用于通过模制制造由固化材料制成的结构体的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过模制方式制造由固化材料制成的结构体以及一种通过辐射固化所述结构体的方法。
【背景技术】
[0002]紫外光固化塑料(例如，Ormocere、来自Delo, Norland, Epoxy Technology 的 UV胶、或Panacol-Elosol)当照射时以几个百分比的范围收缩。如果塑料在制造处理期间模制并且随后照射，那么结果将是在工具与模制结构体之间具有尤其在光学应用中造成不可接受的形状偏差。
[0003]在其他中，在两个变化并且因此在两个不同类型的设备中，使用紫外光固化聚合物进行模制。该方法包括在大的区域上同时并行模制很多结构体，或者在顺序处理中反复模制单独结构体，其中，在共同衬底上进行在空间上彼此相邻的单独模制处理。
[0004]第一处理变化主要发生在掩模对准器内，该掩模对准器允许在要模制的衬底上相对于标记精确定位模制工具。为了固化，在衬底上的聚合物由UV辐射通过工具或者通过衬底照射并因此固化。
[0005]从DE102009055080A1中已知通过工具或衬底照射的潜在方法。
[0006]第二处理变化主要发生在所谓的步骤&重复机器内，该机器可以示例性地是合适的纳米模制光刻设备。因此，要固化的限定量的聚合物沉积在衬底上，以便聚合物液滴形成在衬底上。随后，模制工具放在液滴上，以便一方面，液滴具有结构体的形状，并且另一方面，可以使用模制工具放在衬底上。
[0007]随后，通过UV辐射，固化聚合物，其中，UV辐射可以促使固化聚合物，例如，通过透明的模制工具或者通过衬底。
[0008]在固化聚合物之后，去除模制工具，并且该工具同时放在位于此处的聚合物的另一个液滴上，以便模制下一个结构体。通过这种方式，在衬底上相继应用要模制的所有结构体。这种方法允许在衬底上具有模制工具的任何模式的单独结构体，定位精度优于1 μπι。
[0009]在图11中示出了单独处理步骤的潜在流程。
[0010]在平行处理期间并且在顺序处理期间，在固化聚合物时的材料收缩具有以下结果:不能精确地满足由模制工具预先确定的光学结构(示例性地是透镜)的形状，因此，在透镜内可以发生不精确，或者由收缩引起的机械张力造成衬底变形。DE102009055080A1讨论了一种方法，该方法允许继续流动或者回流的聚合物补偿在固化时的材料收缩。在此处进行局部变化的照射，以便具有可变的孔径尺寸的可变快门允许生成固化辐射的可变强度以及固化区域的可变尺寸，以便首先固化要形成的透镜的中心区域，在此处发生的材料收缩可以由继续流动的材料补偿，并且随后，透镜的外围区域可以固化。
[0011]在这种方法中，由可变快门造成的投射阴影确定固化区域。因此，通过包含辐射源和可变快门的辐射光学器件的透射功能的时间控制，固化聚合物。在此处的基本优点在于，例如，机械虹彩光圈快门或LCD显示器，不发生辐射，与在其他方法中一样，同时在整个晶片上使用泛光照明，但是使用其直径可变的快门。尽管通过这种方式形成透镜的更大轮廓保真度，这个处理也不允许直接观看处理的进度，也不判断在这个处理中是否需要主动干预。在所描述的处理中，固化辐射没有进一步的光学调整。
【发明内容】
[0012]因此，需要允许可控固化和模制并且因此减少制造次品的方案。所以，本发明的目标是提供一种允许减少制造次品的方案。
[0013]该目标由根据权利要求1所述的装置以及根据权利要求12所述的方法实现。
[0014]本发明的中心思想认识到，上述目标可以通过将射线整形光学元件设置在辐射源与模制工具之间的光通道内来聚焦固化辐射而实现。其允许更精确地控制固化所述固化聚合物。
[0015]根据一个实施方式，两个射线整形光学元件设置在光通道内。因此，在射线方向拓宽的锥形射线由第一射线整形光学元件整形，以形成大约恒定宽度的射线，并且在射线的另外的路线中，由第二射线整形光学元件聚焦，以便辐射的强度朝着模制工具增大。通过合并其孔径尺寸和/或光圈的横向位置可变的快门和射线整形元件，固化聚合物的辐射可以精确地控制，从而可以提高透镜轮廓的精度。
