专利名称：实现高速填充和产量的分布几何和导体模板的制作方法
技术领域：
主要涉及压印平版印刷。尤其是，本发明涉及减少在压印平版印刷过程中，将压印材料充满印模形状的形状所需的时间。
微制造涉及非常微小的结构的制造，例如，具有的形状在微米或更小尺度上。微制造的具有相当大的影响的一个领域是在集成电路的工艺中。由于半导体制造工业一直在增加基板上单位面积上的电路的同时，争取更大的产量，微制造变得日益重要。在允许形成的结构的形状尺寸持续减小的同时，微制造提供更强的工艺控制力。应用微制造的其他一些领域包括生物技术、光学技术、机械系统等等。
在Willson等人的美国专利号为6,334,960中披露了一种典型的微制造技术。Willson等人揭露了在一结构中形成浮雕图像的方法。该方法包括提供一具有转换层的基板。该转换层由可聚合流体混合物覆盖。一印模与可聚合流体发生机械接触。该印模包括浮雕结构，并且聚合流体混合物充满该浮雕结构。然后聚合流体混合物在合适的条件下固化和聚合，在转换层上形成固化的包含了印模赋予的浮雕结构的可聚合物材料。然后印模和聚合物材料分离，从而在固化的可聚合物材料中形成印模的浮雕结构的复制品。将该转换层和固化的聚合物材料置于某一环境下以选择性刻蚀与固化的可聚合物材料相对的转换层，从而在转换层上形成浮雕图像。使用该技术所需的时间和提供的最小形状的尺度取决于，尤其，可聚合物材料的成分。
因此，希望提供一种技术能减少用来充满压印平版印刷模板的形状所需要的时间。
发明内容
本发明涉及一种方法，把多个的间隔分开的液滴分布在基板上，其特征是液滴之间的间距最小，这间距使得这些液滴中的液体一定可以移动到相邻的液滴处，以在基板上形成一液体连续层。结果，当用图案模板图形化这些液滴时，用以使液滴充满图案形状和覆盖基板所需的时间最少。这增加了平版印刷工艺的生产能力。为了这个目的，该方法包括在基板上设置多个的间隔分开的液滴，每一个液滴具有与其相联系的单位体积。多个液滴的子集的相邻液滴的之间的间隔选择为与子集的最小单位体积有关。结果，相邻液滴的之间的距离最小化了，并仅仅取决于小滴分布设备的分辨率。
另外还揭露了一种导电模板和形成导电模板的方法，包括提供一基板；在基板上形成一台面；在台面上形成众多的凹陷和凸起，凹陷的最低点包含导电材料，凸起包含电性绝缘材料。要求台面对预定的辐射波长的射线完全透明，例如，紫外线。结果是，要求从允许紫外线穿过的材料中形成电导材料。在本发明中氧化铟锡是合适的材料，用来形成导电材料。但是，由于抗刻蚀能力，氧化铟锡难以图案化。但是，本方法提供了一种形成适于压印平版印刷中的铟氧化物导体模板的方法。下面将对这些其它的实施例作更加全面的描述。
图1是根据本发明的平版印刷系统的透视图；图2是如图1所示的平版印刷系统的简化正视图；图3是如图2所示的构成压印层的材料，在聚合和交联以前的简化描述图；图4是如图3所示的材料在遭受辐射以后，转变成交联的聚合材料的简化描述图；图5是压印层图案化以后，如图1所示的印模与压印层分离的简化正视图；图6所示的是根据本发明的第一实施例的如上述图2中所示的沉积在基板一区域上的压印材料的液滴的阵列的自上而下的俯视图；图7是根据本发明的第一实施例的如图2所示的印模的悬臂冲印，撞击如图6所示的液滴阵列的简化示意图；图8-11是使用如图7所示的印模的悬臂冲印，挤压如上述图6所示的液滴的自上而下的俯视图；图12是根据本发明的另一个实施例，具有能各自定位的电性导体的印模的自下而上仰视图；图13是在图12中所示的模板的侧横截面图；图14是根据本发明的另一个实施例，用来制造模板的基板的自上而下的俯视图；图15是在图14所示的基板的一区域，沿线15-15的侧横截面图；图16-23所示的是制造图13中所示的模板而使用的不同步骤中的如图15所示的区域的侧横截面图；图24是根据本发明的第四个实施例，压印材料的液滴布置成阵列的如图6所示的区域的自上而下的俯视图；图25是根据本发明的第五个实施例，使用如图2所示的印模，挤压如图24所示的液滴的自上而下的俯视图；图26是根据本发明的第六个实施例的模板的横截面图；图27是根据本发明的第七个实施例，用来制造如图26中所示的模板的基板的自上而下的俯视图；图28是如图27中所示的基板区域沿线28-28的横截面图；和图29-30所示的是制造图26中所示的模板而使用的不同步骤中如图28所示的区域的侧横截面图。
