DE202010013706U1

DE202010013706U1 - Einrichtung zur Nivellierung

Info

Publication number: DE202010013706U1
Application number: DE202010013706U
Authority: DE
Original assignee: NanoInk Inc
Current assignee: NanoInk Inc
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2020-09-29

Abstract

Eine Einrichtung, umfassend:
eine Lagerungsstruktur, die ausgebildet ist, um ein Objekt zu befestigen, wobei das Objekt eine Mehrzahl an Vorsprüngen aufweist, die ausgebildet sind, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche zu bilden; und
mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist und die ausgebildet ist, um es dem Objekt zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche einzunehmen.

Description

STAND DER TECHNIK
Die miniaturisierte Herstellung ist ein wichtiger Aspekt der modernen Ökonomie. So können zum Beispiel Verfahren wie der Mikro-Kontaktdruck, Nanoaufdruck-Lithographie, und das Drucken mittels ”Federhalter-Nanolitographie” (im englischen ”Dip-Pen-Nanolithography^®” bzw. ”DPN^®”) zur Herstellung von Strukturen und Muster im Mikro- und Nanobereich verwendet werden. Zum Mikro-Kontaktdrucken und zur Nanoaufdruck-Lithographie vergleiche beispielsweise C. M. Sotomayor Torres, Alternative Lithography: Unleashing the Potentials of Nanotechnology (Nanostructure Science and Technology), 2003. Vergleiche ebenso beispielsweise die U.S.-Patente mit den Nummern 6,380,101 ; 6,518,189 ; 6,818,959 ; 7,442,316 ; und 7,665,983 . Für den DPN^®-Druck vergleiche beispielsweise die U.S.-Patente mit den Nummern 6,635,311 und 6,827,979 (beide Mirkin et al.). Verfahren zum direkten Schreiben, einschließlich des DPN^®-Druckens, sind zweckdienlich, weil ein Muster direkt gezeichnet oder in eine Substratoberfläche eingebettet werden kann. Bei einer Ausführungsform von DPN^® wird Material von einer Spitze (oder einem Array von Spitzen) auf ein Substrat übertragen, wobei zum Beispiel eine nanoskopische Rasterscan- oder Rasterkraft-Mikroskopspitze oder mehrere derartiger Spitzen verwendet werden. DPN^® kann mit einer Mehrzahl an Spitzen verwendet werden, was die Verwendung ein- und zweidimensionaler Arrays von Spitzen einschließt, die parallel auf einem einzigen Instrument betrieben werden. Vergleiche hierzu beispielsweise das U.S.-Patent mit der Veröffentlichungsnummer 2008/0105042 (Mirkin et al.). In allen oben beschriebenen, miniaturisierten Herstellungsverfahren kann ein Aufbringen eines Musters bzw. einer Struktur bzw. eine Bemusterung ausgeführt werden, um eine Vielfalt unterschiedlicher Strukturen auf Substratoberflächen herzustellen, einschließlich weicher und harter Strukturen, organischer und anorganischer Strukturen, und biologischer Strukturen, und einschließlich einer Vielfalt regelmäßiger oder unregelmäßiger Muster.
Trotz wesentlicher Vorteile besteht ein Bedarf an Einrichtungen und Bemusterungsgeräten, die Muster höherer Qualität und einfache Benutzung ermöglichen. Beispielsweise kann sich eine schlechte Bemusterungsqualität daraus ergeben, dass Stempel (beim Mikro-Kontaktdruck), Formen (bei der Nanoaufdruck-Lithographie), oder Spitzen (bei der DPN) in Bezug auf die Oberfläche des zu bemusternden Substrats nicht parallel ausgerichtet sind. Das Nivellieren und Ausrichten einer großen Anzahl an Stempel-/Form-Vorsprüngen oder Spitzen stellt jedoch eine ingenieurmäßige Herausforderung dar. Weitere Herausforderungen beinhalten die Beobachtung der Stempel, Formen, oder Spitzen während des Nivellierungsprozesses, das Bereitstellen einer Rückmeldung an den Benutzer, die anzeigt, dass die Nivellierung erreicht wurde, und das Beibehalten einer parallelen Ausrichtung während der Bemusterung und/oder nach dem Bemustern, d. h. nachdem der Kontakt mit der Oberfläche abgebrochen worden ist.
ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es werden Einrichtungen zum Nivellieren, Geräte zur Aufnahme derartiger Einrichtungen, Bausätze, sowie Verwendungen für Einrichtungen vorgeschlagen.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Einrichtung vorgeschlagen, die folgendes aufweist: eine Lagerungsstruktur, die ausgebildet ist, um ein Objekt zu befestigen, wobei das Objekt eine Mehrzahl Vorsprünge aufweist, die ausgebildet sind, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche zu bilden; und mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt und ausgebildet ist, um es dem Objekt zu ermöglichen, bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche in Bezug auf die Oberfläche eine parallele Ausrichtung einzunehmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Einrichtung vorgeschlagen, die folgendes aufweist: eine Lagerungsstruktur, die zur Befestigung eines Arrays nanoskopischer Spitzen ausgebildet ist, wobei das Array ausgebildet ist, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Arrays mit der Oberfläche zu bilden; und mindestens eine magnetische biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist und eine Kugel und ein magnetisches Verbindungselement aufweist, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen, wobei die magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe ausgebildet ist, um es dem Array zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche einzunehmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Einrichtung vorgeschlagen, die folgendes aufweist: eine Lagerungsstruktur, die ausgebildet ist, um ein Objekt zu befestigen, wobei das Objekt eine Mehrzahl Vorsprünge aufweist, die ausgebildet sind, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche zu bilden; und eine Mehrzahl biegsamer Verbindungsbaugruppen, die an der Lagerungsstruktur befestigt sind, wobei die Mehrzahl der Verbindungsbaugruppen folgendes aufweist: eine erste, biegsame Verbindungsbaugruppe, die entlang einer ersten Achse positioniert ist, die parallel zu der Lagerungsstruktur verläuft; eine zweite biegsame Verbindungsbaugruppe, die entlang der ersten Achse und entgegengesetzt zu der ersten biegsamen Verbindungsbaugruppe positioniert ist; eine dritte biegsame Verbindungsbaugruppe, die entlang einer zweiten Achse positioniert ist, die parallel zu der Lagerungsstruktur verläuft und senkrecht zu der ersten Achse verläuft; und eine vierte biegsame Verbindungsbaugruppe, die entlang der zweiten Achse und entgegengesetzt zu der dritten, biegsamen Verbindungsbaugruppe positioniert ist; wobei die Mehrzahl biegsamer Verbindungsbaugruppen ausgebildet ist, um es dem Objekt zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche einzunehmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Einrichtung vorgeschlagen, die folgendes aufweist: Eine Lagerungsstruktur, die ausgebildet ist, um ein Array nanoskopischer Spitzen zu befestigen, wobei das Array ausgebildet ist, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Arrays mit der Oberfläche zu bilden; eine erste magnetische biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur angebracht ist und entlang einer ersten Achse positioniert ist, die parallel zu der Lagerungsstruktur verläuft; eine zweite magnetische biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist und entlang der ersten Achse und entgegengesetzt zur ersten magnetischen biegsamen Verbindungsbaugruppe positioniert ist; eine Mittelstruktur, die auf der Lagerungsstruktur positioniert ist und an der ersten magnetischen biegsamen Verbindungsbaugruppe und an der zweiten magnetischen biegsamen Verbindungsbaugruppe angebracht ist; eine dritte magnetische biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Mittelstruktur befestigt ist und entlang einer zweiten Achse positioniert ist, die parallel zur Lagerungsstruktur und senkrecht zur ersten Achse verläuft; eine vierte magnetische biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Mittelstruktur angebracht ist und entlang der zweiten Achse und entgegengesetzt zu der dritten magnetischen biegsamen Verbindungsbaugruppe positioniert ist; und eine obere Struktur, die oberhalb der Mittelstruktur positioniert ist und an der dritten magnetischen biegsamen Verbindungsbaugruppe und an der vierten magnetischen biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigt ist, wobei jede magnetische biegsame Verbindungsbaugruppe folgendes aufweist: eine Kugel; und ein Verbindungselement, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen, wobei die Kugel oder das Verbindungselement magnetisch ist, und wobei weiterhin die magnetischen biegsamen Verbindungsbaugruppen ausgebildet sind, um es dem Array zu ermöglichen, bei Kontakt des Arrays mit der Oberfläche eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche einzunehmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Gerät vorgeschlagen, welches folgendes aufweist: Ein Bemusterungsinstrument und eine Einrichtung, wobei die Einrichtung an dem Bemusterungsinstrument befestigt ist, und wobei weiterhin die Einrichtung folgendes aufweist: eine Lagerungsstruktur, die zur Befestigung eines Objekts ausgebildet ist, wobei das Objekt eine Mehrzahl Vorsprünge aufweist, die ausgebildet sind, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche auszubilden; und mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist und die ausgebildet ist, um es dem Objekt zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche einzunehmen.
Ein Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Vorsehen einer Einrichtung, die folgendes aufweist: eine Lagerungsstruktur, die zur Befestigung eines Objekts ausgebildet ist, wobei das Objekt eine Mehrzahl Vorsprünge aufweist, die ausgebildet sind, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche auszubilden; und mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist und die ausgebildet ist, um es dem Objekt zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche einzunehmen; Befestigen des Objekts an der Lagerungsstruktur; Kontaktieren des befestigten Objekts mit dem Substrat; und Ermöglichen, dass das Objekt eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche einnimmt.
Das Verfahren kann den folgenden weiteren Schritt aufweisen: Abbrechen des Kontaktes des Objekts mit der Oberfläche, wobei die parallele Ausrichtung aufrechterhalten wird, nachdem der Kontakt abgebrochen ist.
Das Verfahren kann den folgenden weiteren Schritt aufweisen: Versehen von mindestens einigen der Vorsprünge mit einer Tintenzusammensetzung.
Das Verfahren kann den folgenden weiteren Schritt aufweisen: Versehen von mindestens einigen der Vorsprünge mit einer Tintenzusammensetzung und Übertragen der Tintenzusammensetzung von den Vorsprüngen auf die Oberfläche.
Bei dem Verfahren kann das Objekt ein Array von Rastersondenspitzen sein.
Ein weiteres Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Vorsehen einer Einrichtung, die folgendes aufweist: eine Lagerungsstruktur, die ausgebildet ist, um ein Array nanoskopischer Spitzen zu befestigen, wobei das Array ausgebildet ist, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Arrays mit der Oberfläche auszubilden; und mindestens eine magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist, aufweisend: eine Kugel; und ein magnetisches Verbindungselement, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen, wobei die magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe ausgebildet ist, um es dem Array zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche einzunehmen; Befestigen des Arrays an der Lagerungsstruktur; Kontaktieren des befestigten Arrays mit dem Substrat; und Ermöglichen, dass das Array eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche einnimmt.
Ein nochmals weiteres Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Vorsehen einer Einrichtung, die folgendes aufweist: eine Lagerungsstruktur, die ausgebildet ist, um ein Objekt zu befestigen, wobei das Objekt eine Mehrzahl an Vorsprüngen aufweist, die ausgebildet sind, um ein Muster auf eine Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche auszubilden; und eine Mehrzahl biegsamer Verbindungsbaugruppen, die an der Lagerungsstruktur befestigt sind, wobei die Mehrzahl der Verbindungsbaugruppen folgendes aufweist: eine erste biegsame Verbindungsbaugruppe, die entlang einer ersten Achse parallel zur Lagerungsstruktur positioniert ist; eine zweite biegsame Verbindungsbaugruppe, die entlang der ersten Achse und entgegengesetzt zu der ersten biegsamen Verbindungsbaugruppe positioniert ist; eine dritte biegsame Verbindungsbaugruppe, die entlang einer zweiten Achse parallel zur Lagerungsstruktur und senkrecht zur ersten Achse positioniert ist; und eine vierte biegsame Verbindungsbaugruppe, die entlang der zweiten Achse und entgegengesetzt zu der dritten biegsamen Verbindungsbaugruppe positioniert ist; wobei die Mehrzahl der flexiblen Verbindungsbaugruppen ausgebildet ist, um es dem Objekt zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche einzunehmen; Befestigen des Arrays an der Lagerungsstruktur; Kontaktieren des befestigten Arrays mit dem Substrat; und Ermöglichen, dass das Array eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche einnimmt.
Ein weiteres Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Vorsehen einer Einrichtung, die folgendes aufweist: eine Lagerungsstruktur, die ausgebildet ist, um ein Array nanoskopischer Spitzen zu befestigen, wobei das Array ausgebildet ist, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Arrays mit der Oberfläche zu bilden; eine erste magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist und die entlang einer ersten Achse parallel zu der Lagerungsstruktur positioniert ist; eine zweite magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist und die entlang der ersten Achse und entgegengesetzt zu der ersten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe positioniert ist; eine Mittelstruktur, die auf der Lagerungsstruktur positioniert ist und die an der ersten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe und der zweiten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigt ist; eine dritte magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Mittelstruktur befestigt ist und die entlang einer zweiten Achse parallel zu der Lagerungsstruktur und senkrecht zu der ersten Achse positioniert ist; eine vierte magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Mittelstruktur befestigt ist und die entlang der zweiten Achse und entgegengesetzt zu der dritten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe positioniert ist; und eine obere Struktur, die auf der Mittelstruktur positioniert ist und die an der dritten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe und der vierten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigt ist, wobei jede der magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppen folgendes aufweist: eine Kugel; und ein Verbindungselement, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen, wobei die Kugel oder das Verbindungselement magnetisch ist, und wobei weiterhin die magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppen ausgebildet sind, um es dem Array zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Arrays mit der Oberfläche einzunehmen; Befestigen des Arrays an der Lagerungsstruktur; Kontaktieren des befestigten Arrays mit dem Substrat; und Ermöglichen, dass das Array eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche einnimmt.
Ein weiteres Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Vorsehen einer Einrichtung, die eine Lagerungsstruktur aufweist, die zur Befestigung eines Objekts ausgebildet ist, wobei das Objekt eine Mehrzahl Vorsprünge aufweist, die ausgebildet sind, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche zu bilden; und mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist, und die ausgebildet ist, um es dem Objekt zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche einzunehmen; Befestigen des Objekts an der Lagerungsstruktur; Versehen von mindestens einigen der Vorsprünge mit einer Tintenzusammensetzung; und Übertragen der Tintenzusammensetzung von den Vorsprüngen auf die Oberfläche. Das Objekt kann ein Array von Rastersondenspitzen sein.
Ein weiteres Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Vorsehen einer Einrichtung, die folgendes aufweist: eine Lagerungsstruktur, die ausgebildet ist, um ein Array nanoskopischer Spitzen zu befestigen, wobei das Array ausgebildet ist, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Arrays mit der Oberfläche auszubilden; und mindestens eine magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist, aufweisend: eine Kugel; und ein magnetisches Verbindungselement, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen, wobei die magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe ausgebildet ist, um es dem Array zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche einzunehmen; Befestigen des Arrays an der Lagerungsstruktur; Versehen von mindestens einigen der Rastersondenspitzen mit einer Tintenzusammensetzung; und Übertragen der Tintenzusammensetzung von den Rastersondenspitzen auf die Oberfläche.
Ein nochmals weiteres Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Vorsehen einer Einrichtung, die folgendes aufweist: eine Lagerungsstruktur, die ausgebildet ist, um ein Objekt zu befestigen, wobei das Objekt eine Mehrzahl an Vorsprüngen aufweist, die ausgebildet sind, um ein Muster auf eine Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche auszubilden; und eine Mehrzahl biegsamer Verbindungsbaugruppen, die an der Lagerungsstruktur befestigt sind, wobei die Mehrzahl der Verbindungsbaugruppen folgendes aufweist: eine erste biegsame Verbindungsbaugruppe, die entlang einer ersten Achse parallel zur Lagerungsstruktur positioniert ist; eine zweite biegsame Verbindungsbaugruppe, die entlang der ersten Achse und entgegengesetzt zu der ersten biegsamen Verbindungsbaugruppe positioniert ist; eine dritte biegsame Verbindungsbaugruppe, die entlang einer zweiten Achse parallel zur Lagerungsstruktur und senkrecht zur ersten Achse positioniert ist; und eine vierte biegsame Verbindungsbaugruppe, die entlang der zweiten Achse und entgegengesetzt zu der dritten biegsamen Verbindungsbaugruppe positioniert ist; wobei die Mehrzahl der flexiblen Verbindungsbaugruppen ausgebildet ist, um es dem Objekt zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche einzunehmen; Befestigen des Arrays an der Lagerungsstruktur; Versehen von mindestens einigen der Rastersondenspitzen mit einer Tintenzusammensetzung; und Übertragen der Tintenzusammensetzung von den Rastersondenspitzen auf die Oberfläche.
