TWI545030B - 用於壓紋之結構印模、裝置及方法 - Google Patents

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Description

用於壓紋之結構印模、裝置及方法
本發明係關於一種如請求項1之用於壓紋之結構印模、一種如請求項9之裝置及一種如請求項10之方法。
用於表面之微結構化及/或奈米結構化之目前狀況技術主要包括光微影及各種壓紋技術。該等壓紋技術藉助硬或軟印模工作。最近，主要壓紋微影技術已盛行且正取代經典光微影技術。在主要壓紋微影技術當中，所謂的軟印模之使用變得越來越受偏愛。原因係印模之容易製造、高效壓紋製程、各別印模材料之極良好表面性質、低成本、壓紋產品之可再生性及主要地在模具移除期間印模之彈性變形之可能性。在軟微影中，使用具有一經微結構化或經奈米結構化表面之一彈性體之一印模來產生在自20nm至>1000μm之範圍內之結構。
存在六種已知技術：
- 微接觸及/或奈米接觸印刷(μ/nCP)
- 複製模製(REM)
- 微轉印模製(μTM)或奈米壓印微影(NIL)，
- 毛細管微模製(MIMIC)
- 溶劑輔助微模製(SAMIM)及
- 相移微影。
彈性體印模係產生為一主模之一陰模。一主印模係藉由對應複 雜製程而一次產生之一硬金屬或陶瓷印模。接著，可自主模產生任何數目個彈性體印模。彈性體印模實現大表面上方之一致均勻接觸。彈性體印模可與其主印模且與壓紋產品容易地分離。此外，為了與印模及基板容易且簡單分離，彈性體印模具有低表面張力。針對軟微影製程之自動化實施方案，藉由一載體支撐彈性體印模係必要的。當前，使用具有不同厚度之玻璃載體基板。然而，由於使用厚玻璃基板，彈性體印模至少部分地損失其撓性。
剛性載體之使用使得難以在壓紋製程之後自動分離印模與基板，此乃因該製程自動化及壓印微影之工業可用性僅在困難之情況下係可能的。
因此，本發明之目標係設想藉助其可確保自動化及一較快製程順序之用於微結構化及/或奈米結構化之一裝置及一方法。
藉助技術方案1、9及10之特徵達成此目標。在附屬技術方案中給出本發明之有利開發。在說明書、申請專利範圍及/或圖中給出之特徵中之至少兩者之所有組合亦歸屬於本發明之範疇內。在給定值範圍下，所指示極限內之值亦將視為揭示為邊界值且將以任何組合主張。
本發明闡述其中使用一結構印模之一方法及一裝置，該結構印模由一尤其至少部分地、較佳地大部分地經微結構化及/或經奈米結構化彈性體印模(尤其一薄膜印模)及一框架組成。該印模受到一線力，該線力尤其在一連續製程中沿其整個長度尤其橫向於如本發明中所主張之一個曝露側上之長度延伸以便將結構按壓至壓紋材料中。有利地，曝露使用一壓紋元件、尤其係一較佳剛性壓紋輥發生。
在下文中，將一印模定義為在其表面上具有對應結構元件且在壓紋製程中具有如本發明中所主張之撓性之任何類型之組件。一印模 可係一個別組件或一複合組件。若將印模僅製成為個別組件，則該印模由其中已產生對應結構元件之一薄膜或一撓性板組成。在一複合印模之情形中，其由一載體及具有結構元件之一對應印模組件組成。在此情形中，該載體及/或印模組件作為一組件群組必須具有必需撓性以能夠藉由壓紋元件相應地變形。
根據本發明，一線力意指至少大部分地、尤其完全地在一第一方向上、尤其橫向於壓紋元件沿印模之移動(因此涵蓋(舉例而言)印模之整個有效寬度)施加力，而同時在一第二方向(尤其橫向於該第一方向)上僅曝露一相對極小面積(尤其以與該第一方向之1比5、較佳地1比10、甚至更佳地1比20、仍更佳地1比100之一比率)。此相對於同時曝露之印模之總面積產生一相對小曝露面積。以此方式，不僅實現一極明確曝露，而且亦達成極均勻壓紋。因此，此外，本發明允許尤其具有大於0.5m、較佳地大於1m、更佳地大於2m之一寬度及/或大於0.5m、較佳地大於1m、更佳地大於2m之一長度的壓紋製程之一大面積應用。