具体实施例方式
图1描绘了根据本发明的第一实施例的平版印刷系统10，它包括一对间隔分开的桥式支架12，和伸展在它们之间的桥14和载物台支架16。桥14和载物台支架16是间隔分开的。与桥14相连接的是压印头18，其从桥14向载物台支架16延伸，并可以沿Z-轴移动。设置在载物台支架16上面对压印头18的是移动载物台20。移动载物台20设计成相对于载物台支架16能沿X-和Y-轴移动。可以理解，压印头18既可以沿Z-轴，又沿X-和Y-轴移动，移动载物台20既可以沿X-和Y-轴，又沿Z-轴移动。在2002年7月11号递交的申请号10/194,414标题为“分步和重复压印平版印刷系统”的美国专利中披露了一种典型的移动台装置，该专利受让于本发明的受让人，在这里全文引入作为参考。一辐射源22与系统10相连，以光化辐射射在移动载物台20上。如图所示，辐射源22与桥14相连，并包括与辐射源22相连的一电力发电机23。系统的运行一般由与其进行数据传送的处理器25控制。
参照图1和2，连接压印头18的是其上具有印模28的模板26。印模28包括多个由许多间隔分开的凹陷28a和凸出28b定义出来的形状。多个的形状定义出一源图案，该图案将被传送到位于移动载物台20上的基板30中。为了这个目的，压印头18和/或移动载物台20可以变化印模28和基板30之间的距离“d”。以这方式，印模28上的形状可以压印入以下更加全面描述的基板30的易流动区域描述。辐射源22定位使得印模28位于辐射源22和基板30之间。结果，印模28由能对辐射源22产生的辐射完全透明的材料形成。因此，可以制造印模28的材料包括石英、熔融石英、硅、蓝宝石、有机聚合物、硅氧烷聚合物、硼硅酸盐玻璃、碳氟聚合物或它们的组合物。此外，模板26可以由上述的材料或金属形成。
参照图2和3，易流动区域，例如压印层34，安置在表面32的呈现充分平坦外形的一部分上。一典型流动区域由压印层34作为多个间隔分开的离散的材料36a的液滴36沉积在基板30上构成，多个下面将作更加充分地描述。在2002年7月9号递交的申请号10/191,749标题是“分布液体的系统和方法”的美国专利中披露了一种典型的沉积液滴36的系统，该专利受让于本发明的受让人，在这里全文引入作为参考。压印层34由材料36a构成，该材料可以选择性的聚合和交联来记录那里的源图案，定义出记录的图案。在2003年6月16号递交的专利申请号10/463,396标题是“减少适应区域和印模图案之间粘性的方法”的美国专利中披露了一种典型的材料36a的组分，在这里全文引入作为参考。如图4所示的材料36a在点36b交联，形成交联聚合材料36c。
参照图2、3和5，通过与印模28机械接触，在压印层34中部分地形成记录图案。为了这个目的，距离“d”减小以允许压印液滴36与印模28物理接触，分布液滴36以在表面32上形成具有材料36a的不间断构造的压印层34。在一个实施例中，距离“d”减小以使压印层34的子部分34a进入并充满凹陷28a。
为了便于填充凹陷28a，当材料36a的不间断构造覆盖表面32时，材料36a具有必不可少的特性来完全充满凹陷28a。在本实施例中，在设想的、通常最小值的距离“d”已经达到后，存在与凸起28b重叠的压印层34的子部分34b，留下的具有厚度t1子部分34a和具有厚度t2的子部分34b。根据应用，厚度“t1”和“t2”可以是任何希望的厚度。通常，t1选择为不大于子部分34a宽度的两倍，例如，t1≤2u，在图5中更加清晰的显示所示。