Ein weiteres Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Vorsehen einer Einrichtung, die folgendes aufweist: eine Lagerungsstruktur, die ausgebildet ist, um ein Array nanoskopischer Spitzen zu befestigen, wobei das Array ausgebildet ist, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Arrays mit der Oberfläche zu bilden; eine erste magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist und die entlang einer ersten Achse parallel zu der Lagerungsstruktur positioniert ist; eine zweite magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist und die entlang der ersten Achse und entgegengesetzt zu der ersten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe positioniert ist; eine Mittelstruktur, die auf der Lagerungsstruktur positioniert ist und die an der ersten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe und der zweiten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigt ist; eine dritte magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Mittelstruktur befestigt ist und die entlang einer zweiten Achse parallel zu der Lagerungsstruktur und senkrecht zu der ersten Achse positioniert ist; eine vierte magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Mittelstruktur befestigt ist und die entlang der zweiten Achse und entgegengesetzt zu der dritten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe positioniert ist; und eine obere Struktur, die auf der Mittelstruktur positioniert ist und die an der dritten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe und der vierten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigt ist, wobei jede der magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppen folgendes aufweist: eine Kugel; und ein Verbindungselement, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen, wobei die Kugel oder das Verbindungselement magnetisch ist, und wobei weiterhin die magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppen ausgebildet sind, um es dem Array zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Arrays mit der Oberfläche einzunehmen; Befestigen des Arrays an der Lagerungsstruktur; Versehen von mindestens einigen der Rastersondenspitzen mit einer Tintenzusammensetzung; und Übertragen der Tintenzusammensetzung von den Rastersondenspitzen auf die Oberfläche.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Befestigungshalterung vorgeschlagen, die ausgebildet ist, um das Befestigen eines Objekts an einer Lagerungsstruktur zu unterstützen, wobei das Objekt eine Mehrzahl an Vorsprüngen aufweist, die ausgebildet sind, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche zu bilden.
Ein Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Vorsehen der oben skizzierten Befestigungshalterung; und Befestigen des Objekts an der Lagerungsstruktur unter Verwendung der Befestigungshalterung. Das Verfahren kann den folgenden weiteren Schritt umfassen: Aufbringen eines Haftmittels oder eines Klebemittels auf einer Befestigungsoberfläche auf dem Objekt.
Ein Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Vorsehen einer Einrichtung, die folgendes umfasst: eine Lagerungsstruktur, die ausgebildet ist, um ein Objekt zu befestigen, wobei das Objekt eine Mehrzahl an Vorsprüngen aufweist, die ausgebildet sind, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche zu bilden; und mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist und die ausgebildet ist, um es dem Objekt zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche einzunehmen; Kontaktieren einer Mehrzahl Vorsprünge mit einer Substratoberfläche, wobei die Mehrzahl Vorsprünge über eine Mehrzahl Ausleger (englisch ”cantilever”) vorgesehen sind; Auslenken der Mehrzahl Ausleger; Beobachten einer optischen Veränderung, die den Oberflächenkontakt zwischen der Mehrzahl an Vorsprüngen und der Substratoberfläche anzeigt; und weiterhin Nivellieren der Mehrzahl Vorsprünge unter Verwendung mindestens einer biegsamen Verbindungsbaugruppe, die an einer Lagerungsstruktur befestigt ist.
Bei dem Verfahren kann die mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe durch einen Gleitreibungskoeffizienten und einen Haftreibungskoeffizienten charakterisiert sein, wobei der Gleitreibungskoeffizient hinreichend klein ist, um es der Mehrzahl an Vorsprüngen zu ermöglichen, sich zu bewegen und eine parallele Ausrichtung bei Kontakt der Mehrzahl an Vorsprüngen mit der Substratoberfläche einzunehmen, und wobei der Haftreibungskoeffizient hinreichend groß ist, um es der Mehrzahl an Vorsprüngen zu ermöglichen, die parallele Ausrichtung aufrechtzuerhalten, nachdem der Kontakt mit der Substratoberfläche abgebrochen ist.
Bei dem Verfahren kann die mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe folgendes aufweisen: eine Kugel; und ein Verbindungselement, das an der Kugel befestigt ist, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen, und wobei der weitere Nivellierungsprozess den folgenden Schritt aufweist: Drehen der Kugel in der Depression. Hierbei kann mindestens die Kugel oder das Verbindungselement magnetisch sein.
Mindestens ein Vorteil für mindestens eine Ausführungsform liegt in der Fähigkeit, ein Objekt (einschließlich eines Objekts mit einer großen Zahl an Bemusterungsvorsprüngen) zur Bemusterung einer Substratoberfläche mit minimalem Aufwand und in minimaler Zeit zu nivellieren.
Mindestens ein Vorteil für mindestens eine Ausführungsform liegt in der Fähigkeit, mit einem nivellierten Objekt zum Bemustern einer Substratoberfläche bessere Bemusterungsergebnisse zu erzielen.
Mindestens ein Vorteil für mindestens eine Ausführungsform liegt in der Fähigkeit, ein Objekt zum Bemustern einer Substratoberfläche während des Nivellierungsprozesses zu beobachten.
Mindestens ein Vorteil für mindestens eine Ausführungsform liegt in der Fähigkeit, eine Rückmeldung abzugeben, dass eine Nivellierung erzielt wurde.
Mindestens ein Vorteil für mindestens eine Ausführungsform liegt in der Fähigkeit, eine Nivellierungsausrichtung eines Objekts zum Bemustern einer Substratoberfläche aufrechtzuerhalten, nachdem der Kontakt mit der Oberfläche abgebrochen ist.
Mindestens ein zusätzlicher Vorteil für mindestens eine Ausführungsform liegt – aufgrund des Aspektes der Selbst-Nivellierung der Einrichtung – darin, dass ein Teil des Prozesses oder der gesamte Prozess automatisiert werden kann, weil der Bedarf an manuellen Messungen/Eingriffen reduziert ist. Das menschliche Element in seinem Einfluss auf Fehler und Subjektivität zu reduzieren kann zu erhöhter Genauigkeit und einem präziseren Nivellierungsprozess führen. Weil der Prozess automatisiert werden kann, können der Durchsatz, die Einfachheit der Anwendung, und das allgemeine Arbeitstempo dramatisch erhöht werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Figuren zeigen beispielhafte Ausführungsformen.
1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zum Nivellieren, die folgendes beinhaltet: eine Lagerungsstruktur, die zur Befestigung eines Objekts zum Bemustern einer Substratoberfläche ausgebildet ist; und eine biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist.
2A ist eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zum Nivellieren, die folgendes beinhaltet: eine Lagerungsstruktur, die zum Befestigen eines Objekts zum Bemustern einer Substratoberfläche ausgebildet ist; eine biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist; eine Befestigungsstruktur, die an der biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigt ist, und ein mit der Einrichtung gekoppeltes Signalisierungssystem. 2B ist eine Draufsicht auf die in der 2A gezeigte Einrichtung.
3 ist eine Ansicht eines zerlegten Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zum Nivellieren, die folgendes beinhaltet: eine Lagerungsstruktur, die zur Befestigung eines Objekts zum Bemustern einer Substratoberfläche ausgebildet ist; ein erstes Paar biegsamer Verbindungsbaugruppen; eine Mittelstruktur, die an dem ersten Paar biegsamer Verbindungsbaugruppen befestigt ist; ein zweites Paar biegsamer Verbindungsbaugruppen; und eine obere Struktur, die an dem zweiten Paar biegsamer Verbindungsbaugruppen befestigt ist.
4A ist eine perspektivische Draufsicht auf die in 3 gezeigte zusammengesetzte Einrichtung. 4B ist eine perspektivische Unteransicht der in 3 gezeigten zusammengesetzten Einrichtung. 4C ist ein Bild der zusammengesetzten, befestigten und in Benutzung befindlichen Einrichtung.
5 ist eine Ansicht eines zusammengesetzten Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zur Nivellierung, die folgendes beinhaltet: eine Lagerungsstruktur, die zur Befestigung eines Objekts zur Bemusterung einer Substratoberfläche ausgebildet ist; eine Mehrzahl biegsamer Verbindungsbaugruppen, die an der Lagerungsstruktur befestigt sind; eine Mittelstruktur und eine obere Struktur, die an der Vielzahl biegsamer Verbindungsbaugruppen befestigt sind; und eine Befestigungsstruktur, die an der oberen Struktur befestigt ist.
6 ist ein Ausführungsbeispiel einer Befestigungshalterung, die ausgebildet ist, um das Befestigen eines Objekts an einer Lagerungsstruktur zu unterstützen.
7A ist eine schematische Darstellung einer Multiplex-2D-DPN.
7B ist eine idealisierte schematische Darstellung einer ”Rapid-Prototyping-Plattform” für den Multiplex-Proteindruck.
8A ist eine Draufsicht auf ein 2D-Nano-PrintArray, befestigt an einer selbstnivellierenden Halterung.
8B ist eine Unteransicht des 2D-Nano-PrintArrays.
8C ist eine mit einem optischen Mikroskop gewonnene Aufnahme der Spitzen und Ausleger, die deren Anordnung und Abstand zeigt sowie die Platzierung und Größe der Beobachtungsöffnungen.
8D ist eine SEM-Aufnahme der Spitzen und Ausleger, welche die zugrunde liegende Struktur zeigt, die deren Bewegungsfreiraum erlaubt.
8E ist eine herangezoomte SEM-Aufnahme der Ausleger vor einer Beobachtungsöffnung.
8F ist eine SEM-Aufnahme des freien Weges der Ausleger.
9A ist eine schematische Darstellung eines 2D-Nano-PrintArrays unmittelbar vor dem Kontakt mit der mindestens zulässigen Planarität, um alle Spitzen in Berührung zu bringen.
9B zeigt, dass alle Spitzen in Kontakt sind, aber der Abstandshalter an der rechten Seite der Einrichtung ebenfalls das Substrat berührt; ϕ muss minimiert werden, um die beste Planarität und nachfolgende Bemusterungshomogenität zu erzielen.
10A ist eine optische Aufnahme der 2D-Nano-PrintArray-Ausleger durch eine Beobachtungsöffnung gesehen. Die Spitzen verharren 1 μm oberhalb des Substrats, unmittelbar vor der Kontaktierung. Die im rot-orange gebrochenen Licht erscheinende ”Schmetterlingsflügel”-Formation innerhalb der pyramidalen Spitze hat noch nicht die Veränderung durchlaufen, die den Substratkontakt anzeigt.
10B zeigt, dass die Ausleger vollständig ausgelenkt sind, was anzeigt, dass die Ecken-Abstandshalter einheitlich berühren. Die ”Schmetterlingsflügel” haben entsprechend Form, Farbe und Intensität geändert.
11A zeigt eine NLP 2000-Softwareoberfläche, welche die Kontaktpunktmessungen zeigt, die an den Beobachtungsöffnungen 1b, 2b und 3b unmittelbar nach einer groben Selbstnivellierung gemacht wurden. Bei Verwendung des „Nivellierung Ausführen”-Befehls justiert das System die ϕ_x-ϕ_y-Stufen, um für die planare Fehlstellung zu kompensieren.
11B illustriert die unmittelbar nach der Kompensation erneut gemessenen Kontaktpunktmessungen. Die Neigung von 0.002° und ΔZ = 600 nm entspricht der Ausleger-Auslenkungs-Erfassungsgrenze von ±100 nm, was bedeutet, dass die Einrichtung so planar ist, wie mit diesen Verfahren gemessen werden kann.
12A–12D sind mikroskopische Dunkelfeldaufnahmen der homogenen Muster im Quadratzentimeterbereich, die unter den Druckbedingungen der 11 erzeugt wurden. Die Punkte sind in Abständen von 3 μm mit einer Haltezeit von 2 Sekunden hergestellte Goldstrukturen mit einer Dicke von 15 nm auf einem SiO₂-Substrat.
12E zeigt das Musterdesign, das mit der NLP 2000-Software erzeugt wurde.
13A zeigt segmentierte mikroskopische Hellfeldaufnahmen, welche die Musterhomogenität über den gesamten Quadratzentimeter illustrieren, wobei die Standardabweichung für Featureabweichungen < 6% beträgt.
13B zeigt einen herangezoomten Bereich, der die „DPN DPN”-Ergebnisuniformität zeigt.
13C zeigt das Muster gemäß dem Softwaredesign.
14 zeigt zwei Datensätze zur Stabilität selbstnivellierender Halterungen. Die Daten zeigen, dass die absoluten Z-Positionen der Beobachtungsöffnungen konstant bleiben und dass ihre gegenseitige Beziehung während selbstnivellierender Operationen fix bleibt. Dies bestätigt, dass die Stärke der Magnete die planare Ausrichtung der Einrichtung nach der Selbstnivellierung aufrechterhält. (A) Einrichtung #1 hat eine einzigartige Winkelauflösung, wie durch die Beobachtungsöffnungs-Spreizung gezeigt. Dies rührt von der einzigartigen Materialoberfläche zwischen der sphärischen Magnetkugel und ihrer kinematischen Befestigung her. (B) Eine geringfügig unterschiedliche Winkelauflösung und Materialoberfläche ist für Einrichtung #2 zu sehen, allerdings liegen beide ohne weiteres innerhalb angemessener Arbeitsgrenzen.
15A–15C sind perspektivische Ansichten eines Gerätes und eines Objekts während des Selbstnivellierungsprozesses.
16A–16C sind perspektivische Ansichten eines Gerätes und eines Objektes während des Selbstnivellierungsprozesses.
17A–17C zeigen einen Prozess zum Bestimmen des ersten Kontaktpunktes durch Überprüfen des ”Schmetterlingsflügel”-Lichtbrechungsverhaltens der Vorsprünge (Pyramiden).
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Einführung
Es wird allgemein auf den folgenden Artikel hingewiesen: Haaheim et al., "Self-Leveling Two-Dimensional Probe Arrays for Dip Pen Nanolithography", Scanning, 32, 49–59 (2010).
Der Begriff ”Befestigen” kann beispielsweise folgendes beinhalten: Anschließen, Vereinigen, Verbinden, Zuordnen, Einfügen, Hängen, Halten, Befestigen, Anhängen, Fixieren, Binden, Ankleben, Sichern, mit Bolzen befestigen, Schrauben, Nieten, Schweißen, Löten, Pressen und dergleichen weitere Begriffe. Darüber hinaus kann ”Befestigen” Objekte umfassen, die unmittelbar aneinander befestigt werden, und kann Objekte umfassen, die indirekt aneinander befestigt werden, beispielsweise über eine separate Komponente.
Es wird eine selbstnivellierende Halterung für Druckeinrichtungen wie etwa das 2D-Nano-PrintArray beschrieben und dargestellt. Ein Array mit 55 000 Spitzen kann, beispielsweise befestigt auf einem NLP 2000-Instrument von NanoInk zum Nanobemustern, z. B. in Bezug auf ein Substrat eine Planarität von weniger als 0,1° innerhalb von Sekunden erreichen, wobei wenige oder gar keine Benutzereingriffe erforderlich sind. Zusätzliche Routinen zur Feinnivellierung können diese Planarität bis auf beispielsweise weniger als 0,002° in Bezug auf das Substrat verbessern – das ist eine Z-Differenz von beispielsweise weniger als 600 nm über 1 cm² Oberflächenbereich. Eine hochgradig homogene ätzresistente Nanostruktur kann mittels eines selbstnivellierten Arrays mit Spitzen, beispielsweise DPN-Stiften, hergestellt werden.
Dem Selbstnivellierungsprozess kann zugetraut werden, dass er generell schneller, einfacher und präziser ist als bisherige Verfahren. Dies führt den Prozess zur automatisierten Nanoherstellung. Die planare Schiefstellung kann bei repräsentativen Ausführungsformen z. B. kleiner sein als 0,002°, was bisherige Ergebnisse zu übertreffen scheint. Die exzellente Planarität korreliert mit einheitlichen Bemusterungsergebnissen, was zu homogenen Nanostrukturen über 1 cm² führt. Es scheint, dass dies ebenfalls besser ist als bisherige Ergebnisse, die mittels einer Standardabweichung für Featureabmessungen von 6% quantifiziert werden. Es scheint, dass dies die beste ist, von der bisher berichtet wurde.