一模組化框架中之如本發明中所主張之印模之配置實現該方法之自動化且因此實現一較快製程順序。
如本發明中所主張之結構印模藉由藉助於位於兩個相對夾持側上之兩個夾持帶夾持之印模開發。該等夾持帶尤其涵蓋用於將印模固定在結構印模上之固定構件。
每一夾持帶可直接或經由一彈簧系統固定在框架上。在任何情形中，較佳地該等夾持帶中之至少一者附接至彈簧之框架構件。在特殊實施例中，縱向側上之又一些夾持帶可用以橫向於縱向方向固定及/或夾持印模。橫向於縱向方向延續之夾持帶尤其用於減小、尤其避免(不受控制)橫向收縮。
如本發明中所主張，結構印模可係具有其中可線性地移動壓紋 元件之導向帶之一經擴張總成的部分。在該總成中，安裝調整螺絲(人工對準)或馬達(自動對準)以亦確保印模之角度對準。根據本發明之一項有利實施例，因此提供用於沿印模之一個曝露側(該側沿背對印模表面的印模之一側定位)引導一壓紋元件、尤其係一壓紋輥之相對、尤其是彼此平行延續之兩個導向帶用以在可亦容納結構印模之一組件中引導該壓紋元件。因此，壓紋元件之移動直接指派給固定印模之框架，該框架或多或少地與驅動壓紋元件之裝置解耦，以用於容納結構印模及用於藉助一控制設備來控制結構印模。在對應實施例中，其中藉由兩個縱向側中之一者上、宜為兩個夾持側上之至少一個夾持帶而發生印模之縱向夾持，該縱向側之該等夾持側在功能上將相同於導向帶。
在結構印模被製成撓性使得印模可藉助於一壓紋元件而擴張超出由框架、尤其是由導向帶界定之表面平面的情況，促進結構印模相對於待壓紋之壓紋表面的對準，且尤其是可更容易地自動化。
在本發明之一開發中，提供由一載體及熱壓紋或模製於該載體上之一尤其是彈性體印模來形成印模。以此方式，結構印模之生產變得更有利。
藉由包括在框架之背對印模表面之側上容納該框架之一保持框架的結構印模來進一步簡化自動化、尤其係結構印模的改變，此乃因使得如本發明中所主張之裝置與結構印模或結構印模之框架之間之一界面可用。前述保持框架、尤其是連同沿框架引導之一壓紋元件一起可視為一獨立發明。
在本發明及/或保持框架之一開發中，可構想在保持框架與該框架之間引導壓紋元件，尤其是平行於相對夾持側，使得可沿印模薄膜引導壓紋元件及/或使印模薄膜受到一壓紋力。
此外，一種用於在一壓紋表面上壓紋一壓紋圖案之裝置係揭示 為一獨立發明，該裝置具有以下特徵：- 一印模接納器，其用於容納尤其是根據上文所闡述之一個印模之一印模並移動該印模，- 一壓紋材料接納器，其用於容納一壓紋材料並相對於該印模放置該壓紋材料，- 一壓紋元件驅動器，其用於沿該印模移動尤其是根據如此處所闡述之一者製成之一壓紋元件。
根據該裝置，揭示用於控制如本發明中所主張之所闡述方法且用於個別地或聯合地執行該裝置及/或結構印模之組件(尤其係保持框架、框架或壓紋元件)之所闡述移動之一控制設備。用於執行該等移動之對應驅動器及導向元件同樣以此方式指派給該裝置。驅動器允許保持框架在x及/或y及/或z方向上之尤其平移移動，該移動由控制設備控制。較佳地，圍繞x及/或y及/或z軸之旋轉亦係可能的。驅動器有利地允許保持框架及因此結構印模以及印模相對於壓紋物質之預定位。
此外，一種用於尤其按以下順序在一壓紋材料之一壓紋表面上壓紋一壓紋圖案之方法係揭示為一獨立發明，該方法具有以下步驟：- 相對於該壓紋材料放置尤其根據上文說明之一結構印模之印模之表面，- 在該印模上方沿該結構印模移動一壓紋元件且如此一來藉由將該印模表面施加至該壓紋材料而將該壓紋材料壓紋。
