1), 특히 연성 스탬프, 및 구조화된 스탬프(1)에 특히 평면 형태로 연결된 유리 캐리어(17)를 포함하는 스탬프 시스템(5)에 있어서,
    구조화된 스탬프(1)와 캐리어(17)는 엠보싱 요소(8)에 의해 변형될 수 있도록 탄성적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스탬프 시스템(5).
  16. 특히, 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 장치(24, 24')를 위해, 구조화된 스탬프(1)를 엠보싱 재료(6, 6')로부터 분리하기 위한 제거 수단(19)에 있어서,
    제거 수단(19)은 선형으로 이동할 수 있도록 구성되며, 바람직하게는, 구조화된 스탬프(1)의 한 면의 엠보싱 표면(6o)에 수직으로 향하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제거 수단(19).
  17. 특히, 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 장치(24, 24')의 엠보싱 요소(8)를 걸기 위한 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21, 21', 21'', 21''')에 있어서,
    엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21, 21', 21'', 21''')은, 구조화된 스탬프(1) 및/또는 구조화된 스탬프(1)를 가진 캐리어(17)에 작용하는 힘(F, F')이 반력(FA, FA')에 의해 표적식으로 조절될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 엠보싱 요소 서스펜션 시스템(21, 21', 21'', 21''').
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