In den hier offenbarten beispielhaften Ausführungsformen kann die selbstnivellierende Aufhängungseinrichtung homogene Resultate über die folgenden Effekte erreichen: (1) Präzise Z-Positionierung über genaue Aufsetzpunkt-Detektierung; und (2) geringe Varianz in Ausleger-Auslenkung mittels sehr präziser Nivellierung.
Eine Einrichtung zur Nivellierung kann folgendes beinhalten: Eine Lagerungsstruktur und mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist.
Lagerungsstruktur
Lagerungsstrukturen können ausgebildet sein, um ein Objekt zu befestigen, welches eine Mehrzahl an Vorsprüngen aufweist, um ein Muster auf einem Substrat zu bilden. Lagerungsstrukturen können weiterhin ausgebildet sein, um an einem Gerät zum Aufbringen einer Tintenzusammensetzung auf der Mehrzahl der Vorsprünge befestigt zu werden. Lagerungsstrukturen können eine oder mehrere Öffnungen zum Beobachten eines an der Lagerungsstruktur befestigten Objekts beinhalten. Die Form und die Abmessungen der Lagerungsstrukturen können variieren. Nicht einschränkend aufzufassende Beispiele für Lagerungsstrukturen werden unten beschrieben und sind in den Figuren gezeigt. In gleicher Weise können die zur Bildung der Lagerungsstrukturen verwendeten Materialien variieren. Tatsächlich kann jedes starre Material verwendet werden. Geeignete Materialien beinhalten (sind aber nicht begrenzt auf) rostfreien Stahl, Aluminium, Kunststoffe und Keramiken.
Die Lagerungsstrukturen und das Objekt können aneinander befestigt werden, so dass sie wie ein einziges Stück funktionieren und sich im Raum bewegen wie ein Stück oder eine integrierte Einheit. Die Befestigung kann eine starre Befestigung sein statt einer biegsamen Befestigung.
Biegsame Verbindungsbaugruppen
Biegsame Verbindungsbaugruppen können ausgebildet sein, um es einem an der Lagerungsstruktur befestigten Objekt zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf eine Oberfläche bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche zu erreichen. Mit „biegsamer Verbindungsbaugruppe” ist eine Baugruppe bzw. Anordnung von Komponenten gemeint, die eine Verbindung bilden, die sich in eine oder mehrere Richtungen biegen kann. Lediglich beispielhaft sei erwähnt, dass biegsame Verbindungsbaugruppen drehbare Verbindungsbaugruppen oder schwenkbare Verbindungsbaugruppen beinhalten. Derartige biegsame Verbindungsbaugruppen sind in der Lage, sich mittels einer drehenden Bewegung in mehrere Richtungen zu biegen. Die biegsamen Verbindungsbaugruppen können weiterhin ausgebildet sein, es einem an der Lagerungsstruktur befestigten Objekt zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf eine Oberfläche aufrechtzuerhalten, nachdem der Kontakt mit der Oberfläche abgebrochen ist.
Die Fähigkeit der biegsamen Verbindungsbaugruppen, es diesen befestigten Objekten zu ermöglichen, in Bezug auf eine Oberfläche eine parallele Ausrichtung einzunehmen und aufrechtzuerhalten, wird mindestens teilweise durch den Glitreibungskoeffizienten und den Haftreibungskoeffizienten der biegsamen Verbindungsbaugruppe beeinflusst. Die offenbarten biegsamen Verbindungsbaugruppen können durch einen Gleitreibungskoeffizienten charakterisiert werden, der hinreichend klein ist, um es einem befestigten Objekt zu ermöglichen, sich frei zu bewegen und bei Kontakt des Objektes mit einer Oberfläche eine parallele Ausrichtung einzunehmen. Die biegsamen Verbindungsbaugruppen können weiterhin durch einen Haftreibungskoeffizienten charakterisiert werden, der hinreichend groß ist, um einer Bewegung zu widerstehen und es dem Objekt zu ermöglichen, die parallele Ausrichtung beizubehalten, nachdem der Kontakt mit der Oberfläche abgebrochen ist. Gleit- und Haftreibungskoeffizienten können von der Wahl des Materials, welches für die Komponenten der biegsamen Verbindungsbaugruppen verwendet wird, wie auch von den Oberflächencharakteristiken (z. B. der Oberflächenrauhigkeit) dieser Materialien abhängen. Zur Oberflächenrauhigkeit ist anzumerken, dass ein „rauhes” Material Oberflächenmerkmale hat, die im Mikro- und Nanobereich wie die Zähne eines Getriebes angesehen werden können. Während des Nivellierungsprozesses kann das an der Lagerungsstruktur befestigte Objekt diskrete planare Positionen einnehmen, die dazu korrespondieren, dass die biegsame Verbindungsbaugruppe in unterschiedliche „Getriebe”-Positionen rutscht. Jedes starre Material kann für die Komponenten der biegsamen Verbindungsbaugruppen verwendet werden. Geeignete Materialien beinhalten (sind aber nicht beschränkt auf) rostfreien Stahl, Aluminium, Kunststoffe und Keramiken.
Die biegsamen Verbindungsbaugruppen können aus unterschiedlichen Komponenten ausgebildet sein. Lediglich beispielhaft wird mitgeteilt, dass die biegsame Verbindungsbaugruppe eine Kugel und ein Verbindungselement beinhalten kann, welches an der Kugel befestigt ist, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die ausgeformt ist, um die Kugel aufzunehmen, wenn die Kugel am Verbindungselement anliegt. Unterschiedliche Verbindungselemente können verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Verbindungselement ein Paar Stäbe aufweisen, die voneinander hinreichend beabstandet sind, um eine Kugel aufzunehmen, die auf das Stäbepaar aufgesetzt wird. In einem weiteren Beispiel kann ein Verbindungselement einen Sockel beinhalten, der eine Höhlung hat, um eine Kugel aufzunehmen, die innerhalb der Höhlung anliegt bzw. ruht. Die Höhlung des Sockels kann unterschiedliche Formen annehmen, was eine konkave Form, eine linear ausgekehlte Form, und eine dreiecksmäßig ausgekehlte Form einschließt (hierauf aber nicht begrenzt ist). In einem nochmals weiteren Beispiel kann ein Verbindungselement eine dreieckige Anordnung dreier Kugeln beinhalten, die hinreichend beabstandet sind, um eine Kugel aufzunehmen, die auf das Zentrum des Dreiecks gesetzt wird. In all diesen Beispielen gewährleistet die biegsame Verbindungsbaugruppe einen Bewegungsbereich für ein an der biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigtes Objekt, wenn sich die Kugel innerhalb der Depression des Verbindungselements dreht.
Die biegsamen Verbindungsbaugruppen können magnetische Verbindungsbaugruppen sein, wobei mindestens eine der Komponenten der Baugruppe magnetisch ist. Für diejenigen Ausführungsbeispiele, bei denen die biegsamen Verbindungsbaugruppen eine Kugel und ein Verbindungselement beinhaltet, kann die Kugel oder das Verbindungselement oder können beide magnetisch sein. Unterschiedliche Materialien können verwendet werden, vorausgesetzt das Material ist ein Magnet. Geeignete Materialien beinhalten ultrastarke Magnete mit Neodym und überzogen mit Nickel. Derartige Magnete sind kommerziell erhältlich. Wenn eine Komponente der biegsamen Verbindungsbaugruppe ein Magnet ist, kann die andere Komponente aus einem Material gebildet werden, das in der Lage ist, von einem Magneten angezogen zu werden, was Stahl einschließt (hierauf aber nicht begrenzt ist).
Die offenbarten Einrichtungen können eine biegsame Verbindungsbaugruppe oder eine Mehrzahl biegsamer Verbindungsbaugruppen beinhalten. Biegsame Verbindungsbaugruppen können an der Lagerungsstruktur mittels unterschiedlicher bekannter Mittel befestigt werden, was Haftmittel, Klebemittel, oder Magnete einschließt (hierauf aber nicht begrenzt ist).
Beispiele für biegsame Verbindungsbaugruppen sind weiter unten beschrieben und in den Figuren gezeigt.
An der Lagerungsstruktur zu befestigende Objekte
Die an der Lagerungsstruktur zu befestigenden Objekte beinhalten eine Mehrzahl Vorsprünge, wobei die Vorsprünge ausgebildet sind, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche zu bilden. Das Muster kann ein Muster im Mikro- oder Nanobereich sein. Unter ”Mikrobereich” wird verstanden, dass das Muster z. B. ein Feature mit einer Abmessung in der Größenordnung von Mikrometern beinhaltet, z. B. 1, 10, 100 μm, etc. Unter „Nanobereich” wird verstanden, dass das Muster z. B. ein Feature mit einer Abmessung in der Größenordnung von Nanometern beinhaltet, z. B. 1, 10, 100 nm, etc. Das Muster kann Punkte, Linien und Kreise beinhalten, die in unterschiedlichen unregelmäßigen oder regelmäßigen Orientierungen angeordnet sind. Beispielhafte Objekte beinhalten Stempel (einschließlich Polymerstempeln), wie sie im Mikro-Kontaktdruck verwendet werden, und Formen, wie sie bei der Nanoaufdruck-Lithographie verwendet werden. Derartige Stempel und Formen sind bekannt. Das Objekt kann ein elastomerisches Spitzenarray sein, wie etwa dasjenige, das in Hong et al. beschrieben wird, "A micromachined elastomeric tip array for contact printing with variable dot size and density", J. Micromech. Microeng. 18 (2008).
Ein weiteres, nicht einschränkend aufzufassendes, beispielhaftes Objekt besteht aus einem Array nanoskopischer und/oder Rastersondenspitzen. Das Array kann ein eindimensionales oder ein zweidimensionales Spitzenarray sein, was Spitzenarrays hoher Dichte einschliesst. Vergleiche hierzu z. B. die U.S.-Patente mit den Nummern 6,635,311 und 6,827,979 (Mirkin et al.); die U.S.-Patentanmeldung Nr. 2008/0105042 (Mirkin et al.); und die U.S.-Patentanmeldung Nr. 2008/0309688 (Haaheim et al.). Vergleiche ebenso DPN 5000, NLP 2000, NSCRIPTOR^TM und weitere nanolithographische Gerätschaften, die von NanoInk (Skokie, IL, USA) verkauft werden. Die Spitzen können massiv oder hohl sein, und können einen Spitzenradius von beispielsweise weniger als 100 nm haben. Die Spitzen können (müssen aber nicht) am Ende einer Auslegerstruktur gebildet sein. Der Ausleger kann an einem Halter befestigt sein. Der Halter kann eine oder mehrere Beobachtungsöffnungen beinhalten, die für eine Sicht auf die bzw. eine Beobachtung der Spitzen ausgebildet sind. Die Beobachtungsöffnungen können unterschiedliche Formen, Größen und Konfigurationen haben, wie z. B. in der U.S.-Patentschrift Nr. 2008/0309688 (Haaheim et al.) beschrieben. Diese Referenz beschreibt ebenso Verfahren zur Herstellung der Beobachtungsöffnungen. Die Halter können auch einen oder mehrere Abstandshalter beinhalten, die dazu dienen, das Andrücken von Spitzen gegen die Unterseite der Halter zu verhindern. Hierzu sei nochmals auf die U.S.-Patentanmeldung Nr. 2008/0309688 (Haaheim et al.) verwiesen.
Polymerische Stift-Spitzenarrays werden beispielsweise in der WO 2009/132,321 ( PCT/US 2009/041738 ) (Mirkin et al.) beschrieben.
Objekte, Lagerungsstrukturen und andere Einrichtungen, die an dem Objekt befestigt sind, und auch Substrate, können ausgebildet sein, um sich mit Nanopositionierern wie etwa Piezowiderstands-Nanopositionierern zu bewegen. Bewegungen können in x-, y- und z-Richtung erfolgen; es kann sich auch um drehende Bewegungen handeln. Vergleiche hierzu die U.S.-Patentanmeldung Nr. 2009/0023607, und "The Nanopositioning Book. Moving and Measuring to Retter than a Nanometre", T. R. Hicks et al., 2000.
Die Objekte können an der Lagerungsstruktur mittels unterschiedlicher bekannter Befestigungsmittel befestigt werden. Lediglich beispielhaft sei erwähnt, dass Haftmittel, Klebemittel oder Magnete verwendet werden können, um das Objekt an der Lagerungsstruktur zu befestigen.
Befestigungshalterung
Auch eine separate Verbindungshalterung kann verwendet werden, die ausgebildet ist, um die Befestigung des Objekts an der Lagerungsstruktur zu unterstützen. Die Befestigungshalterung kann hilfreich sein, wenn Haftmittel, Klebemittel oder vergleichbare Befestigungsmittel verwendet werden, um das Objekt an der Lagerungsstruktur zu befestigen. Die Befestigungshalterung kann eine Kavität beinhalten, die ausgebildet ist, um das Objekt in einer festen Position zu halten, wobei eine Befestigungsoberfläche des Objekts während des Befestigungsprozesses frei bleibt. Die Befestigungshalterung kann weiterhin einen Kanal beinhalten, der ausgebildet ist, um eine Lagerungsstruktur aufzunehmen, die auf der Befestigungsoberfläche des Objekts platziert wird. Die Befestigungshalterung kann weiterhin ein Klemmelement beinhalten, welches ausgebildet ist, um die Lagerungsstruktur während des Befestigungsprozesses in einer festen Position auf der Befestigungsoberfläche des Objekts zu halten. Die allgemeine Form und die Abmessungen der Befestigungshalterung sind nicht eingeschränkt; sie können in Abhängigkeit von den Formen und Abmessungen des Objekts und der Lagerungsstruktur variieren, die unter Verwendung der Befestigungshalterung aneinander zu befestigen sind. In ähnlicher Weise können sich auch die für die Bildung der Befestigungshalterung verwendeten Materialien unterscheiden. Alle hierin beschriebenen Metalle und Kunststoffe können verwendet werden, obwohl auch die Verwendung anderer, ähnlicher Materialien möglich ist. Nicht einschränkend aufzufassende Beispiele von Befestigungshalterungen sind unten beschrieben und werden in den Figuren gezeigt.
Weitere Komponenten
Die Einrichtungen können unterschiedliche weitere Komponenten beinhalten. Lediglich beispielhaft sei erwähnt, dass die Einrichtungen eine Befestigungsstruktur beinhalten können, die an der mindestens einen biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigt ist. Die Befestigungsstruktur kann ausgebildet sein, um an einem Bemusterungsinstrument befestigt zu werden. Die Formen und Abmessungen der Befestigungsstruktur können variieren. Nicht einschränkend aufzufassende Beispiele für Befestigungsstrukturen werden unten beschrieben und sind in den Figuren gezeigt. In ähnlicher Weise können auch die für die Bildung der Lagerungsstrukturen verwendeten Materialien variieren. Geeignete Materialien schließen Kupfer und dergleichen ein (sind hierauf aber nicht begrenzt). Die Befestigungsstruktur kann an der biegsamen Verbindungsbaugruppe und dem Bemusterungsinstrument auf unterschiedliche Weisen befestigt werden, einschließlich der Verwendung von Haftmitteln, Klebemitteln und Schrauben (diese Aufzählung ist nicht einschränkend zu verstehen).
Die Einrichtungen können weiterhin ein Signalisierungssystem zum Signalisieren der Ausrichtung des befestigten Objekts in Bezug auf eine Oberfläche beinhalten. Zum Beispiel kann das Signalisierungssystem ausgebildet sein, um zu signalisieren, wann eine parallele Ausrichtung des angebrachten Objekts zu einer Oberfläche erreicht worden ist. Nicht einschränkend aufzufassende Beispiele für Signalisierungssysteme sind unten beschrieben und werden in den Figuren gezeigt.