此處若將印模製成撓性且在藉由壓紋元件進行壓紋期間使印模擴張超出由框架、尤其由導向帶界定之一表面平面，則如本發明中所主張係有利的。藉由框架與夾持帶之間的可能彈簧增加撓性。雖然較佳實施例係具有一彈簧系統之一項實施例，但在印模具有足夠撓性時可省略該彈簧系統。
此外，如本發明中所主張，由一保持框架在該框架之背對印模 表面之側上容納該框架係有利的。
根據該方法之一項有利實施例，提供沿印模尤其平行於相對夾持側在保持框架與該框架之間引導壓紋元件，且使該印模受到一壓紋力。
在如本發明中所主張之對應大版本的裝置中，壓紋力必須相應地大。下文揭示如本發明中所主張之本發明之一項執行方案之以下例示性值範圍。所施加之壓紋力在0N與1000N之間、較佳地在0N與100N之間、更佳地在0N與50N之間、最佳地在0N與10N之間的值範圍內。
裝置及/或結構印模之硬體特徵亦應視為揭示為方法特徵且反之亦然。
依據較佳例示性實施例之以下說明且使用圖式，本發明之其他優點、特徵及細節將變得顯而易見。
1‧‧‧印模
2‧‧‧印模表面
2e‧‧‧奈米結構
2o‧‧‧壓紋側
2u‧‧‧曝露側
3‧‧‧框架
4、4'‧‧‧夾持帶
5‧‧‧結構印模
6、6'‧‧‧壓紋材料
6o‧‧‧壓紋表面
6u'‧‧‧壓紋材料之背面
7‧‧‧基板
8‧‧‧壓紋元件
9、9'‧‧‧導向帶
10、10'‧‧‧夾持側
11‧‧‧保持框架
12‧‧‧彈簧
13‧‧‧彈簧系統
14‧‧‧平坦輪廓
15‧‧‧平坦輪廓
16‧‧‧固定構件
E‧‧‧表面平面
圖1展示本發明之一第一實施例之一示意性剖面圖，具體而言其展示相對於已施加至一基板之一壓紋材料對準如本發明中所主張之一結構印模之一第一方法步驟(亦即，如本發明中所主張之一第一製程步驟)之一示意性剖面圖，圖2展示致使結構印模靠近待壓紋之壓紋材料之一第二方法步驟(亦即，如本發明中所主張之第二方法步驟)之一示意性剖面圖，圖3展示將壓紋元件施加至結構印模(壓紋之開始)之一第三方法步驟之一示意性剖面圖，圖4展示在壓紋結束時根據圖3之方法步驟之一示意圖，圖5展示如本發明中所主張之方法之一第二實施例之一示意性剖面圖，圖6展示如本發明中所主張之結構印模之一示意性透視圖， 圖7展示如本發明中所主張之結構印模之一剖面元件A-A之一示意性放大透視圖，圖8展示具有經安裝壓紋元件及導向帶的一保持框架中之如本發明中所主張之結構印模之一示意性透視圖。
在該等圖中，根據本發明之實施例，用元件符號標示本發明之優點及特徵(該等元件符號識別該等優點及特徵)，用相同元件符號標示具有相同功能或帶有相同效應之功能的組件或特徵。
在該等圖中，圖1至圖5中之如本發明中所主張之特徵並未按比例展示，以便能夠完全呈現個別特徵之操作。個別組件之比率亦部分地不成比例；此尤其是可歸因於高度放大地展示之奈米結構2e。以本發明來壓紋或用於將對應奈米結構壓紋至工件上的奈米結構2e係在奈米及/或微米範圍內，而機器組件之大小的量值係在釐米範圍內。
壓紋圖案2之個別奈米結構2e的尺寸宜在微米範圍及/或奈米範圍內。個別奈米結構2e之尺寸小於1000μm，且以以小於10μm較佳、以小於100nm更佳、以小於10nm又更佳、以小於1nm最佳。
在圖1至圖4及圖6中所展示之第一實施例中，展示由一框架3及夾持至框架3中之一印模1組成之一結構印模5。
印模1具有一經微結構化或經奈米結構化印模表面2，該表面具有自印模1之載體側2o突出之奈米結構2e(高度)。
與印模表面2相對之一個曝露側2u被製成平坦的，使得實現印模1在曝露側2u上之儘可能均勻曝露。