参照图2、3和4，在达到希望的距离“d”后，辐射源22产生光化辐射以聚合和交联材料36a，形成交联聚合材料36c。结果，压印层34的组分由材料36a转变为是固体的交联聚合材料36c。特别的，交联聚合材料36c固化以具有和印模28的表面28c的形状相一致的形状的边34c，在图5中更加清晰地显示。在压印层34转变为由如图4所示的交联聚合材料36c、如图2所示的移动压印头18构成以增加距离“d”，从而，使得印模28和压印层34分离。
参照图5，可以实施附加过程以完成基板30的图案化。例如，可以刻蚀基板30和压印层34把压印层34的图案转移到基板30上，提供一图案表面34c。为便于刻蚀，构成压印层34的材料可以各式各样的，以定义出一相对于基板30的希望的相对刻蚀速率。
参照图2、3和6，由于印模具有非常密致的形状，例如，纳米尺度的凹陷28a，在与印模28重叠的基板30的区域40上分布液滴36来充满凹陷28a，可能需要长的时间周期，因此减慢了压印过程的吞吐量。为推动压印过程的吞吐量的增加，液滴36分布成使得在基板30上展开和充满凹陷28a所需的时间最少。通过把液滴36分布成一个二维矩阵阵列42实现的，从而相邻的液滴36之间的间隔，显示为S1和S2，是最小的。如图所示，矩阵阵列42区域的液滴36排列成六列n1-n6和六行m1-m6。但是，液滴36在基板30上可以排列成几乎任何二维阵列。将形成一希望的图案层所必须的压印材料36的总体积设定为Vt，希望在矩阵阵列42中的液滴36数量的最大化，因此最小化相邻液滴之间的间隔S1和S2。另外，希望在子域中的每一个液滴36的与之相关的压印材料36a的量完全相同，定义基于这些标准的一单位体积Vu，可以确定在矩阵阵列42中液滴36总数量，n，由下式决定(1)n＝Vt/Vu其中Vt和Vu如上面的定义。假设液滴36的方形矩阵中，液滴36的总数，n，由如下式定义(2)n＝n1×n2其中n1是液滴沿第一方向的数量，n2沿第二方向的数量。沿第一方向相邻液滴36之间的间隔S1，也就是，在一维尺度上，可以如下决定(3)S1＝L1/n1其中，L1是区域40的沿第一方向的长度。以相类似的形式，沿与第一方向相垂直的第二方向上相邻液滴36之间的间隔S2，可以如下式决定(4)S2＝L2/n2
其中，L2是区域40的沿第二方向的长度。
考虑到与每一个液滴36相关的压印材料36a单位体积取决于分布设备，清楚的是，间隔S1和S2取决于分辨率，即，用于形成液滴36的液滴分布设备(未显示)的操作控制力。特别，希望分布设备(未显示)提供每一个液滴36中压印材料36a的数量最小，从而能精确控制相同的。在这样的方式下，在其上每一个液滴36中压印材料36a必须移动的区域40的面积最小。这减少了充满凹陷28和在基板上覆盖压印材料36a的连续层所需的时间。
本发明致力于避免的另一个问题是在形成图案表面34c时，在压印层34中的气陷。特别的，在矩阵阵列42中分离的液滴36之间的容积44中，存在气体，并且矩阵阵列42的液滴36在区域40上分布以避免其中的气体存在，如果没有预防。为了这个目的，根据本发明的一个实施例，在矩阵阵列42中的液滴36的子集沿着第一方向被印模28沿着第一方向压缩，接着沿垂直于第一方向的第二方向，压缩矩阵阵列42中残留的液滴36。这通过印模28在液滴36上悬臂冲压实现，如图8中所示。
参照图6、7和8，模板26设置成使得印模28的表面28c与基板30的基板表面30a形成斜角θ，参照于悬臂冲压。在2000年10月27日递交的申请号09/698,317标题为“压印平版印刷工艺中的高精度方位对准和间距控制台”的为美国专利中披露了一种易于角θ形成的典型的设备，在这里全文引入作为参考。作为印模28的悬臂冲压的结果，随着印模28和基板30之间距离的减少，在印模28的与印模28的一端接触的保留部分与矩阵阵列42的保留液滴36接触前，印模28的子部分将和矩阵阵列42中的液滴36的子集相接触。如图所示，印模28与列n6中的液滴36完全同时接触。这导致液滴36展开和产生压印材料36a的不间断的液体薄片46，从区域40的边缘40a伸展到纵列n1-n5。液体薄片46的一边缘定义气液交界面46a，作用是推动容积44中的气体从边缘40a离开而朝向边缘40b、40c和40d。在纵列n1-n5中的液滴36之间的容积44定义为气体通道，气体能够通过该气体通道推到区域40的边缘部分。在这种方式下，与气体通道相连的交界面46a，如果没有预防，将减少液体薄片46中的气阱，。