Zusätzliche Ausführungsbeispiele
Ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zum Nivellieren ist in 1 gezeigt. Wie in 1 gezeigt, beinhaltet die Einrichtung 100 eine Lagerungsstruktur 102, die ausgebildet ist, um ein Objekt 104 und eine an der Lagerungsstruktur angebrachte biegsame Verbindungsbaugruppe 106 zu befestigen. Die in 1 gezeigte Lagerungsstruktur 102 ist ein Block, andere Formen können aber ebenso verwendet werden. Alle oben beschriebenen Objekte können an der Lagerungsstruktur angebracht werden, einschließlich eines Spitzenarrays mit z. B. Rastersondenspitzen, Spitzen, die auf einem Ausleger vorgesehen sind, Spitzen, die nicht an einem Ausleger vorgesehen sind, und/oder elastomerische Spitzen. Zwar sind die offenbarten Einrichtungen ausgebildet, um derartige Objekte zu befestigen, die Einrichtungen müssen aber die Objekte selbst nicht beinhalten. Wie in 1 gezeigt, kann die biegsame Verbindungsbaugruppe 106 eine Kugel 108 und ein Verbindungselement 110 beinhalten, welches an der Kugel befestigt ist. Andere biegsame Verbindungsbaugruppen sind aber ebenfalls möglich. Das Verbindungselement 110 beinhaltet an einem Ende eine Depression, wobei die Depression geformt ist, um die gegen das Verbindungselement anliegende Kugel aufzunehmen. In 1 ist die biegsame Verbindungsbaugruppe eine magnetische Verbindungsbaugruppe. Im allgemeinen kann entweder die Kugel oder das Verbindungselement magnetisch sein; in 1 ist allerdings das Verbindungselement 110 ein Magnet und die Kugel 108 ist eine Stahlkugel. Somit sind das Verbindungselement und die Kugel mittels magnetischer Kräfte aneinander befestigt und die biegsame Verbindungsbaugruppe kann sich in unterschiedliche Richtungen biegen, wenn sich die Kugel 108 innerhalb der Depression des Verbindungselements 110 dreht. Die Kugel 108 ist an der Lagerungsstruktur 102 mittels eines Haftmittels angebracht (andere Befestigungsmittel sind jedoch ebenfalls möglich). Somit resultiert jegliche Biegung der biegsamen Verbindungsbaugruppe in einer Bewegung der Lagerungsstruktur, die an der Kugel angebracht ist, und des Objekts, das an der Lagerungsstruktur befestigt ist.
Die 2A und 2B zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel einer Nivellierungseinrichtung. Wie in 2A gezeigt, beinhaltet die Einrichtung 200 eine Lagerungsstruktur 202, die ausgebildet ist, um ein Objekt 204 und eine an der Lagerungsstruktur befestigte biegsame Verbindungsbaugruppe 206 zu befestigen. Die Einrichtung beinhaltet weiterhin eine Befestigungsstruktur 212, die an dem Verbindungselement der biegsamen Verbindungsbaugruppe 206 befestigt ist. Die Befestigungsstruktur ist ausgebildet, um an einer Plattform 214 eines Bemusterungsinstruments (nicht gezeigt) mittels eines Gelenkelements 216 an einem Ende der Befestigungsstruktur befestigt zu werden. 2B zeigt eine Draufsicht auf die Einrichtung einschließlich der Lagerungsstruktur 202, des Objekts 204, der biegsamen Verbindungsbaugruppe 206 und der Befestigungsstruktur 212. 2B zeigt deutlicher, dass bei diesem Ausführungsbeispiel die Befestigungsstruktur die Form eines Strahls hat; andere Formen sind aber ebenfalls möglich. In ähnlicher Weise kann die Befestigungsstruktur an dem Bemusterungsinstrument neben einem Gelenkelement 216 auch über andere Mittel befestigt werden.
Die 2A und 2B zeigen auch, dass die Nivellierungseinrichtung mit einem Signalisierungssystem integriert vorliegt, wobei das Signalisierungssystem zum Signalisieren dient, wann eine parallele Ausrichtung eines an der Einrichtung angebrachten Objekts erreicht worden ist. Das Signalisierungssystem beinhaltet einen elektrischen Schaltkreis. Der elektrische Schaltkreis wird durch folgende Elemente gebildet: eine Stromquelle, die durch einen positiven Anschluss 217 und einen negativen Anschluss 218 repräsentiert wird; eine Lichtquelle (nicht gezeigt), die elektrisch mit der Stromquelle gekoppelt ist; die Befestigungsstruktur 212, die elektrisch mit der Stromquelle gekoppelt ist; und ein Lagerungselement 220, das elektrisch mit der Stromquelle gekoppelt und ausgebildet ist, um das andere Ende der Befestigungsstruktur zu lagern. Unterschiedliche bekannte Stromquellen und Lichtquellen können verwendet werden. Lediglich beispielhaft wird erwähnt, dass eine LED als eine Lichtquelle verwendet werden kann. Die Form und die Abmessungen des Lagerungselements können variieren, vorausgesetzt das Lagerungselement kann das Ende der Befestigungsstruktur lagern. Die Zusammensetzung des Lagerungselements und der Befestigungsstruktur kann ebenfalls variieren, obwohl leitfähige Materialien wünschenswert sind, um den elektrischen Schaltkreis des Signalisierungssystems zu bilden.
Es sind auch andere Signalisierungssysteme denkbar, um zu signalisieren, wann eine parallele Ausrichtung erreicht worden ist, und um dementsprechend quantitative Informationen zu liefern. Derartige Signalisierungssysteme können in jede der hier offenbarten Einrichtungen integriert werden. Zum Beispiel kann ein Signalisierungssystem Mittel für eine Auslenkungsmessung beinhalten. Eine mit einem derartigen Signalisierungssystem integriert ausgeführte Einrichtung kann einen starren Arm beinhalten, der mit der Einrichtung gekoppelt ist. Der Arm kann ausgebildet sein, um sich von der Einrichtung nach außen zu erstrecken. Der Arm kann weiterhin ausgebildet sein, um die Bewegung der Einrichtung zu messen, wenn die Einrichtung unter Last gerät. Zum Beispiel kann der Arm mit einer Auslenkungsmesseinrichtung gekoppelt sein, wie etwa einem digitalen Kodierer oder einem kapazitiven Sensor zur Bewegungsmessung. Wenn die Einrichtung in Kontakt mit der Oberfläche des Substrats gelangt und die Vorsprünge an einem an der Einrichtung befestigten Objekt beginnen, auszulenken und eine Kraft nach oben auf den Arm ausüben, können sehr kleine Auslenkungen des Arms gemessen werden.
Als ein weiteres Beispiel wird ein Signalisierungssystem erwähnt, dass Mittel für eine Biegedehnungsmessung beinhalten kann. Eine mit einem derartigen Signalisierungssystem integriert ausgeführte Einrichtung kann einen mit der Einrichtung gekoppelten Dehnungsmesser beinhalten, wobei der Dehnungsmesser ausgebildet ist, um die angewendete Kraft zu messen und den Aufsetzpunkt zu quantifizieren, wenn die Einrichtung und das Substrat in Kontakt gelangen. Alternativ kann die Einrichtung Drucksensoren beinhalten, die mit einem von der Einrichtung zu kontaktierenden Substrat gekoppelt sind. Die Drucksensoren können ausgebildet sein, um Informationen darüber zu liefern, wann und wo Vorsprünge an einem an der Einrichtung befestigten Objekt beginnen, eine Kraft auf das Substrat auszuüben.
Der Nivellierungsprozess wird nunmehr unter Bezugnahme auf die 2A und 2B beschrieben. Das befestigte Objekt 204 kann in Kontakt mit einem Substrat (nicht gezeigt) gebracht werden, welches unterhalb des Objekts vorliegt. Kontakt zwischen dem Objekt und der Oberfläche des Substrats kann auf unterschiedliche Weisen herbeigeführt werden, beispielsweise mittels einer Absenkung der Einrichtung (und damit des befestigten Objekts) in Richtung auf das Substrat, oder mittels einer Anhebung des Substrats in Richtung auf die Einrichtung. Lediglich beispielhaft wird mitgeteilt, dass ein Substrat auf einer beweglichen Bühne bzw. Plattform bzw. einem beweglichen Tisch eines Bemusterungsinstruments befestigt werden kann. Wenn das Substrat und das befestigte Objekt in Kontakt gelangen, kann sich die Kugel der biegsamen Verbindungsbaugruppe 206 innerhalb der Depression des Verbindungselements drehen, was ermöglicht, dass das befestigte Objekt in Bezug auf das Substrat eine parallele Ausrichtung einnimmt. Somit ist die Einrichtung fähig zur ”Selbstnivellierung”, was bedeutet, dass die Nivellierung durch die Freiheit der Bewegung erreicht wird, die durch die biegsame Verbindungsbaugruppe gewährleistet wird, und durch die Kraft, die das befestigte Objekt und das Substrat während des Kontakts aufeinander ausüben.
Ebenfalls mit Bezugnahme auf die 2A und 2B wird nunmehr der Signalisierungsprozess beschrieben. Bevor das befestigte Objekt eine parallele Ausrichtung erreicht, ruht die Befestigungsstruktur 212 auf, und ist in Kontakt mit, dem Lagerungselement 220. Bei dieser Konfiguration wird ein geschlossener elektrischer Schaltkreis gebildet, und zwar zwischen den Stromquellen 217, 218, der Befestigungsstruktur 212, dem Lagerungselement 220, und der Lichtquelle, wodurch bewirkt wird, dass die Lichtquelle ”angeht”. Nachdem das befestigte Objekt in Bezug auf das Substrat eine parallele Ausrichtung einnimmt, wird jede weitere senkrechte Bewegung des Substrats und des Objekts relativ zueinander bewirken, dass die Befestigungsstruktur von dem Lagerungselement abhebt. Dieses ”Abheben” öffnet den elektrischen Schaltkreis, wodurch bewirkt wird, dass die Lichtquelle ”ausgeht”. Somit geht von der Lichtquelle ein Signal aus, dass die parallele Ausrichtung des Objekts in Bezug auf das Substrat erreicht worden ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Nivellierungseinrichtung ist in 3 gezeigt. Die Einrichtung 300 beinhaltet eine Lagerungsstruktur 302, die zur Befestigung eines Objekts 304 ausgebildet ist, und eine Mehrzahl biegsamer Verbindungsbaugruppen 306, 308, 310 und 312, die an der Lagerungsstruktur befestigt sind. Eine Mittelachse kann definiert werden, um welche die biegsamen Verbindungsbaugruppen vorgesehen sind. Zwei Achsen können definiert werden, die senkrecht zur Mittelachse verlaufen. Diese zwei Achsen stehen senkrecht zueinander und können verwendet werden, um die Position der biegsamen Verbindungsbaugruppen zu definieren. Zusätzlich können zwei senkrechte Ebenen die Mittelachse schneiden, wobei die biegsamen Verbindungsbaugruppen sich auf diesen Ebenen befinden können. Die erste biegsame Verbindungsbaugruppe 306 ist entlang einer ersten Achse parallel zu der Lagerungsstruktur 302 positioniert. Die zweite biegsame Verbindungsbaugruppe 308 ist entlang der ersten Achse und entgegengesetzt zu der ersten biegsamen Verbindungsbaugruppe 306 positioniert. Die dritte biegsame Verbindungsbaugruppe 310 ist entlang einer zweiten Achse parallel zu der Lagerungsstruktur 302 und senkrecht zu der ersten Achse positioniert. Die vierte biegsame Verbindungsbaugruppe 312 ist entlang dieser zweiten Achse und entgegengesetzt zu der dritten biegsamen Verbindungsbaugruppe 310 positioniert. Wie in 2 beinhaltet jede der biegsamen Verbindungsbaugruppen der 3 eine Kugel und ein Verbindungselement, wobei das Verbindungselement eine Depression hat, die geformt ist, um die Kugel innerhalb der Depression aufzunehmen. Jedoch sind andere biegsame Verbindungsbaugruppen ebenfalls denkbar. 3 zeigt, dass bei diesem Ausführungsbeispiel die Verbindungselemente Sockel sind. Die Sockel der zweiten 308 und vierten 312 biegsamen Verbindungsbaugruppen haben zwei gegenüberliegende lange Seiten und zwei gegenüberliegende kurze Seiten. Jedoch sind andere Arten von Verbindungselementen denkbar. Die Form des Verbindungselementes der zweiten biegsamen Verbindungsbaugruppe 308, wie sie in 3 gezeigt ist, kann die Drehung eines befestigten Objekts 304 um die zweite Achse erleichtern, aber die Drehung des befestigten Objekts um die erste Achse begrenzen. In ähnlicher Weise kann die Form des Verbindungselements der vierten biegsamen Verbindungsbaugruppe 312, wie sie in 3 gezeigt ist, die Drehung des befestigten Objekts um die erste Achse erleichtern, aber die Drehung des Objekts um die zweite Achse begrenzen.
Die biegsamen Verbindungsbaugruppen in 3 können magnetische Verbindungsbaugruppen sein. Zwar kann sowohl die Kugel als auch das Verbindungselement magnetisch sein; jedoch sind in 3 die Kugeln magnetisch und die Verbindungselemente sind aus einem Material gebildet, z. B. Stahl, welches in der Lage ist, von einem Magneten angezogen zu werden. Somit werden, wie oben beschrieben, das Verbindungselement und die Kugel mittels magnetischer Kräfte befestigt und die beweglichen Verbindungsbaugruppen sind in der Lage, sich in unterschiedliche Richtungen zu biegen, wenn sich die Kugeln innerhalb der Depressionen ihrer jeweiligen Verbindungselemente drehen. Die Kugeln der ersten 306 und der zweiten 308 biegsamen Verbindungsbaugruppen können an der Lagerungsstruktur 302 mittels eines Haftmittels befestigt werden, jedoch sind andere Befestigungsmittel ebenso möglich.
Wie in 3 gezeigt, kann die Einrichtung weiterhin eine Mittelstruktur 314 aufweisen, die oberhalb der Lagerungsstruktur 302 positioniert und an der ersten 306 und zweiten 308 biegsamen Baugruppe befestigt ist. Die Einrichtung kann weiterhin eine obere Struktur 316 beinhalten, die oberhalb der Mittelstruktur 314 positioniert und an der dritten 310 und vierten 312 biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigt ist. Die Formen und Abmessungen der Lagerungsstruktur 302, der mittleren Struktur 314 und der oberen Struktur 316 können variieren. Wie in den 3 und 4A gezeigt, können diese Strukturen komplementäre Formen haben. Insbesondere kann die Mittelstruktur 314 geformt sein, um passend um mindestens einen Teil der Lagerungsstruktur 302 und der oberen Struktur 316 herumzugreifen und diesen Teil aufzunehmen, so dass die Strukturen ”verschachtelt” sind, wenn sie vollständig zusammengebaut sind. Die genaue Form der Lagerungsstruktur 302 und der Mittelstruktur 314, wie sie in 3 gezeigt ist, kann auch die Drehung des Objekts um die zweite Achse erleichtern (wie oben beschrieben), während die Drehung des Objekts um die erste Achse begrenzt wird. Ähnlich kann, wie in den 3 und 4A gezeigt, die obere Struktur 316 geformt sein, um in mindestens einen Teil der Mittelstruktur 314 zu passen, so dass die obere Struktur und die mittlere Struktur ”verschachtelt” sind, wenn sie vollständig zusammengebaut sind. Die genaue Form der mittleren Struktur 314 und der oberen Struktur 316, wie sie in 3 gezeigt ist, kann außerdem die Drehung des befestigten Objekts um die erste Achse erleichtern, während die Drehung des Objekts um die zweite Achse begrenzt wird. Die Kugeln der dritten 310 und vierten 312 biegsamen Verbindungsbaugruppen können an der Mittelstruktur 314 mittels eines Haftmittels befestigt werden, jedoch sind andere Befestigungsmittel ebenso möglich.
3 zeigt weiterhin, dass die Einrichtung zusätzliche Mechanismen, Ausführungsbeispiele oder Mittel zum Befestigen der Mittelstruktur 314 an der ersten 306 und zweiten 308 biegsamen Verbindungsbaugruppe und zum Befestigen der oberen Struktur 316 an der dritten 310 und vierten 312 biegsamen Verbindungsbaugruppe beinhalten kann. Diese Befestigungs-Ausführungsformen können Magnete 318–324 sein (318, 320, 322, 324), wobei andere Befestigungs-Ausführungsformen ebenfalls möglich sind. Wie in 3 gezeigt, können der erste 318 und der zweite 320 Magnet zwischen der Lagerungsstruktur 302 und der Mittelstruktur 314 positioniert sein. Der erste 318 und der zweite 320 Magnet können an der Mittelstruktur 314 unter Verwendung unterschiedlicher Mittel, einschließlich Haftmitteln, befestigt sein. Der erste 318 und der zweite 320 Magnet können dann über magnetische Kräfte an den Verbindungselementen der ersten 306 bzw. zweiten 308 biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigt sein. Ähnlich können der dritte 310 und vierte 324 Magnet zwischen der Mittelstruktur 314 und der oberen Struktur 316 positioniert sein. Der dritte 322 und der vierte 324 Magnet können über unterschiedliche Mittel, einschließlich Haftmitteln, an der oberen Struktur 316 befestigt sein. Der dritte 322 und der vierte 324 Magnet können dann über magnetische Kräfte an den Verbindungselementen der dritten 310 bzw. vierten 312 biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigt sein.