一壓紋元件8用於此處呈一壓紋輥之形式的曝露，該壓紋輥在相對於已施加至一基板7(參見圖1)之一壓紋材料6對準結構印模5之後被降低至曝露側2u上，且隨後致使結構印模5靠近壓紋材料6之一壓紋表面6o。
兩個相對夾持側10、10'上之框架3具有印模1夾持至其中之至少一對相對夾持帶4、4'。夾持帶4、4'可剛性地或經由一彈簧系統13附接至框架3(參見圖6及圖7)。使用一彈簧系統13作為夾持帶4、4'中之至少一者與框架3之間的一耦合件用以在由壓紋元件8加壓力時增加印模1之撓性。
一彈簧系統13由至少兩個、較佳地五個以上、更佳地十個以上、最佳地20個以上彈簧12組成。
兩個夾持側10、10'由相對、彼此平行延續之兩個導向帶9、9'連接，導向帶9、9'尤其不與印模薄膜1接觸。印模薄膜1較佳地在導向帶9、9'內及之間延續。
曝露側2u曝露於壓紋元件8，尤其同時使奈米結構2e與壓紋材料6接觸或使該奈米結構浸沒至該壓紋材料中(參見圖3)，結構印模5根據圖2平行(視情況，在印模1或結構印模5之最小傾斜(楔形斷層)之情況下)靠近壓紋材料6。奈米結構2e浸入至尤其由一低黏度材料組成之壓紋材料6中，且在結構印模5靠近壓紋材料6時，由壓紋元件8將一壓紋力轉移至曝露側2u，尤其在印模1被製成平行於壓紋材料6時更如此。如此一來，印模1在壓紋材料之方向上變形超出由框架3(尤其由導向帶9、9')界定之一表面平面E。
亦可設想如本發明中所主張之結構印模5首先在兩個夾持側4、4'中之一者上至壓紋材料6之表面之一稍微傾斜靠近以使得奈米結構2e逐漸浸沒。
隨著印模1靠近(且視情況，在印模1被製成平行時)壓紋材料6(此尤其主要由壓紋元件8之壓紋力導致)，壓紋元件8平行於壓紋材料6之表面自第一夾持側4移動至相對定位之第二夾持側4'。
在到達如圖4中所展示之位置之後，印模表面2完全浸沒於壓紋材料6中且在彼處相應地成像。
接著，壓紋材料6固化且在壓紋材料6之固化之後結構印模5可凸起。固化可藉由所有已知方法(舉例而言，藉由UV輻射、藉由化學品或藉由熱量及藉由所指示方法之一組合)自前面或背面發生。
另一選擇係，如上文所闡述，在藉助對應壓紋元件力(及視情況，張力彈簧調整)以一經界定分離距離壓紋及自相對側照明期間，在與壓紋元件接觸及照明之後其可引起直接分離。
一壓紋輥作為壓紋元件8之使用具有藉助壓紋力之一滾動運動及壓力施加之優點；此導致印模1上之剪切力之最小化。此外，可大部分地省略複雜之楔形斷層補償，若將藉由印模與壓紋材料彼此之一正常移動實施印模製程，則楔形斷層補償將係必不可少的。
根據圖5中所展示之另一實施例，藉助壓紋元件8之壓力之施加尤其藉由固持框架3而自相對側(因此自壓紋材料6'之背面6u')發生，一對應相對力亦作用於此處。在此情形中，壓紋材料6'將適合於自身壓力轉移或視情況由一基板7支撐，如根據圖1至圖4之實施例中所展示。舉例而言，所圖解說明之壓紋材料6'可係一穩定但可壓紋薄膜。
壓紋元件8亦可經製成以使得非接觸力量轉移尤其藉由來自一線形噴嘴或沿一線定位之數個點狀噴嘴之一氣體流而發生。
圖7展示印模1在夾持帶4、4'上之固定藉由將印模1夾持於兩個平坦輪廓14、15之間而發生。夾持所必需之夾持力由固定構件16(此處：螺絲)產生。
1‧‧‧印模
2e‧‧‧奈米結構
2o‧‧‧載體側
2u‧‧‧曝露側
3‧‧‧框架
4‧‧‧夾持帶/夾持側/第一夾持側
4'‧‧‧夾持帶/夾持側/第二夾持側
5‧‧‧結構印模
6‧‧‧壓紋材料
6o‧‧‧壓紋表面
7‧‧‧基板
8‧‧‧壓紋元件
12‧‧‧彈簧

Claims (22)