参照图7和9，随着模板26朝基板30移动，印模28旋转的发生使得列n4和n5中的液滴36的子集的压印材料36a展开和变为包含于不间断的液体薄片46中。模板26继续旋转致使印模28完全接触列n2和n3中的液滴36，使得与之相关的压印材料36a展开以变成包含在不间断液体薄片46中，如图10所示。该过程继续直到全部液滴36包含在连续薄片46中，如图11所示。可以看到，交界面46a已朝边缘40c移动，使得对残留在区域40的容积44a中的气体来说，存在一条通往边缘的畅通的气体路径(未示出)。这使得容积44a中的气体从面对边缘40c的区域40排出。用这种方法，如果没有避免，在如图5所示的具有的表面34c的压印层34中的气陷减少了。
参照图3、12和13，在本发明的另一个实施例中，一列接一列的依次展平矩阵阵列42中的液滴36，对应于如图7-11所示，可能不需要印模28的悬臂冲压就能实现。这可以通过使用电磁力来移动压印材料36a越过区域40和/或朝向印模128来实现。总之，印模128包括多个的各自定位的导体元件q1-q6，它们构成印模128的凹陷128a的最低点118a。主体150的子部分118b在子部分118b的侧面与凸起128b重叠，且不包括那里的任何导体材料。印模128的形成将在下面作更加全面的描述。
参照图14，形成模板的方法包括形成主体150，并在它上面确定4个区域150a、150b、150c和150d以形成模板。特别，主体150由标准6025熔融石英构成。同时形成4个模板，显示为126、226、326和426，在主体150的4个分离区域上。为了本披露的简化，制造模板126的描述理解为，相对于模板126的描述等同于模板226、326和426。
参照图15和16，主体150，在一侧面上一般测量为152.4mm。主体150有一铬层130在它的整个侧面112上。光阻剂层132覆盖铬层130。光阻剂层132图案化，并显影以暴露出包围侧面112的中心部分136的区域134。中心部分136在侧面上具有一般测量为25mm的尺度。代表性地，光阻剂层132使用激光所示器来图案化。在光阻剂层132显影后，与区域134重叠的铬层130使用合适的刻蚀技术，例如，铵硝酸盐或离子刻蚀，刻蚀去掉。在这方法下，与区域134重叠的主体150的一部分暴露出来。此后，合适的后刻蚀步骤可以进行，例如，烤箱烘烤或其他清洁工艺。
假设主体150由熔融石英构成，合适的刻蚀技术将包括缓冲氧化刻蚀(BOE)。达到希望的平台133的高度h，需要充足的时间，如从主体150的表面112测量，如图18所示。典型的高度是15微米。此后，光阻剂层132残留的部分除去，并且在中心部分136的铬层130的残留部分除去。光阻材料134的一层沉积在模板126上，如图19所示。与平台133叠印的光阻材料134的区域图案化和显影除去以暴露主体150的区域136，使用标准的技术，留下图案化的光阻层138，如图20所示。此后，一层氧化铟锡(ITO)140沉积在模板126上以覆盖图案化的光阻层138，如图21所示。ITO是用于印模128的一种合适的材料，因为电导性和对由辐射源22产生的射线的波长完全透明，如图2所示。如图20所示，使用移除工艺除去图案化的光阻层138，同时没有与区域136重叠的ITO层的所有部分在移除工艺中除去。在这方式中，图案化的ITO层142形成，该ITO层142具有暴露主体150的区域144，如图22所示。随着图案化的ITO层142的形成，沉积一硅氧化物SiO2层146，如图23所示。这形成印模128，具有图案化的硅氧化物层146，使得硅氧化物不与在ITO层142中的ITO材料重叠，而ITO层142与区域144重叠，如图13所示。这样，凹陷128a的最低点由ITO构成，凸起128b由SiO2构成。