3 zeigt, dass die Magnete 318–324 (318, 320, 322, 324) und die biegsamen Verbindungsbaugruppen 306–312 (306, 308, 310, 312) eine ”Sandwich”-artige Struktur bilden, die einen Magneten, ein Verbindungselement, und eine Kugel beinhaltet. In der Figur ist die Kugel ebenfalls magnetisch. Eine alternative Sandwichstruktur ist ein Magnet, eine Kugel und ein Verbindungselement. In einer derartigen Struktur kann das Verbindungselement magnetisch sein. Somit kann die Kugel von einem herkömmlichen Stahlkugellager stammen, wobei die Kugel bearbeitet worden ist, so dass sie glatter ist als eine magnetische Kugel. Wie oben beschrieben, kann die Glattheit von Strukturen der biegsamen Verbindungsbaugruppe mindestens den Haftreibungskoeffizienten der Baugruppe beeinflussen, wobei eine glattere Kugel ein ”Getriebe” mit kleineren ”Zähnen” bedeutet, und einen kleineren Haftreibungskoeffizienten.
Wie in 3 gezeigt, können die Lagerungsstruktur 302, die Mittelstruktur 314 und die obere Struktur 316 jeweils eine zentrale Öffnung 326 beinhalten, die ausgebildet ist, um die Sicht auf ein Objekt 304 zuzulassen, welches an der Lagerungsstruktur befestigt ist. Wie unten weiter beschrieben werden wird, kann dieses Merkmal als Teil eines Signalisierungssystems sinnvoll sein, um zu signalisieren, wann eine parallele Ausrichtung des Objekts in Bezug auf ein Substrat erreicht worden ist.
Wie oben beschrieben, kann die Lagerungsstruktur 302 weiterhin ausgebildet sein, um an einem Gerät befestigt zu werden, welches zum Aufbringen einer Tintenzusammensetzung auf die Mehrzahl an Vorsprüngen dient. Wie in 3 gezeigt, kann die Lagerungsstruktur 302 ein Paar Magnete 328, 330 beinhalten. Diese Magnete können verwendet werden, um die Lagerungsstruktur (z. B., wenn diese von der Einrichtung 300 abgenommen wird) an unterschiedlichen Strukturen zu befestigen, was ein Gerät einschließt, welches zum Aufbringen einer Tintenzusammensetzung auf die Mehrzahl an Vorsprüngen des gegen ein Substrat zu nivellierenden Objekts vorgesehen ist. Wenn das Objekt ein Array mit Spitzen (etwa Rastersondenspitzen) ist, kann die Lagerungsstruktur über die Magnete 328, 330 an einem Gerät zur Bedampfung der Spitzen befestigt werden. Die Spitzen können auch mit einer flüssigen Beschichtung unter Verwendung von z. B. Phospholipiden beschichtet werden.
Die 4A–4C zeigen unterschiedliche perspektivische Ansichten der in der 3 gezeigten Einrichtung im zusammengebauten Zustand. 4A zeigt eine perspektivische Draufsicht auf die Einrichtung 400 einschließlich der Lagerungsstruktur 402, die ausgebildet ist, um ein Objekt 404 zu befestigen, eine Mittelstruktur 414, und eine obere Struktur 416. Die Mittelstruktur 414 ist teilweise transparent gezeigt, um die zweite biegsame Verbindungsbaugruppe 408 zu zeigen. Nur Teile der ersten, dritten und vierten biegsamen Verbindungsbaugruppen sind gezeigt (nicht bezeichnet). 4B zeigt eine perspektivische Unteransicht der Einrichtung 400, einschließlich der Lagerungsstruktur 402, die ausgebildet ist, um ein Objekt 404, eine Mittelstruktur 414 und eine oberen Struktur 416 zu befestigen. 4B zeigt ebenfalls, dass das Objekt 404 eine Mehrzahl von Beobachtungsöffnungen 434 beinhaltet, die ausgebildet sind, um die Sicht auf einen Vorsprung oder mehrere Vorsprünge (nicht gezeigt) an dem Objekt zu ermöglichen. Wie weiter unten beschrieben werden wird, kann dieses Merkmal als Teil eines Signalisierungssystems hilfreich sein, um zu signalisieren, wann eine parallele Ausrichtung des Objekts in Bezug auf ein Substrat erreicht worden ist.
Wie oben beschrieben, können die Nivellierungseinrichtungen eine Befestigungsstruktur beinhalten, die ausgebildet ist, um ein Bemusterungsinstrument zu befestigen. Eine derartige Einrichtung 500 ist in 5 gezeigt. Die Befestigungsstruktur 536 hat eine Ausleger- oder Strahlstruktur 538 mit einer Öffnung 540, wobei jedoch andere Formen möglich sind. 5 zeigt außerdem die Lagerungsstruktur 502, die Mittelstruktur 514 und die obere Struktur 516 der Einrichtung 500.
Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen kann das Aufhängungsdesign nur die äußere Umfangslinie des Objekts verdecken, wobei das Objekt etwa ein Spitzenarray ist, z. B. ein 2D-Nano-PrintArray, wobei der interne Sichtbereich für die Beobachtung freigelassen wird. Vorteilhafterweise erlaubt dies Auslenkungsmessungen mittels Beobachtungsöffnung, um auf hilfreiche Art und Weise eine Bestätigung der Planarität bereit zu stellen. Dieses Design unterscheidet sich von dem 2-Achsen-Design oder Einzelne-Kugeln-Designs.
Nivellierungsprozess
Nunmehr wird der Nivellierungsprozess beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf 3. Das befestigte Objekt 304 kann in Kontakt mit einem Substrat (nicht gezeigt) gebracht werden, welches unterhalb des Objekts vorliegt. Der Kontakt zwischen dem Objekt und der Oberfläche des Substrats kann auf unterschiedliche Weisen erreicht werden, wie oben mit Bezug auf 2 beschrieben. Lediglich beispielhaft wird angemerkt, dass ein Substrat auf einer beweglichen Plattform oder Bühne bzw. einem Tisch eines Bemusterungsinstruments befestigt werden kann und an das befestigte Objekt 304 der Einrichtung 300 heran angehoben werden kann. Geraten das Substrat und das befestigte Objekt in Kontakt, drehen sich die Kugeln der biegsamen Verbindungsbaugruppen innerhalb der Depressionen der jeweiligen Verbindungselemente. Wie oben beschrieben ermöglichen die spezifischen Formen der Lagerungsstruktur 302, der Mittelstruktur 314, der oberen Struktur 316 und die Verbindungselemente der zweiten 308 und der vierten 312 biegsamen Verbindungsbaugruppe die Drehung des befestigten Objekts 304 um eine erste Achse parallel zur Lagerungsstruktur und um eine zweite Achse parallel zur Lagerungsstruktur und senkrecht zur ersten Achse. Diese Bewegungsfreiheit ermöglicht es dem befestigten Objekt 304, bei Kontakt eine parallele Ausrichtung in Bezug auf das Substrat einzunehmen.
Die Nivellierungseinrichtungen können auch mit einem Signalisierungssystem integriert vorliegen, wobei das Signalisierungssystem zum Signalisieren dient, wann eine parallele Ausrichtung eines an der Einrichtung befestigten Objekts erreicht worden ist. Wie oben beschrieben kann die Einrichtung eine oder mehrere Öffnungen beinhalten und ein an der Einrichtung befestigtes Objekt kann eine oder mehrere Beobachtungsöffnungen beinhalten, wobei die Öffnungen und Beobachtungsöffnungen ausgebildet sind, um die Beobachtung eines Vorsprungs oder mehrerer Vorsprünge an dem Objekt zu ermöglichen. 3 zeigt eine Einrichtung 300 mit einer Öffnung 326 in sowohl der Lagerungsstruktur 302, der Mittelstruktur 314, als auch der oberen Struktur 316. 4B zeigt eine Einrichtung 400 mit einem befestigten Objekt 404, das eine Mehrzahl Beobachtungsöffnungen 434 hat. Ein Signalisierungssystem für eine derartige Einrichtung kann weiterhin eine optische Einrichtung beinhalten, wie etwa ein Mikroskop, um die Sicht durch die Öffnungen und Beobachtungsöffnungen zu erleichtern. Das System kann ebenfalls Kameras für weitere Zoomfähigkeiten und Computer und Abbildungssoftware für Darstellungsfähigkeiten beinhalten. Vergleiche hierzu etwa die U.S.-Patentanmeldung Nr. 2008/0309688 für Haaheim et al.
Ein beispielhafter Signalisierungsprozess wird nunmehr für ein befestigtes Array mit Rastersondenspitzen beschrieben, die an Auslegern vorliegen, wobei das oben beschriebene Signalisierungssystem verwendet wird. Jedoch wird angemerkt, dass die nachfolgende Beschreibung nicht auf ein Array mit Rastersondenspitzen beschränkt ist, die an Auslegern vorliegen. Die Beschreibung gilt gleichermaßen für jedes der hier beschriebenen, an einer Lagerungsstruktur zu befestigenden Objekte, und für gleichartige Objekte. Bevor das befestigte Array eine parallele Ausrichtung einnimmt, erscheint das Array mit Auslegern und Rastersondenspitzen – durch die Beobachtungsöffnung hindurch betrachtet – defokussiert. Zusätzlich kann Licht, welches die Ausleger durch die Beobachtungsöffnung(en) erreicht, von den Auslegern reflektiert werden. Das reflektierte Licht kann eine bestimmte Farbe und Intensität haben, was eine Anzeige des Auslenkungszustandes der Ausleger ergibt. Gelangt das befestigte Array in Kontakt mit dem Substrat, und bewegt sich das Array in eine parallele Ausrichtung in Bezug auf das Substrat, gelangen die Spitzen in Kontakt mit dem Substrat und die Ausleger werden nach oben ausgelenkt. Wenn die Spitzen in Kontakt mit dem Substrat gelangen und die Ausleger auslenken, werden die Spitzen in den Fokus gebracht und die Reflektion des Lichts von den Auslegerstrahlen ändert sich, was zu einer entsprechenden Änderung in Farbe und/oder Intensität führt. Jede weitere senkrechte Bewegung des Substrats und des Objekts gegeneinander kann weitere Änderungen in der Lichtreflektion bewirken und kann bewirken, dass die Spitzen sich aus dem Fokus herausbewegen. Somit kann die Abbildung der Spitzen und/oder Ausleger (an drei unterschiedlichen XY-Orten) ein Signal ergeben, dass die parallele Ausrichtung des Objekts in Bezug auf das Substrat erreicht worden ist.
Die hier beschriebenen Objekte, Einrichtungen und Baugruppen können als eine Aufhängung (Englisch ”gimbal”) angesehen werden.
Jede der oben beschriebenen Einrichtungen kann Geräten und Bausätzen hinzugefügt werden. Die Verwendung der Einrichtungen kann über Instrumente, Software, Computer und externe Hardware gesteuert werden.
Befestigungshalterungen
Wie oben beschrieben werden auch separate Befestigungshalterungen vorgeschlagen, die ausgebildet sind, um die Befestigung irgendeines der offenbarten Objekte an irgendeinem der offenbarten Lagerungsstrukturen zu unterstützen. Eine beispielhafte Ausführungsform einer Befestigungshalterung 600 ist in 6 gezeigt. Die Befestigungshalterung 600 ist ausgebildet, um die Befestigung eines Objekts 604 an einer Lagerungsstruktur 606 zu unterstützen. Die Befestigungshalterung 600 beinhaltet eine Kavität 608, die ausgebildet ist, um das Objekt 604 in einer festen Position zu halten, während eine Befestigungsoberfläche 610 an dem Objekt während des Befestigungsprozesses frei bleibt. Die Kavität 608 beinhaltet einen Ansatz 612, der ausgebildet ist, um das Objekt 604 entlang mindestens eines Teilbereiches der Kante des Objekts zu lagern. Die mehreren Vorsprünge (nicht gezeigt) auf der Oberfläche des Objekts, die entgegengesetzt zu der Befestigungsoberfläche 610 liegen, erstrecken sich während des Befestigungsprozesses in die Kavität 608. Dies kann hilfreich sein, um eine Berührung der Vorsprünge und Schäden an den Vorsprüngen während des Befestigungsprozesses zu vermeiden. Die Befestigungshalterung 600 beinhaltet weiterhin einen Kanal 614, der geformt ist, um eine Oberfläche einer Lagerungsstruktur 606 aufzunehmen, die auf der Befestigungsoberfläche 610 des Objekts 604 platziert wird. Die Befestigungshalterung 600 kann weiterhin ein Klemmelement 616 beinhalten, dass ausgebildet ist, um die Lagerungsstruktur 606 während des Befestigungsprozesses in einer festen Position auf der Befestigungsoberfläche 610 des Objekts 604 zu halten. Die Form und die Abmessungen des Klemmelements 616 sind nicht eingeschränkt, vorausgesetzt das Klemmelement ist in der Lage, die Lagerungsstruktur 606 auf dem Objekt 604 zu kontaktieren und die Lagerungsstruktur an Ort und Stelle zu halten. Das Klemmelement kann eine Federwirkung aufweisen.
Nunmehr wird ein beispielhafter Befestigungsprozess beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf 6. Ein Objekt 604 kann auf dem Ansatz 612 der Kavität 608 platziert werden. Ein Haftmittel, Klebemittel oder ein anderes Befestigungsmittel kann auf die Befestigungsoberfläche 610 des Objekts 604 aufgebracht werden. Als nächstes wird eine Lagerungsstruktur 606 auf der Befestigungsoberfläche 610 platziert. Wurde Haftmittel oder Klebmittel oder ein gleichartiges Befestigungsmittel verwendet, kann die Klemme 616 auf die Lagerungsstruktur 606 abgesenkt werden, um die Lagerungsstruktur gegen die Befestigungsoberfläche 610 des Objekts 604 zu halten, während das Haft- oder Klebemittel aushärtet oder trocknet.
Wie mehrfach angemerkt, können die Abmessungen der hier vorgeschlagenen Einrichtungen und Komponenten variieren. In einigen Fällen können die Abmessungen der Einrichtungen (z. B. der Nivellierungseinrichtungen, der Befestigungshalterungen, etc.) und von Komponenten derartiger Einrichtungen (z. B. des Objektes, der Lagerungsstruktur, der Mittelstruktur, der oberen Struktur, der biegsamen Verbindungsbaugruppe, des Verbindungselementes, der Befestigungsstruktur, etc.) sehr klein sein, in der Größenordnung von Zentimetern, Millimeter oder noch kleiner. Die miniaturisierte Herstellung von Einrichtungen und Komponenten, die sich biegen und sich bewegen können, kann eine große Herausforderung darstellen. Lediglich beispielhaft wird mitgeteilt, dass die größten Abmessungen einer beliebigen der hier beschriebenen Einrichtungen etwa 10 cm oder kleiner sein kann. Dies beinhaltet Ausführungsformen, bei denen die größte Abmessung etwa 5 cm, 2 cm, 1 cm, oder 0.5 cm ist. Jedoch sind größere und kleinere Abmessungen ebenso möglich. Als ein weiteres, nicht einschränkend aufzufassendes Beispiel wird mitgeteilt, dass die größte Abmessung einer jeden der hier beschriebenen Komponenten etwa 5 cm oder kleiner sein kann. Dies beinhaltet Ausführungsbeispiele, bei denen die Größenabmessungen etwa 5 cm, 2 cm, 1 cm, 0.5 cm oder 1 mm sind. Jedoch sind größere oder kleinere Abmessungen ebenso möglich.
Geräte
Gemäß einem anderen Aspekt werden Geräte vorgeschlagen, welche die offenbarten Einrichtungen umfassen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Gerät ein Bemusterungsinstrument sowie eine beliebige der oben beschriebenen Einrichtungen beinhalten, wobei die Einrichtung an dem Bemusterungsinstrument befestigt ist. Unterschiedliche Bemusterungsinstrumente können verwendet werden, was kommerziell erhältliche Instrumente für den Mikro-Kontaktdruck und die Nanoaufdruck-Lithographie einschließt (aber hierauf nicht beschränkt ist). Bemusterungsinstrumente können ebenso Rastersondeninstrumente beinhalten, die zur Bemusterung ausgebildet sind. Derartige Rastersondeninstrumente beinhalten (sind aber hierauf nicht beschränkt) Rastertunnelmikroskope, Rasterkraftmikroskope, sowie optische Nahfeld-Rastermikroskope, die alle kommerziell erhältlich sind. Weitere Rastersondeninstrumente sind etwa die DPN 5000, NLP 2000, und die NSCRIPTOR-Systeme, die kommerziell von NanoInk, Inc. (Skokie, IL, USA) erhältlich sind.