[0016]根据一个替换的实施方式，射线分离元件设置在第一射线整形元件与第二射线整形元件之间，使得由辐射源发射的部分辐射耦合并且可以由摄像头检测，以便允许观看辐射源。
[0017]根据另一个实施方式，射线分离元件与从模制工具的方向反射回的辐射部分耦合，并且将该辐射部分引入摄像头中，以便允许观看固化区域。
[0018]进一步有利的实施方式是从属权利要求的主题。
【附图说明】
[0019]随后，参照附图，详细说明本发明的优选实施方式，其中:
[0020]图1是包括光通道和射线整形元件的用于使固化材料固化的装置的示意性剖视图；
[0021]图2是包括光通道、射线整形光学元件和射线分离光学元件、以及摄像头的装置的示意性剖视图；
[0022]图3是包括替换的射线分离光学元件的装置的示意性剖视图；
[0023]图4是光通道包括可变快门的装置的示意性剖视图；
[0024]图5是快门结构和光学微结构设置在工具衬底上的装置的示意性剖视图；
[0025]图6a_6c是可变快门的示意图；
[0026]图7是用于通过可变快门以及被设置为彼此相邻的几个模制工具通过局部变化的方式照射的装置的示意性剖视图；
[0027]图8示出了制造由固化材料制成的结构体的方法的流程图；
[0028]图9示出了制造由固化材料制成的结构体的一种替换方法的流程图；
[0029]图10是用于制造由固化材料制成的结构体的装置的示意性剖视图；
[0030]图11是使用步骤&重复机器的模制和固化处理的示图。
【具体实施方式】
[0031]图1示出了包括模制工具12的装置10，该工具包括模制表面或模制区域14并且形成在工具衬底16上。膜层18a和18b设置在与模制工具12横向相邻的工具衬底16上，膜层在通道区域内松散地连接至工具衬底16上并且通过液密的方式在工具衬底上密封通道区域。通过液密的方式密封的通道区域从而形成沟道结构22a和22b。模制区域14在此处还可以包括涂层，该涂层防止模制材料粘住模制工具12。
[0032]模制工具12相对于衬底24定位，以便设置固化材料28的区域26形成在衬底24的表面25与模制工具12之间。在膜层18a和18b与衬底之间具有与区域26邻接的另外的固化材料29，在沟道结构22a和22b内施加压力Pl时，固化材料被配置为经受压力。
[0033]照射单元2设置在远离模制表面14的模制工具12的那一侧上。该照射单元包括发射放射线36的辐射源34。在其原点上，放射线36的射线大体上平行。在射线方向，灰色滤波器38设置为与漫射圆盘42相邻并且在射线方向位于漫射圆盘的上游。如果辐射的强度太高，那么灰色滤波器38被配置为减弱放射线36的强度。相反，漫射圆盘42被配置为消除放射线36的准直并且散射放射线36。
[0034]可变快门44包括由可变开口直径D1实现的可变发射区域45，该快门设置为与漫射圆盘42相邻。可变发射区域45被配置为使由漫射圆盘42散射的锥形放射线36b离开辐射源34，由可变开口直径D1控制锥形宽度。光通道46设置在可变快门44与工具衬底16之间，在射线方向的另外的路线中，包括第一射线整形光学元件48和第二射线整形光学元件52。
[0035]因此，这两个射线整形光学元件48和52被配置为聚焦入射辐射。
[0036]因此，第一射线整形光学元件48被配置和设置为使在第一射线整形光学元件48上入射的放射线36b准直并且放射线36b的射线在另外的路线36c中彼此大体上平行。由于在辐射部分36c中的射线具有大体上平行的路线，所以辐射的强度在辐射方向的路线上保持大体上恒定。
[0037]在射线方向，放射线36c由第二射线整形光学元件52聚焦，以便聚焦造成在部分36d中的辐射的强度增大，并且该强度在固化材料28设置在其中的区域26内具有局部最大值，同时忽略与表面25相邻的固化材料的辐射的吸收。
[0038]交替地，例如，放射线36的强度的局部最大值还可以定位成使该局部最大值位于模制表面14与表面25之间。原则上，局部最大值可以位于任何轴向位置。
[0039]通过在通道区域22a和22b内施加压力ρ:，可以补偿由放射线