参照图3、12和13，可以理解，凸起128a由电性绝缘材料形成，这样接近凹陷128a的电磁场，EM1，大于接近凸起128b的电磁场，EM2。为了这个目的，使用任何合适的已知耦合技术，电压源120与导体元件q1-q2电通信，如图12所示。在本例子中，导体元件q1-q6形成以延伸超过印模128，并且电压源120连接到那里。此外，通过选择定位导体元件q1-q6，选择的液滴36可以通过希望的几乎任何方法选择性地伸展，包括上面结合图7-11对伸展图案的描述。
参照图3、24和25，如上所述，液滴136和236可以排列成几乎任何的矩阵排列。如所示的，液滴136和236排列成两个放置方式。在每一个液滴136中的压印材料36a的数量完全相同，在每一个液滴236中的压印材料36a的数量完全相同。在每一个液滴236中的压印材料的数量大于在每一个液滴136中的压印材料的数量。通过以这种方式排列具有不同压印材料36a的数量的液滴136和236，没有朝基板30使用印模128的悬臂冲压，相信充满印模28的凹陷128a所需的时间可以最少，同时避免了压印层36a中气陷。特别，通过使用最少体积的液滴136，实现了上面描述的关于减少充满凹陷128a的时间的优点。压印材料36a相对大的数量，如图3所示，在液滴236中，如图24所示，且液滴236的定位增加了这可能性，该可能性是由液滴236创造的压印材料-气体交界面146a的流动将完全有力地把气体向区域140的周边驱动，而没有把气体限制在压印材料36a中。
参照图3、12和24，为了进一步降低展开和图案液滴136和236中压印材料36a所需的时间，可以使用模板128和如上面描述的，依次或同时激活导体元件q1-q6。
参照图3、26和27，希望同时施加一个穿越印模的电磁场，可以使用印模526。从主体550形成的印模526由一种合适的材料形成，例如熔融石英。一典型材料是标准6025熔融石英，其在一侧的尺寸是大约152.4mm。同时在四个分离的区域(550a、550b、550c和550d)中，分别形成四个模板526、626、726和826。为了简化本发明的披露，对模板526的制造的描述，理解为对于模板526的描述，等同于模板626、726和826。
参照图28和29，主体550在整个一侧512上具有一铬层530。在主体550上以上面描述的方式形成一平台533，依据图16-18。在主体550的整个一侧512上使用标准技术沉积一层氧化铟锡(ITO)，如图30所示。在ITO层534顶上沉积一硅氧化层SiO2，使用标准技术图案化和刻蚀该硅氧化层以形成凹陷528a和凸起528b，如图26所示。在这样的方式下，凹陷128a的最低点由ITO构成，凸起528b由ITO构成。可以理解，凸起528a由电性绝缘材料构成，这样实现了接近凹陷528a的电磁场，EM1，大于接近凸起528b的电磁场，EM2。结果，接近印模528的压印材料36a更可能进入凹陷528a，因此减少了材料36a适应印模528所需的时间。
上面描述的本发明的实施例是范例。可以对上面详细的披露进行许多变化和改动，但仍在本发明的范围以内。例如，电磁场的使用可以证明有益于保证压印材料完全充满在印模上的形状，因此避免在压印层中的不连续。当压印材料没有充满印模的凹陷时，这样的不连续就出现了。这可能是由于不同的环境和基于不同特性的材料，例如在凸起和与其重叠处表面之间的毛细吸引。应用电磁场来吸引压印材料进入印模将克服这些性质。因此，本发明的范围的不限于上面的描述，而应当是参考附后的权利要求连同他们的等价物的全部范围决定的。
权利要求