Ein weiteres mögliches Bemusterungsinstrument ist in der U.S.-Patentanmeldung Nr. 2009/0023607 (Rozhok et al.) beschrieben. Ein derartiges Instrument kann folgendes beinhalten: mindestens eine Mehrfachachsen-Baugruppe mit mindestens 5 Nanopositionierungsplattformen; mindestens eine Rastersonden-Spitzenbaugruppe, wobei die Rastersonden-Spitzenbaugruppe und die Mehrfachachsen-Baugruppe ausgebildet sind, um ein Material von der Rastersonden-Spitzenbaugruppe an das Substrat zu übertragen, wobei das Substrat durch die Mehrfachachsen-Baugruppe positioniert wird; mindestens eine Beobachtungsbaugruppe; und mindestens einen Controller. Die Nanopositionierungsplattformen, Mehrfachachsenbaugruppen, Rastersondenspitzenbaugruppen, Beobachtungsbaugruppen, und Controller sind in der U.S.-Patentanmeldung Nr. 2009/0023607 (Rozhok et al.) beschrieben.
In jedem der oben beschriebenen Bemusterungsinstrumente können Klimakammern zur Steuerung von z. B. Temperatur, Feuchtigkeit und Gasgehalt vorhanden sein.
Bausätze
Eine oder mehrere der hier beschriebenen Komponenten und Einrichtungen kann bzw. können in zweckmäßigen Bausätzen kombiniert werden. Die Bausätze können weiterhin eine oder mehrere Gebrauchsanweisungen umfassen, wie der Bausatz zu verwenden ist. Der Bausatz kann beispielsweise ausgebildet sein, um mit einem Bemusterungsinstrument zusammenzuwirken, wie etwa einem existierenden kommerziellen Bemusterungsinstrument.
Verfahren
Verfahren zur Verwendung eines beliebigen der offenbarten Einrichtungen und Geräte beinhalten Nivellierungsverfahren und Bemusterungsverfahren. Ein Nivellierungsverfahren kann die folgenden Schritte beinhalten: Vorsehen eines beliebigen der hier offenbarten Einrichtungen; Befestigen eines beliebigen der hier offenbarten Objekte auf der Lagerungsstruktur der Einrichtung; Kontaktieren des befestigten Objekts mit einem Substrat; und Ermöglichen, dass das Objekt eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Substratoberfläche einnimmt. Der Schritt des Kontaktierens des befestigten Objekts kann wie oben beschrieben umgesetzt werden, z. B. durch Bewegen der Einrichtung und des befestigten Objekts in Richtung auf das Substrat oder durch Bewegen des Substrats in Richtung auf die Einrichtung und das befestigte Objekt. Der Schritt des Ermöglichens, dass das Objekt eine parallele Ausrichtung einnimmt, wird dadurch bewerkstelligt, dass die biegsamen Verbindungsbaugruppen sich biegen und sich somit das befestigte Objekt bewegt, und zwar in Reaktion auf die Kraft, die das befestigte Objekt und das Substrat gegeneinander ausüben.
Das Nivellierungsverfahren kann zusätzliche Schritte beinhalten. Lediglich beispielhaft sei mitgeteilt, dass das Verfahren den folgenden Schritt beinhalten kann: Bekräftigen, dass die parallele Ausrichtung eingenommen bzw. erreicht worden ist, wobei ein beliebiges der oben beschriebenen Signalisierungssysteme verwendet wird. Als weiteres Beispiel sei angemerkt, dass das Verfahren beinhalten kann, dass der Kontakt des befestigten Objekts mit der Substratoberfläche abbricht, wobei die parallele Ausrichtung des befestigten Objekts aufrechterhalten wird, nachdem der Kontakt abgebrochen ist.
Ein Bemusterungsverfahren kann die folgenden Schritte beinhalten: Vorsehen einer beliebigen der hier offenbarten Einrichtungen; Befestigen eines beliebigen der offenbarten Objekte an der Lagerungsstruktur der Einrichtung; Versehen mindestens einiger der Vorsprünge des Objekts mit einer Tintenzusammensetzung; und Übertragen der Tintenzusammensetzung von den Vorsprüngen auf die Oberfläche eines Substrats. Tintenzusammensetzungen sind bekannt und beinhalten organische Verbindungen und anorganische Materialien, Chemikalien, biologische Materialien, nicht-reaktive Materialien und reaktive Materialien, molekulare Verbindungen und Partikel, Nanopartikel, Materialien, die sich selbst zusammensetzende Monolayer bilden, lösliche Verbindungen, Polymere, Keramiken, Metalle, magnetische Materialien, Metalloxide, Hauptgruppenelemente, Mischungen von Verbindungen und Materialien, leitende Polymere, Biomoleküle unter Einschluss von Nukleinsäurematerialien, RNA, DNA, PNA, Proteine und Peptide, Antikörper, Enzyme, Lipide, Kohlenhydrate, und sogar Organismen wie etwa Viren. Schwefel enthaltende Verbindungen unter Einschluss von Thiolen und Sulfiden können verwendet werden. Jede der hier genannten Referenzen beschreibt weitere Tintenzusammensetzungen, die verwendet werden können. Verfahren zum Versehen von Vorsprüngen mit Tintenzusammensetzungen sind bekannt, was z. B. das Eintauchen (”Dipping”) in Lösungen oder die Vakuumverdampfung einschließt. Vergleiche hierzu z. B. die U.S.-Patentanmeldung Nr. 2005/0035983 (Cruchon-Dupeyrat et al.). Parameter zum Übertragen der Tintenzusammensetzung von den Vorsprüngen auf das Substrat, z. B. Haltezeit, Rate zur Ausbildung von Muster, und Umgebungsbedingungen sind ebenfalls bekannt. Die Muster können Punkte, Linien, Kreise oder andere Features beinhalten. Vergleiche hierzu z. B. jede der hier genannten Referenzen und die U.S.-Patentanmeldungen Nr. 2002/0063212 und 2002/0122873 (Mirkin et al.).
Die Nivellierungsverfahren und Bemusterungsverfahren können kombiniert werden. Ein beliebiges der oben beschriebenen Nivellierungsverfahren kann weiterhin den folgenden Schritt beinhalten: Versehen von mindestens einigen der Vorsprünge des Objekts mit einer Tintenzusammensetzung. Der Schritt des Versehens von mindestens einigen der Vorsprünge mit einer Tintenzusammensetzung kann vor oder nach den folgenden Schritten erfolgen: Kontaktieren des befestigten Objekts mit dem Substrat und Ermöglichen, dass das Objekt eine parallele Ausrichtung einnimmt. Mit anderen Worten, die Vorsprünge können vor oder nach dem Nivellieren des befestigten Objekts mit einer Tintenzusammensetzung beschichtet werden. Die Vorsprünge können beschichtet werden, bevor das befestigte Objekt nivelliert wird. Nachdem die Vorsprünge beschichtet sind und das befestigte Objekte nivelliert ist, kann das Verfahren den folgenden Schritt beinhalten: Übertragen der Tintenzusammensetzung von den Vorsprüngen auf die Substratoberfläche.
Anwendungen
Die hier beschriebenen Einrichtungen und Geräte können für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden, was biologische Anwendungen, pharmazeutische Anwendungen, und die Herstellung von Strukturen im Mikro- und Nanobereich beinhaltet. Herstellungsanwendungen beinhalten die Bildung von MEMS und NEMS. Das Akronym ”MEMS” kann alle Mikrosysteme umfassen, wie etwa mikroelektromechanische, mikroelektrooptische, mikroelektromagnetische und mikrofluidische Systeme. MEMS kann auch nanoelektromechanische Systeme (NEMS) umfassen. Diese und andere Anwendungen sind in den hier angegebenen Referenzen beschrieben, so etwa in der U.S.-Patentanmeldung Nr. 2008/0309688 (Haaheim et al.).
Bei biologischen Anwendungen kann das Zellwachstum (einschließlich Stammzellwachstum) unter Verwendung von Arrays gesteuert werden, die mit hier beschriebenen Einrichtungen und Instrumenten hergestellt werden. Proteinarrays, Nukleinsäurearrays, und Lipid- und Phospholipid-Arrays können ebenfalls hergestellt werden.
Herstellungs- und Zusammenbauverfahren
Bekannte Verfahren können verwendet werden, um die hier beschriebenen Komponenten und Einrichtungen herzustellen und zusammenzufügen. Dies beinhaltet die Ausbildung bzw. Anpassung der Komponenten und Einrichtungen mit kommerzieller Instrumentierung. Zusätzliche, nicht einschränkend aufzufassende Ausführungsbeispiele sind in den 7–17 beschrieben.
7(A) zeigt das grundlegende Konzept einer Multiplex-2D-DPN – alle Spitzen zeichnen dieselben Formen zur selben Zeit, aber jede Spitze kann mit unterschiedlicher Tinte geladen werden. Ein kleiner Wassermeniskus ist gezeigt und repräsentiert einen Meniskus, der sich unter Umgebungsbedingungen zwischen der Spitze und dem Substrat bilden kann, und der ein Vehikel zur Diffusion zwischen Klassen von Diffusionstinten ist (z. B. Alkanthiole). 7(B) verengt diese Idee auf das Multiplex-Drucken von Proteinen. Dies stellt eine Vision für eine Rapid-Prototyping-Plattform zum Erzeugen von maßgeschneiderten Assay-Bausätzen dar.
Dieses Konzept – gesteuerter und einheitlicher Kontakt – ist wichtig im Hinblick auf die Optimierung von 2D-DPN. Herkömmliches DPN mit einzelnen Spitzen oder 1D-Arrays kann auf folgende Weisen durchgeführt werden, um zu erleichtern, dass eine konstante Kraft (d. h. Ausleger-Auslenkung) in Bezug auf das Substrat angewendet wird: Kraft-Rückkopplung oder ein Laserstrahl, der vom Ausleger abprallt und auf einen Photodetektor fällt. Aufgrund der Natur der mechanischen Verstärkung bei einem Rasterkraftmikroskop ist der bei der Kraftrückkopplung erreichbare Bereich der Ausleger-Auslenkung notwendigerweise durch die Abmessungen des Photodetektors begrenzt. Dieser Ausleger-Auslenkungsbereich beträgt typischerweise weniger als 2 μm. Im Gegensatz hierzu kann 2D-DPN ohne Kraftrückkopplung ausgeführt werden, wobei der Z-Aktuator in Bezug auf das Substrat auf eine konstante Höhe eingestellt wird. Innerhalb des Bereiches der Kraftrückkopplungsbedingungen ist DPN im wesentlichen kraftunabhängig, und Muster werden zwischen minimalen und maximalen Auslenkungen nahezu identisch erzeugt. In Situationen mit extremer Spitzenauslenkung (z. B. mehr als 10 μm) wurde jedoch anormales Bemusterungsverhalten beobachtet, etwa verdrehte Features und Nicht-Standard-Bildung von sich selbst zusammensetzenden Monoschichten (”Self-Assembled Monolayers”, SAMs). Hieraus ergeben sich zwei sehr wichtige Betriebsbedingungen zum Erzeugen einheitlicher und homogener Muster mit 2D-DPN: (1) Die allgemeine Z-Position des 2D-Arrays in Bezug auf das Substrat (d. h. die durchschnittliche Ausleger-Auslenkung) muss sorgfältig gesteuert werden, und (2) die Variation der Ausleger-Auslenkung (d. h. die Ausleger-Auslenkungsvarianz, die direkt mit der Array-Substrat-Planarität verknüpft ist) muss minimiert werden. Bei einem Ausführungsbeispiel bewirkt die verbesserte Optik der NLP 2000, dass der Punkt (1) einfacher zu erreichen ist; die selbstnivellierende Halterung verbessert die Erreichbarkeit von Punkt (2) und ermöglicht gleichzeitig bisher unerreichte Planarität.
Beginnend mit dem 2D-Nano-PrintArray selbst, zeigt 8(A) eine Draufsicht auf den Siliziumchip, der an eine Kunststoffhalterung angesetzt ist. Die Halterung ist symmetrisch entlang der x-Achse, mit einer großen Ausnehmung in der Mitte, um maximale Lichtzugänglichkeit und einen maximalen Sichtbereich für die Beobachtungsöffnungen des Chips zu ermöglichen. Die Beobachtungsöffnungen sind in Form eines ”Y” angeordnet, so dass man Messungen an jedem der Beine des ”Y” machen kann, um die drei Kontaktpunkte mit dem Substrat zu definieren. 8(A) zeigt außerdem die eingesetzten sphärischen Kugelmagnete, die verwendet werden, um das 2D-Nano-PrintArray an den Rest der Halterung anzusetzen. Zur erleichterten Handhabung, Speicherung und zum Transport sind flache Scheibenmagnete im Außenbereich der Halterung vorgesehen, um zu ermöglichen, dass die Einrichtung sicher an ein magnetisch permeables Material angesetzt werden kann. Die Einrichtung wird gezeigt, wie sie auf ihrer linken Seite von der Unterseite einer magnetisch permeablen Metalldose gelöst ist. 8(B) zeigt dieselbe Zusammenstellung perspektivisch von unten; die ”Y”-Konfiguration der Beobachtungsöffnungen ist in Form sehr kleiner Lichtschlitze sichtbar, die von der Oberseite des Chips durchtreten. 8(C) zeigt die inneren drei Beobachtungsöffnungen (1a, 2a, 3a) explizit. Bei dieser Ausrichtung zeigen die beschichteten Spitzen (z. B. beschichtet mit Alkanthiol wie etwa ODT) zum Beobachter, und die Dichte der Auslegerpackung zeigt sich gemäß ihrer Anordnung mit Abständen von 20 × 90 μm.
Die Breite der Beobachtungsöffnungen ermöglicht die gleichzeitige Sicht auf eine Reihe von 13 benachbarten Auslegern; beim Navigieren in Z-Richtung zum Substrat ist dies sehr hilfreich, ebenso wie beim Navigieren in X- und Y-Richtung über das Substrat. Vor dem grün-gelben Hintergrund der Siliziumhalterungswafer erscheinen die Siliziumnitrid-(SiN)-Ausleger grün, und die rosafarbenen SiN-Bereiche stellen den Anker der Halterung dar. Diese Anordnung ist explizit in 8(D) zu sehen: Die Reihen von SiN-Auslegern sind an den Graten der Siliziumhalterungswafer über eine Gold-Thermokompressionsverbindung angesetzt. Die Bereiche unterhalb der Ausleger sind für eine maximale Ausleger-Auslenkung weggeätzt. Die 8(E) zoomt auf eine Gruppe von Auslegern vor einer Beobachtungsöffnungs-Öffnung mit einer Breite von 260 μm, wobei 8(F) die große FOT zeigt (typischerweise 15–20 μm), die jedem Ausleger wegen seiner starken Neigung und wegen der darunter weggeätzten Bereiche zur Verfügung steht. Massive SiN-Abstandshalter (Höhe 4 μm) befinden sich an den äußeren Ecken der Einrichtung; diese verhindern, dass die Ausleger jemals vollständig ausgelenkt werden. Alle Spitzen können gemäß einem standardmäßigen Oxid-Schärfungsprozess hergestellt werden, der zu einer Spitzenschärfe von ~15 nm (Endradius) führt.
Die den Auslegern verfügbare freie Weglänge (”Freedom of travel”, FOT) definiert unmittelbar die minimale zulässige Planarität, bei der alle Spitzen in Kontakt mit dem Substrat gelangen. 9(A) zeigt eine schematische Darstellung des Arrays unmittelbar bevor es in Kontakt mit der Oberfläche gelangt, wobei das Array sich bei einem minimalen Winkel (ϕ) befindet. Der Unterschied zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Teil des Arrays (DZ) ist derselbe wie der Unterschied zwischen der höchsten und der niedrigsten Spitze –19.5 μm. Bewegt sich das Array in Richtung auf das Substrat, beginnen sich die Spitzen auf der rechten Seite in der gezeigten Reihenfolge auszulenken, was sich nach links fortsetzt, bis die am weitesten links gelegene Spitze gerade eben die Oberfläche berührt. Dies geschieht gleichzeitig damit, dass der am weitesten rechts gelegene Abstandshalter berührt.