  1. 一種結構印模(5)，其具有一印模(1)，其具有用於一壓紋結構之壓紋之一經微結構化或經奈米結構化的印模表面(2)，該壓紋結構對應於一壓紋表面(6o)上之該印模表面(2)，一框架(3)，用於夾持該印模(1)，其中該印模(1)係製成撓性的以使得該印模(1)可藉由一壓紋元件(8)而受一線力(line force)擴張超過由該框架(3)所界定之一表面平面E。
  2. 如請求項1之結構印模(5)，其中該印模(1)被夾持於該框架(3)之至少兩個相對夾持側(10、10')上。
  3. 如請求項2之結構印模(5)，其中該印模(1)是以彈簧(12)進行彈簧加載。
  4. 如請求項3之結構印模(5)，其中該印模(1)藉由位於該兩個相對夾持側上的兩個夾持帶(4、4')而以彈簧(12)進行彈簧加載。
  5. 如請求項1-4中任一項之結構印模(5)，其中該框架(3)具有用於沿該印模(1)之一個曝露側(2u)來引導一壓紋元件(8)之相對的兩個導向帶(9、9')，該側係沿背對該印模表面(2)的該印模(1)之一側定位。
  6. 如請求項5之結構印模，其中該表面平面E係藉由該等導向帶(9、9')進一步界定。
  7. 如請求項5之結構印模，其中該兩個導向帶(9、9')還彼此平行。
  8. 如請求項5之結構印模，其中該壓紋元件(8)係一壓紋輥。
  9. 如請求項1-4中任一項之結構印模，其中該印模(1)係由一載體及熱壓紋或模製於該載體上之一印模層形成。
  10. 如請求項9之結構印模，其中該印模層係一非排他彈性體 (elastomer)印模層。
  11. 如請求項1-4中任一項之結構印模，其具有在該框架(3)之背對該印模表面(2)之側上容納該框架(3)之一保持框架(11)。
  12. 如請求項1或2之結構印模，其具有沿該框架(3)而被引導之一壓紋元件(8)。
  13. 如請求項11之結構印模，其中在該保持框架(11)與該框架(3)之間引導該壓紋元件(8)，使得可沿該印模(1)來引導該壓紋元件(8)，且使該印模薄膜(1)施加一壓紋力。
  14. 如請求項13之結構印模，其中平行於該等相對夾持側(4、4')而進一步引導該壓紋元件(8)。
  15. 一種用於在一壓紋表面(6o)上壓紋一壓紋圖案之裝置，其具有以下特徵：一印模接納器，用於容納如請求項1-14中任一項之一結構印模(5)，及移動該結構印模(5)，一壓紋材料接納器，用於容納一壓紋材料(6)，及相對於該結構印模(5)放置該壓紋材料(6)，一壓紋元件驅動器，用於沿該結構印模(5)移動一壓紋元件(8)。
  16. 如請求項15之裝置，其中該壓紋元件(8)係根據請求項5、6、12或13之方法製成。
  17. 一種用於在一壓紋材料之一壓紋表面上壓紋一壓紋圖案之方法，其具有以下步驟：相對於該壓紋材料放置如請求項1至14中任一項之一結構印模之該表面，沿該結構印模移動一壓紋元件，且如此一來藉由將該印模表面施加至該壓紋材料而將該壓紋材料壓紋。
  18. 如請求項17之方法，其中將該印模製成撓性的，且在藉由該壓紋元件進行壓紋期間使該印模擴張超出由該框架界定之該表面平面。
  19. 如請求項18之方法，其中該表面平面係進一步由該等導向帶界定。
  20. 如請求項17-19中任一項之方法，其中由一保持框架在該框架之背對該印模表面之側上容納該框架。
  21. 如請求項20之方法，其中沿該印模在該保持框架與該框架之間引導該壓紋元件，且使該印模受到一壓紋力。
  22. 如請求項21之方法，其中平行於該等相對夾持側進一步地引導該壓紋元件。
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