1.一种形成导体模板的方法，该方法包括提供一基板；在基板上形成多个的凹陷和凸起，凹陷的子集的最低点包含电性导体材料，通过在基板上沉积多个的间隔分离的导体区域，以形成多个的导电区域，接着在这层上的多个导电区域内沉积一绝缘材料层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成多个凹陷进一步包括提供多个的选择激活的导电区域。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成多个凹陷进一步包括在基板上沉积氧化铟锡层，并在氧化铟锡层上沉积一绝缘材料层；使该绝缘层形成图案以产生多个从绝缘层表面延伸的通道，且终止在氧化铟锡层中。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成多个凹陷进一步包括在基板上形成作为多个间隔分开的导体区域的氧化铟锡层，没有与间隔分开的导体区域重叠的基板区域暴露出来，形成暴露区，并且在暴露区上用电性绝缘材料，形成电性绝缘层，形成图案层的导体区域具有多个通道。
5.一种模板，包括一基板；和多个设置在基板上的间隔分开的导电区域，该基板和导电区域可基本透过预定波长的能量。
6.如权利要求5所述的模板，其特征在于，所述基板进一步包括一台面，所述多个间隔分开的导电区域的一子集设置在所述台面上。
7.如权利要求5所述的模板，其特征在于，所述多个间隔分开的导电体区域由氧化铟锡构成。
8.如权利要求5所述的模板，其特征在于，进一步包括连接所述电源的处理器，以控制其运行来使用电能，因而所述多个间隔分开的导电区域依次使用输送到其上的电能量。
9.一种在主体上产生图案的方法，所述方法包括在模板和所述主体之间设置液体；定位所述模板接近所述液体；在所述模板和所述液体之间施加一电场，移动所述液体的一部分，从而在所述主体上展开所述液体以形成一薄膜，同时防止所述薄膜中的不连续。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述施加步骤进一步包括施加足够大的电场以克服所述液体在所述模板和所述主体之间的毛细吸力。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括提供具有导电层的模板，该导电层可透过引起所述液体材料聚合和交联的辐射，并且施加所述电场进一步包括施加一电压到所述导电层。
12.一在基板上分布一整体体积的液体的方法，所述方法包括在所述基板上分布多个间隔分开的液滴，每个液滴具有与之联系的单元体积；在所述基板的一范围上展开所述多个液滴中的液体；和在接触相邻液滴的液体之前，使每一个所述多个液滴的液体移动的距离最小化。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，最小化步骤进一步包括将所述多个的间隔分开的液滴排列成一图案，使得所述多个液滴的子集的相邻液滴的之间的间隔为所述子集的最小单位的一函数。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述展开步骤进一步包括挤压在所述基板和主体图案区域之间的所述多个液滴，以在所述基板的区域上形成与所述图案区域重叠的所述液体的连续层，固化所述液体的连续层中的液体以形成在那里的所述图案，该图案与所述图案区域互补。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述展开步骤进一步包括向所述多个液滴施加一电磁场。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括放置其上具有图案区域的主体接近所述多个液滴，展开步骤进一步包括向所述多个液滴施加一电磁场，以促成所述液滴和所述图案区域一致。
全文摘要
本发明涉及一种方法，该方法使用了分布几何、导体模板和在压印平版印刷过程中，形成导体模板以实现高速填充和吞吐量的方法。
文档编号B05D3/14GK1906021SQ200480032145
公开日2007年1月31日 申请日期2004年11月5日 优先权日2003年11月12日
发明者S·V·斯里尼瓦桑, I·M·麦克麦基, 崔炳镇, R·D·弗伊欣 申请人:分子制模股份有限公司