9(B) zeigt, warum Ausleger mit großem FOT bewirken, dass der Nivellierungsprozess toleranter ist. 9(B) zeigt ebenfalls, dass es notwendig sein kann, ϕ zu minimieren, um die Varianz in der Ausleger-Auslenkung über das Array zu minimieren und die Einrichtung so planar wie möglich zu machen. Planarität wird unter Verwendung der selbstnivellierenden Halterung bewerkstelligt. Das Betriebskonzept besteht darin, dass eine Halterung mit zwei orthogonalen Drehachsen (ϕ_x, ϕ_y) die Planarität von allem aufnimmt, was ihm physikalisch begegnet. Mit dem 2D-Nano-PrintArray geschieht dies, wenn alle vier SiN-Abstandshalter an den Ecken das Substrat kontaktieren. 3 zeigt, wie all die Komponenten zusammenpassen. Die Halterung umfasst drei Hauptkomponenten: die obere Befestigung, die an die starre Halterung zum Sonden-Halten angesetzt ist, die mittlere Aufhängung, und die untere Halterung, die an das 2D-Nano-PrintArray geklebt ist. Es gibt zwei Kontaktpunkte zwischen der Mitte und Oben: die festen sphärischen magnetischen Kugeln, die mittels einer kinematischen Zweipunktbefestigung an einem invertierten Kegel und einer Auskehlung angebracht sind, wobei beide magnetisch durchlässig sind und Magnete dahinter befestigt sind. In ähnlicher Weise gibt es zwei äquivalente kinematische Befestigungskontaktpunkte zwischen der Halterung und dem Mittelteil. Die sphärischen Kugeln, die in der Halterung befestigt sind, drehen sich in ihren Befestigungen frei um ϕ_x, und die in dem Mittelstück befestigten Kugeln drehen sich frei um ϕ_y (es sei angemerkt, dass diese selbstnivellierende Halterung funktional nicht nur auf quadratzentimetergroße Arrays mit Auslegern und Spitzen beschränkt ist; die Allgemeingültigkeit des Designs erlaubt unterschiedliche, miniaturisierte Betriebsweisen zur Einrichtungsnivellierung). Die Stärke des Magnetfeldes ist so kalibriert, dass es schwach genug ist, um eine Drehungskompensation zuzulassen, zuzulassen, um sich der Planarität des Substrats anzupassen, wenn die Abstandshalter berühren; aber stark genug, um die genaue planare Ausrichtung für alle nachfolgenden Operationen zu halten. 4(A) ist eine transparente schematische Darstellung der Einrichtung, wie diese tatsächlich zusammengebaut würde, und 4(B) zeigt dieselbe Baugruppe von der Unterseite, wobei die Beobachtungsöffnungen übertrieben gezeigt werden. 4(C) zeigt die reale Einrichtung, wie sie tatsächlich befestigt ist; das 2D-Nano-PrintArray und dessen Halterung sind absichtlich um ϕ_x nach vorne gekippt, um die Bewegungsbereiche zu demonstrieren.
Von diesem Punkt an ist der Nivellierungsprozess unkompliziert: Man beobachtet die Ausleger durch die Beobachtungsöffnungen, und bewegt das Substrat in Z-Richtung aufwärts, bis es die erste Ecke der Einrichtung trifft. Danach nivelliert sich diese selbst, wenn die Ausleger vollständig auslenken. Das Auslenkungsverhalten der Ausleger ist in den 10 (A und B) zu erkennen; die Ausleger erfahren eine dramatische optische Veränderung, die den Oberflächenkontakt anzeigt. Das Maximieren dieser Auslenkung korreliert damit, dass alle Abstandshalter in Kontakt gelangen, und die Einrichtung sodann selbstnivelliert ist. Dies wird als der Schritt der ”Grobnivellierung” angesehen. ”Grobnivellierung” kann jedoch als relative Bezeichnung verstanden werden. 11(A) zeigt eine repräsentative schematische Darstellung der ”Grobnivellierungs”-Situation. In diesem Fall ist festzustellen, dass die Kontaktpunkte an den Beobachtungsöffnungen (1b, 2b, 3b) gemäß dem Auslenkungsverhalten, wie es in den 10 (A und B) gezeigt ist. Bemerkenswert ist, dass die Klarheit der Systemoptik es dem Benutzer erlaubt, diesen Kontaktpunkt innerhalb von ±100 nm zu bestimmen, so dass der Benutzer erkennen kann, wie gut die ”Grobnivellierung” tatsächlich war.
Es gibt verschiedene optische Indikatoren, die diesen Grad an Präzision ermöglichen: Am auffälligsten ist es, dass die ”Schmetterlingsflügel”-Formation in rot-orange gebrochenem Licht innerhalb der pyramidalen Spitze (10(A)) Form und Farbe dramatisch ändert, sobald sich die Position der Spitze ändert (in Z, Lagerung, oder Neigung). Die scheinbare Farbe und Intensität des Auslegerkörpers ändert sich ebenfalls. Die Einfachheit und Klarheit dieser Messungen ermöglicht es dem Benutzer, Oberflächenkontaktzeiten mit diesen mit Tinte versehenen Spitzen zu minimieren; alternativ kann man die Einrichtung in einem zu opfernden Substratbereich nivellieren und sodann 1 cm zu dem vorbestimmten reinen Bemusterungsbereich versetzen. Zu jedem Zeitpunkt werden die Messungen durchgeführt, indem die Z-Stufe rasch betätigt und wieder zurückgezogen wird, wobei festgestellt wird, ob die erwarteten optischen Indikatoren sich an der speziellen Beobachtungsöffnung manifestieren. In 1(A) ergeben diese Kontaktpunktmessungen einen Satz von drei Z-Koordinaten (–539.0, –539.1 und –537.4), welche die Planarität der Einrichtung angeben; die Software berechnet die entsprechende ”Neigung” (ϕ) und ΔZ unter Verwendung der Einrichtungsabmessungen. 11(A) zeigt diese Messungen, wie sie unmittelbar nach der groben Selbstnivellierung vorgenommen werden: Mit einer Neigung von 0.0381 und ΔZ = 9.8 μm, ist das auf ”grobem Niveau” gewonnene Ergebnis tatsächlich sehr gut. Nicht nur ist es so gut wie das beste, was man mit herkömmlichen Verfahren erreichen kann – wobei ΔZ in den Bereich des Ausleger-FOTs fällt (ΔZ = 9.8 μm < FOT = 19.5 μm), was anzeigt, dass alle Spitzen berühren können – es liegt außerdem unterhalb der extremalen Spitzen-Auslenkungsgrenze (10 μm). Falls gewünscht, hätte man unmittelbar mit der Bemusterung beginnen können und hätte dabei relativ homogene Ergebnisse erzielen können.
Jedoch führt diese Situation natürlicherweise von selbst zu einem ”Fein-Nivellierungs”-Schritt. Unter Verwendung der gemessenen Z-Koordinaten aus der 11(A) kann das System automatisch die ϕ_x-ϕ_y-Stufen einstellen, um für die geringen gemessenen Fehlstellungen zu korrigieren (”Nivellierung ausführen”). 11(B) zeigt die unmittelbar nach dem Feinnivellierungsschritt gemessenen Ergebnisse: Die Neigung von 0.002° und ΔZ = 600 nm entspricht dem Erfassungslimit für die Auslegerauslenkung von ±100 nm. Die Einrichtung war so planar wie mit diesen Verfahren gemessen werden konnte. Zum Größenvergleich, ΔZ = 0.6 μm über die Einrichtungsbreite von 10 000 μm entspricht einem ΔZ von 5 nm über die Länge eines Fußballfeldes.
Ist die Variation in der Ausleger-Auslenkung minimiert (d. h., die Einrichtung extrem nivelliert), ist es dann unkompliziert, die Auslegerauslenkung an einer Beobachtungsöffnung zu beobachten, um die generelle Z-Position des Arrays in Bezug auf das Substrat zu kalibrieren (eine Auslegerauslenkung von 2 μm nach dem ersten Kontaktpunkt kann optimal sein). Nachdem die zwei wichtigen Betriebsbedingungen für homogene Bemusterung erfüllt sind, bestätigten nachfolgende Ergebnisse die erwartete Homogenität (12 und 13). 12 (A–D) zeigt mit Dunkelfeld-Mikroskopie erhaltene Aufnahmen, die von den vier Ecken des generellen Quadratzentimeter-Musters erhalten wurden, wie von der Softwaredesign-Eingabe vorgegeben (12(E)). Die Punkt-Haltezeiten waren 2 s, und der Punktabstand war 3 μm. Die Dunkelfeldaufnahmen zeigen Goldstrukturen mit einer Dicke von 15 nm auf einem SiO₂-Substrat, mit großer Uniformität zwischen den vier Ecken.
Der große Spot in der unteren, linken Ecke des 5 × 5-Arrays wurde ausgebildet, indem auf dem Substrat für mehrere Sekunden vor dem Beginn der Musterung gehalten wurde. 13(A) spricht für die allgemeine Uniformität über den gesamten Quadratzentimeter, mit 56 Hellfeld-Mikroskopaufnahmen, die zusammengestellt wurden, um die Konsistenz über das Sample zu illustrieren. In früheren Arbeiten (z. B. Salaita et al. 2006), wurde eine Standardabweichung von 16% in den Featuregrößen über ein quadratzentimetergroßes Sample gemessen. Die vorliegende Arbeit (13(A)) zeigt eine Standardabweichung von 5.4% in der Featuregröße über das quadratzentimetergroße Sample, wobei Messungen von allen 56 Einzelbildern genommen wurden. Der Zentralbereich des allgemeinen Musters ist in 13(B) vergrößert dargestellt, und zeigt ein neues Muster, das auf dem ”DPN DPN”-Design aus 13(C) basiert (die Haltezeit für jeden Punkt war 20 s). Dieser Grad an Homogenität beim Drucken mit 55 000 Spitzen ist ohne geeignete Nivellierungstechniken extrem schwer zu erreichen. Die selbstnivellierende Halterung macht dieses schnell und einfach.
Die 14 (A und B) zeigen die Fähigkeit der selbstnivellierenden Halterung, ihre so erreichte Planarität über mehrere Litographieabläufe aufrechtzuerhalten. Die Stabilitätstests für die selbstnivellierende Halterung #1 sind in 14(A) gezeigt und sind ein direktes Ergebnis der präzise kalibrierten Magnetfeldstärke: Wären die Magnete zu schwach, würde die Einrichtung nicht in der Lage sein, die planare Konsistenz in den Versuchen 1–8 aufrechtzuerhalten. In diesem Experiment beinhalteten die ersten vier Versuchsläufe folgendes: Das Array wurde in Kontakt mit dem Substrat gebracht, die Kontaktpunkte für die Beobachtungsöffnungen (1b, 2b, 3b) wurden gemessen, es wurde um 100 μm zurückgezogen, und dieses Verfahren wurde wiederholt. Die Versuchsläufe 5–8 beinhalteten folgendes: Das Array wurde in Kontakt mit dem Substrat gebracht, eine Bewegung um 20 μm bis nach der vollständigen Ausleger-Auslenkung wurde durchgeführt, und sodann erfolgte ein Zurückziehen um 100 μm. Die Konsistenz der gemessenen Beobachtungsöffnungspositionen bedeutet, dass die selbstnivellierende Halterung eine sehr stabile Ausrichtung annimmt, unabhängig von der Größe der nachfolgenden Ausleger-Auslenkung. Jedoch ist die Diskrepanz zwischen Beobachtungsöffnungskontaktpunkten selbst eine indirekte Messung der Winkelauflösung der selbstnivellierenden Halterung, die wiederum repräsentativ für die Materialoberfläche zwischen den sphärischen Magnetkugeln und ihren kinematischen Befestigungen ist.
Die Versuchsläufe 9–11 zeigen den Beginn der Fein-Nivellierungs-Schritte, die zu dem erwarteten minimierten ΔZ führen (0.5 μm). 14(B) zeigt das gleiche Verhalten mit einer zweiten Einrichtungshalterung #2. Diese Einrichtung zeigt die oben genannten Grob-Nivellierungs-Ergebnisse (ΔZ ~ 8–12 μm) und eine vergleichbare Stabilität der planaren Ausrichtung. Eine Fein-Nivellierungs-Iteration erreichte ΔZ = 0.6 μm. Die geringfügig unterschiedlichen Breiten der Beobachtungsöffnungen, die in 14(B) zu sehen sind, ergeben sich aus einer geringfügig unterschiedlichen Kugel-Befestigungs-Materialschnittstelle bzw. -oberfläche auf Grund von Herstellungs- und Polierungs-Variationen, die innerhalb üblicher Toleranzen liegen.
Die 15A–C sind Fotografien, die perspektivische Ansichten des Gerätes und des Objekts während des Selbstnivellierungsprozesses zeigen. Die Stärke der Magnete und das Oberflächenmaterial verleihen dem Aufbau eine Starrheit innerhalb eines wünschenswerten Bereiches, was das in den 14A und 14B gezeigte, wiederholbare Verhalten ermöglicht.
Die 16A–C sind Fotografien, die perspektivische Ansichten des Gerätes und des Objekts während des selbstnivellierenden Prozesses zeigen.
Die 17A–C zeigen den Prozess des Bestimmens des ersten Kontaktpunktes durch die Auswertung des ”Schmetterlingsflügel”-Lichtbeugungsverhaltens der Vorsprünge (Pyramiden).
Es wurden unterschiedliche Ausführungsbeispiele für eine selbstnivellierende Halterung für die 2D-DPN-Bemusterung vorgeführt, welche die für die Nivellierung der Einrichtung erforderliche Zeit stark minimieren, die Nivellierungsprozedur vereinfachen, und weit bessere Koplanarität ermöglichen als bisher erreichbar war. Feinnivellierungsroutinen können zu einer Fehlstellung von weniger als 0.002° in Bezug auf das Substrat führen – das ist ein Z-Unterschied von weniger als 600 nm über 1 cm² Oberflächenbereich. Der Grad der Planarität korreliert direkt mit der Homogenität, welche die Bemusterungsqualität über große Bereiche bestimmt. Die Einfachheit und Genauigkeit dieses Verfahrens verbessert den Zugriff auf die drei Kategorien von 2D-Nanobemusterungs- bzw. -strukturierungs-Anwendungen, die oben erwähnt wurden: (1) schnelles und flexibles Erzeugen von Nanostrukturen (z. B. Au, Si) über ätz-resistente Techniken; (2) chemisch gelenkte Aufbau- und Bemusterungsvorlagen entweder für biologische Moleküle (z. B. Proteine, Viren und Zelladhäsionskomplexe), oder anorganische Materialien (z. B. CNTs, Quantenpunkte); und (3) direktes Schreiben von biologischen Materialien. Es wurde sowohl mit Phospholipiden als auch Alkanethiolen bemustert, außerdem mit funktionellen Thiolgruppen einschließlich Methyl-, Hydroxyl-, Amin- und Carboxylfunktionsgruppen. Man kann auf diese Weise Hunderte von Millionen chemisch maßgeschneiderter Nanostrukturen in Minuten erzeugen, wobei funktionelle Gruppen für spezifische Anforderungsvorgaben maßgeschneidert werden.
Bisher ist es entweder sehr schwer oder unmöglich, auf flexible Weise Muster bzw. Strukturen mit unterschiedlichen Materialien mit der Auflösung von DPN (14 nm) über quadratzentimetergroße Bereiche herzustellen. Im Grunde ermöglicht dies das direkte Schreiben auf flexible Weise mit unterschiedlichen Molekülen, wobei simultan große Zahlen (z. B. 55 000) von Duplikaten mit der Auflösung von Einzelstift-DPN erzeugt werden. Indem die Geschwindigkeit, Einfachheit und Präzision des Prozesses verbessert wird, ermöglicht die Selbstnivellierungs-Technologie die praktische Verwirklichung der Fertigung im Nanobereich.
Materialien und Verfahren
Es wurden die von NanoInk, Inc. kommerziell erhältlichen 2D-Nano-PrintArray-Einrichtungen verwendet. Vor der Bemusterung wurden die 2D-Spitzenarrays mit ODT bedampft; und zwar wurden drei Bedampfungszyklen durchgeführt: 60 Minuten bei 65°C und 100 Minuten Abkühlzeit bei 0.1°C/min. Die Bemusterung wurde auf einem NLP 2000 (NanoInk, Inc.) durchgeführt. Dieses Gerät wurde ebenfalls verwendet, um optische Aufnahmen des Ausleger-Auslenkungsverhaltens zu gewinnen. Die Bemusterung wurde bei Umgebungsbedingungen durchgeführt (22°C, 30% rF). Nach der Bemusterung wurde das Substrat geätzt, um metallische Nanostrukturen zu erzeugen; dies erfolgte basierend auf veröffentlichten Verfahren (z. B. Salaita et al. 2006). Rasterelektronische Mikroskopaufnahmen wurden mit einem Hitachi S4800 SEM, Tokyo, Japan gewonnen. Optische Hellfeld- und Dunkelfeld-Aufnahmen wurden mit einem Zeiss Axio-Imager Z1M, Thonrwood, NY gewonnen.
Verweise
Die nachfolgenden Verweise können weiterhin zur Verwirklichung der unterschiedlichen hier beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

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Claims

Eine Einrichtung, umfassend: eine Lagerungsstruktur, die ausgebildet ist, um ein Objekt zu befestigen, wobei das Objekt eine Mehrzahl an Vorsprüngen aufweist, die ausgebildet sind, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche zu bilden; und mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist und die ausgebildet ist, um es dem Objekt zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche einzunehmen.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe weiterhin ausgebildet ist, um die parallele Ausrichtung aufrechtzuerhalten, nachdem der Kontakt mit der Oberfläche abgebrochen ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das Objekt ein Array nanoskopischer Spitzen ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe durch einen Gleitreibungskoeffizienten und einen Haftreibungskoeffizienten charakterisiert ist, und wobei weiterhin der Gleitreibungskoeffizient hinreichend gering ist, um es dem Objekt zu ermöglichen, sich zu bewegen und die parallele Ausrichtung bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche einzunehmen, und der Haftreibungskoeffizient hinreichend groß ist, um es dem Objekt zu ermöglichen, die parallele Ausrichtung beizubehalten, nachdem der Kontakt mit der Oberfläche abgebrochen ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe folgendes umfasst: eine Kugel; und ein Verbindungselement, das an der Kugel befestigt ist, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe eine magnetische Verbindungsbaugruppe ist, die folgendes aufweist: eine Kugel; und ein Verbindungselement, das an der Kugel befestigt ist, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen, wobei die Kugel oder das Verbindungselement magnetisch ist.
Einrichtung nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe eine magnetische Verbindungsbaugruppe ist, die folgendes aufweist: eine Kugel; und ein Verbindungselement, das an der Kugel befestigt ist, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen, wobei das Verbindungselement magnetisch ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe folgendes aufweist: eine Kugel; und ein Verbindungselement, das an der Kugel befestigt ist, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen, wobei das Verbindungselement ein Sockel ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Befestigungsstruktur aufweist, die an der mindestens einen biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigt ist, wobei die Befestigungsstruktur ausgebildet ist, um an einem Bemusterungsinstrument befestigt zu werden.
Einrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Befestigungsstruktur aufweist, die an der mindestens einen biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigt ist, wobei die Befestigungsstruktur ausgebildet ist, um an einem Rastersondeninstrument befestigt zu werden.
Einrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin ein Signalisierungssystem aufweist, das mit der Einrichtung gekoppelt ist, wobei das Signalisierungssystem ausgebildet ist, um zu signalisieren, wann die parallele Ausrichtung eingenommen worden ist.
Einrichtung nach Anspruch 11, wobei das Signalisierungssystem einen elektrischen Schaltkreis umfasst, der folgendes aufweist: eine Stromquelle; eine Lichtquelle, die elektrisch mit der Stromquelle gekoppelt ist; eine Befestigungsstruktur, die an der biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigt ist und die elektrisch mit der Stromquelle gekoppelt ist, wobei die Befestigungsstruktur ausgebildet ist, um an einem Bemusterungsinstrument befestigt zu werden, und zwar über ein Gelenkelement an einem Ende der Befestigungsstruktur; und ein Lagerungselement, das elektrisch mit der Stromquelle gekoppelt ist und das ausgebildet ist, um das andere Ende der Befestigungsstruktur zu lagern.
Eine Einrichtung, aufweisend: eine Lagerungsstruktur, die ausgebildet ist, um ein Array nanoskopischer Spitzen zu befestigen, wobei das Array ausgebildet ist, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Arrays mit der Oberfläche auszubilden; und mindestens eine magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist, aufweisend: eine Kugel; und ein magnetisches Verbindungselement, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen, wobei die magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe ausgebildet ist, um es dem Array zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche einzunehmen.
Einrichtung nach Anspruch 13, wobei die mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe ausgebildet ist, um die parallele Ausrichtung aufrechtzuerhalten, nachdem der Kontakt mit der Oberfläche abgebrochen ist.
Eine Einrichtung, aufweisend: eine Lagerungsstruktur, die ausgebildet ist, um ein Objekt zu befestigen, wobei das Objekt eine Mehrzahl an Vorsprüngen aufweist, die ausgebildet sind, um ein Muster auf eine Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche auszubilden; und eine Mehrzahl biegsamer Verbindungsbaugruppen, die an der Lagerungsstruktur befestigt sind, wobei die Mehrzahl der Verbindungsbaugruppen folgendes aufweist: eine erste biegsame Verbindungsbaugruppe, die entlang einer ersten Achse parallel zur Lagerungsstruktur positioniert ist; eine zweite biegsame Verbindungsbaugruppe, die entlang der ersten Achse und entgegengesetzt zu der ersten biegsamen Verbindungsbaugruppe positioniert ist; eine dritte biegsame Verbindungsbaugruppe, die entlang einer zweiten Achse parallel zur Lagerungsstruktur und senkrecht zur ersten Achse positioniert ist; und eine vierte biegsame Verbindungsbaugruppe, die entlang der zweiten Achse und entgegengesetzt zu der dritten biegsamen Verbindungsbaugruppe positioniert ist; wobei die Mehrzahl der flexiblen Verbindungsbaugruppen ausgebildet ist, um es dem Objekt zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche einzunehmen.
Einrichtung nach Anspruch 15, wobei die Mehrzahl der biegsamen Verbindungsbaugruppen weiterhin ausgebildet ist, um die parallele Ausrichtung aufrechtzuerhalten, nachdem der Kontakt mit der Oberfläche abgebrochen ist.
Einrichtung nach Anspruch 15, wobei das Objekt ein Array von Rastersondenspitzen ist.
Einrichtung nach Anspruch 15, wobei eine oder mehrere der biegsamen Verbindungsbaugruppen folgendes aufweist: eine Kugel; und ein Verbindungselement, das an der Kugel befestigt ist, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen.
Einrichtung nach Anspruch 15, wobei eine oder mehrere der biegsamen Verbindungsbaugruppen eine magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe ist, die folgendes aufweist: eine Kugel; und ein Verbindungselement, das an der Kugel befestigt ist, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen, wobei die Kugel oder das Verbindungselement magnetisch ist.
Einrichtung nach Anspruch 15, wobei eine oder mehrere der biegsamen Verbindungsbaugruppen eine magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe ist, die folgendes aufweist: eine Kugel; und ein Verbindungselement, das an der Kugel befestigt ist, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen, wobei die Kugel magnetisch ist.
Einrichtung nach Anspruch 15, wobei eine oder mehrere der biegsamen Verbindungsbaugruppen eine magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe ist, die folgendes aufweist: eine Kugel; und ein Verbindungselement, das an der Kugel befestigt ist, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen, wobei das Verbindungselement magnetisch ist.
Einrichtung nach Anspruch 15, wobei jede der biegsamen Verbindungsbaugruppen folgendes aufweist: eine Kugel; und ein Verbindungselement, das an der Kugel befestigt ist, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen, wobei das Verbindungselement ein Sockel ist.
Einrichtung nach Anspruch 15, wobei jede der biegsamen Verbindungsbaugruppen folgendes aufweist: eine Kugel; und ein Verbindungselement, das an der Kugel befestigt ist, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen, wobei das Verbindungselement der ersten und der dritten biegsamen Verbindungsbaugruppe ein Sockel ist und wobei weiterhin das Verbindungselement der zweiten und der vierten biegsamen Verbindungsbaugruppe ein Sockel ist, der zwei gegenüberliegende lange Seiten und zwei gegenüberliegende kurze Seiten hat.
Einrichtung nach Anspruch 15, wobei die Einrichtung weiterhin folgendes aufweist: eine Mittelstruktur, die auf der Lagerungsstruktur positioniert ist und die an der ersten biegsamen Verbindungsbaugruppe und der zweiten biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigt ist; und eine obere Struktur, die auf der Mittelstruktur positioniert ist und die an der dritten biegsamen Verbindungsbaugruppe und der vierten biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigt ist.
Einrichtung nach Anspruch 24, wobei die Form der Lagerungsstruktur und der Mittelstruktur bewirkt, dass eine Drehung des Objekts um die zweite Achse möglich ist, aber eine Drehung des Objekts um die erste Achse begrenzt ist, und wobei die Form der Mittelstruktur und der oberen Struktur bewirkt, dass eine Drehung des Objekts um die erste Achse möglich ist, aber eine Drehung des Objekts um die zweite Achse begrenzt ist.
Einrichtung nach Anspruch 24, wobei die Einrichtung weiterhin folgendes aufweist: einen ersten Magneten und einen zweiten Magneten, die zwischen der Lagerungsstruktur und der Mittelstruktur positioniert sind, und einen dritten Magneten und einen vierten Magneten, die zwischen der Mittelstruktur und der oberen Struktur positioniert sind, wobei der erste Magnet an der ersten biegsamen Baugruppe befestigt ist, der zweite Magnet an der zweiten biegsamen Baugruppe befestigt ist, der dritte Magnet an der dritten biegsamen Baugruppe befestigt ist, und der vierte Magnet an der vierten biegsamen Baugruppe befestigt ist.
Einrichtung nach Anspruch 24, wobei die Lagerungsstruktur, die Mittelstruktur, und die obere Struktur jeweils eine zentrale Öffnung aufweisen, die ausgebildet ist, um eine Sicht auf das Objekt zuzulassen.
Einrichtung nach Anspruch 24, die weiterhin eine Befestigungsstruktur aufweist, die an der oberen Struktur befestigt ist, wobei die Befestigungsstruktur ausgebildet ist, um an einem Bemusterungsinstrument befestigt zu werden.
Einrichtung nach Anspruch 24, die weiterhin eine Befestigungsstruktur aufweist, die an der oberen Struktur befestigt ist, wobei die Befestigungsstruktur ausgebildet ist, um an einem Rastersondeninstrument befestigt zu werden.
Einrichtung nach Anspruch 15, wobei die Lagerungsstruktur ausgebildet ist, um an einem Gerät zum Beschichten der Mehrzahl von Vorsprüngen befestigt zu werden.
Einrichtung nach Anspruch 15, wobei die Lagerungsstruktur einen Magnet oder mehrere Magnete aufweist, um die Lagerungsstruktur an einem Gerät zum Beschichten der Mehrzahl von Vorsprüngen zu befestigen.
Eine Einrichtung, aufweisend: eine Lagerungsstruktur, die ausgebildet ist, um ein Array nanoskopischer Spitzen zu befestigen, wobei das Array ausgebildet ist, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Arrays mit der Oberfläche zu bilden; eine erste magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist und die entlang einer ersten Achse parallel zu der Lagerungsstruktur positioniert ist; eine zweite magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist und die entlang der ersten Achse und entgegengesetzt zu der ersten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe positioniert ist; eine Mittelstruktur, die auf der Lagerungsstruktur positioniert ist und die an der ersten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe und der zweiten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigt ist; eine dritte magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Mittelstruktur befestigt ist und die entlang einer zweiten Achse parallel zu der Lagerungsstruktur und senkrecht zu der ersten Achse positioniert ist; eine vierte magnetische, biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Mittelstruktur befestigt ist und die entlang der zweiten Achse und entgegengesetzt zu der dritten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe positioniert ist; und eine obere Struktur, die auf der Mittelstruktur positioniert ist und die an der dritten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe und der vierten magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppe befestigt ist, wobei jede der magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppen folgendes aufweist: eine Kugel; und ein Verbindungselement, wobei das Verbindungselement eine Depression aufweist, die geformt ist, um die Kugel aufzunehmen, wobei die Kugel oder das Verbindungselement magnetisch ist, und wobei weiterhin die magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppen ausgebildet sind, um es dem Array zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Arrays mit der Oberfläche einzunehmen.
Einrichtung nach Anspruch 32, wobei die magnetischen, biegsamen Verbindungsbaugruppen weiterhin ausgebildet sind, um die parallele Ausrichtung aufrechtzuerhalten, nachdem der Kontakt mit der Oberfläche abgebrochen ist.
Ein Gerät, welches ein Bemusterungsinstrument und eine Einrichtung aufweist, wobei die Einrichtung an dem Bemusterungsinstrument befestigt ist, und wobei die Einrichtung weiterhin folgendes aufweist: eine Lagerungsstruktur, die ausgebildet ist, um ein Objekt zu befestigen, wobei das Objekt eine Mehrzahl an Vorsprüngen aufweist, die ausgebildet sind, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche zu bilden; und mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist und die ausgebildet ist, um es dem Objekt zu erlauben, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche einzunehmen.
Gerät nach Anspruch 34, wobei das Objekt ein Array von Rastersondenspitzen ist.
Gerät nach Anspruch 34, wobei das Bemusterungsinstrument ein Rastersondeninstrument ist.
Gerät nach Anspruch 34, wobei das Bemusterungsinstrument folgendes aufweist: mindestens eine Mehrachsenbaugruppe, die mindestens fünf Nanopositionierungsstufen aufweist; mindestens eine Rastersondenspitzenbaugruppe, wobei die Rastersondenspitzenbaugruppe und die Mehrachsenbaugruppe für die Übertragung von Material von der Rastersondenspitzenbaugruppe auf das Substrat ausgebildet sind, wobei das Substrat durch die Mehrachsenbaugruppe positioniert wird; mindestens eine Beobachtungsbaugruppe; und mindestens ein Controller.
Ein Gerät, welches ein Rastersondeninstrument und eine Einrichtung gemäß Anspruch 13 aufweist, wobei die Einrichtung an dem Rastersondeninstrument befestigt ist.
Ein Gerät, welches ein Rastersondeninstrument und ein Gerät gemäß Anspruch 15 aufweist, wobei die Einrichtung an dem Rastersondeninstrument befestigt ist.
Ein Gerät, welches ein Rastersondeninstrument und eine Einrichtung gemäß Anspruch 32 aufweist, wobei die Einrichtung an dem Rastersondeninstrument befestigt ist.
Eine Befestigungshalterung, die ausgebildet ist, um das Befestigen eines Objekts an einer Lagerungsstruktur zu unterstützen, wobei das Objekt eine Mehrzahl an Vorsprüngen aufweist, die ausgebildet sind, um ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche zu bilden.
Befestigungshalterung nach Anspruch 41, wobei die Halterung ausgebildet ist, um die haftende Befestigung des Objekts an der Lagerungsstruktur zu unterstützen.
Befestigungshalterung nach Anspruch 41, wobei die Lagerungsstruktur ausgebildet ist, um mit einer Einrichtung gekoppelt zu werden, die mindestens eine biegsame Verbindungsbaugruppe aufweist, die an der Lagerungsstruktur befestigt ist und die ausgebildet ist, um es dem Objekt zu ermöglichen, eine parallele Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche bei Kontakt des Objekts mit der Oberfläche einzunehmen.
Befestigungshalterung nach Anspruch 41, wobei das Objekt ein Array von Rastersondenspitzen ist.
Befestigungshalterung nach Anspruch 41, wobei die Befestigungshalterung eine Kavität aufweist, die ausgebildet ist, um das Objekt in einer festen Position zu halten, wobei eine Befestigungsoberfläche auf dem Objekt während eines Befestigungsprozesses frei bleibt.
Befestigungshalterung nach Anspruch 41, wobei die Befestigungshalterung eine Kavität aufweist, die ausgebildet ist, um das Objekt in einer festen Position zu halten, wobei eine Befestigungsoberfläche auf dem Objekt während eines Befestigungsprozesses frei bleibt, und wobei weiterhin die Kavität einen Ansatz aufweist, der ausgebildet ist, um das Objekt entlang mindestens eines Teils der Kante des Objekts zu lagern.
Befestigungshalterung nach Anspruch 41, wobei die Befestigungshalterung einen Kanal aufweist, der geformt ist, um eine Oberfläche der Lagerungsstruktur aufzunehmen, die auf einer Befestigungsoberfläche des Objekts platziert ist.
Befestigungshalterung nach Anspruch 41, wobei die Befestigungshalterung ein Klemmelement aufweist, das ausgebildet ist, um die Lagerungsstruktur in einer festen Position auf einer Befestigungsoberfläche des Objekts zu halten.
Befestigungshalterung nach Anspruch 41, wobei die Befestigungshalterung folgendes aufweist: eine Kavität, die ausgebildet ist, um das Objekt in einer festen Position zu halten, wobei eine Befestigungsoberfläche auf dem Objekt während eines Befestigungsprozesses frei bleibt; ein Kanal, der geformt ist, um eine Oberfläche der Lagerungsstruktur aufzunehmen, die auf einer Befestigungsoberfläche des Objekts platziert ist; und ein Klemmelement, das ausgebildet ist, um die Lagerungsstruktur in einer festen Position auf einer Befestigungsoberfläche des Objekts zu halten.
Ein Bausatz, der eine Einrichtung nach Anspruch 1 aufweist.