DE102004053789A1

DE102004053789A1 - Prägeverfahren mit indirektem Fluiddruck

Info

Publication number: DE102004053789A1
Application number: DE102004053789A
Authority: DE
Inventors: Bruce M. San Jose Harper; Christopher H. Los Gatos Bajorek
Original assignee: Komag Inc
Current assignee: WD Media LLC
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2005-07-14
Also published as: JP2005178384A; US20040132301A1

Abstract

Es sind ein Prägeverfahren, das mit indirektem Druck arbeitet, und eine zugehörige Vorrichtung beschrieben. Es wird ein Stempel mit einer Rückseite und einer Vorderseite bereitgestellt. Der Stempel kann in ein prägbares Material durch den indirekten Fluiddruck gepresst werden, indem der Druck lediglich auf die Rückseite des Stempels ausgeübt wird.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf das Gebiet eines Herstellungsverfahrens und insbesondere auf die Prägelithographie.
Ein Plattenlaufwerkssystem besteht normalerweise aus einer oder mehreren Magnetaufzeichnungsplatten und einem Steuermechanismus, der Daten in etwa kreisförmig verlaufenden Spuren auf einer Platte speichert. Eine Platte besteht aus einem Substrat sowie einer oder mehreren Schichten, die auf dem Substrat aufgetragen sind. Bei den meisten Systemen wird ein Aluminiumsubstrat verwendet. Alternative Substratmaterialien, wie etwa Glas, bieten jedoch unterschiedliche Leistungsgewinne, so dass die Verwendung eines Glassubstrates erwünscht sein kann.
Um ein Plattensubstrat aus einem blanken Blech eines Materials auf Metallbasis, wie etwa Aluminium oder Aluminium-Magnesium, zu erzeugen, kann das Blech gestanzt werden, um ein Plattensubstrat zu erzeugen, das einen Innendruchmesser (ID) und einen Außendurchmesser (OD) hat. Nach dem Stanzen des ID und OD, kann das plattenförmige Substrat zum Beseitigen von Spannungen wärmebehandelt und anschließend poliert werden. Anschließend kann die Platte mit einer Polymerbeschichtung überzogen werden.
Der Trend bei der Entwicklung von magnetischen Festplattenlaufwerken geht zur Erhöhung der Aufzeichnungsdichte eines Plattenlaufwerksystems. Die Aufzeichnungsdichte ist ein Maß für die Datenmenge, die in einem bestimmten Bereich der Platte gespeichert werden können. Ein Verfahren zur Erhöhung der Aufzeichnungsdichten besteht darin, die Oberfläche der Platte zu strukturieren, um diskrete Spuren auszubilden, was als DTR (Discrete Track Recording) bezeichnet wird. DTR-Platten weisen normalerweise eine Abfolge konzentrischer erhabener Zonen (als Stege, Erhebungen und dergleichen bekannt), die Daten speichern, und vertiefter Zonen (als Durchdringungen, Täler, Rillen und dergleichen bekannt), die Servo-Informationen speichern können. Die vertiefte Zonen trennen die erhabenen Zonen, um die unbeabsichtigte Speicherung von Daten in den erhabenen Zonen zu verhindern oder zu unterbinden.
Ein Verfahren zur Herstellung von magnetischen DTR-Platten besteht in der Verwendung eines starren vorgeprägten Verformungswerkzeugs (wie etwa eines Stempels oder eines Prägewerkzeugs). Eine Umkehrung der Oberflächenstruktur wird auf dem Stempel erzeugt, die anschließend direkt auf die Oberfläche(n) eines Plattensubstrates geprägt wird. Magnetische Dünnfilm-Aufzeichnungsschichten werden anschließend auf der strukturierten Oberfläche des Substrates abgeschieden, um ein DTR-Medium zu erzeugen, das über eine durchgehende Magnetschicht verfügt, die sich sowohl über die erhabenen als auch die vertieften Zonen erstreckt. Um Spuren auf ein Datenspeicher-Plattensubstrat zu prägen, kann eine Prägeschablone an einer flexiblen Halterung angebracht sein, deren Krümmung durch anlegen eines hydrostatischen Drucks verändert werden kann. Durch geeignetes Abändern des Drucks, kann die Prägefläche mit dem Plattensubstrat in Berührung gebracht werden.
Eine geprägte Platte kann unbrauchbar sein, wenn die Prägefläche nicht konzentrisch mit dem Plattensubstrat ausgerichtet ist. Geprägte Spuren, die einen übermäßigen Versatz von einer Mittellinie des Plattensubstrates aufweisen, funktionieren unter Umständen nicht ordnungsgemäß, wenn sie von einem Plattenlaufwerkskopf gelesen werden. Dieses Erfordernis ist insbesondere bei Platten von Bedeutung, die in Festplattenlaufwerken Verwendung finden, in denen Spuren gegebenenfalls auf beide Seiten geprägt werden müssen. Daher erfordert das Prägen einer Platte einen Ausrichtschritt, bei dem die Mittellinie der Platte mit einer Mittellinie der Prägefläche ausgerichtet wird, bevor das Plattensubstrat tatsächlich geprägt wird.

Derzeitige Ausrichtverfahren verlangen normalerweise die Verwendung von hochpräzisen Stellantrieben oder Robotereinrichtungen. Die hochpräzisen Stellantriebe ermitteln beispielsweise zunächst eine Mittellinie für das Plattensubstrat und richten sie mit einer Mittellinie der Prägefläche aus. Die Verwendung derartiger hochpräziser Stellantriebe und Robotereinrichtungen ist teuer und mit hohen Wartungskosten, nicht dauerhafter Genauigkeit und Zuverlässigkeit sowie langsamen Produktionszyklen verbunden. Die hochpräzisen Stellantriebe und Robotereinrichtungen sind zudem beträchtliche Maschinenanlagen, die sehr viel Platz am Aufstellungsort erfordern.

Nach der Ausrichtung wird der Stempel in einen Film (prägbares Material) gedrückt, der auf der Oberfläche des Plattensubstrates haftet. Ein Prägeverfahren nach dem Stand der Technik, das im US-Patent 6.482.742 beschrieben ist, verwendet direkten Fluiddruck, um den Stempel in den vom Substrat gehaltenen Film zu drücken. Ein weiteres Prägeverfahren, das im US-Patent 6.482.742 beschrieben ist, nutzt indirekten Fluiddruck, um den Stempel in den vom Substrat gehaltenen Film zu drücken. Beim Verfahren mit indirektem Fluiddruck, das im US-Patent 6.482.742 beschrieben ist, ist eine Stempel-/Filmanordnung 30 von flexiblen Membranen 40A und 40B umgeben, die in zwei zusammenpassenden Zylindern 67A, 67B eingeschlossen sind, wie es in 9 dargestellt ist. Der Fluiddruck auf das Innere der Zylinder übt einen Druck auf die flexiblen Membrane aus, die ihrerseits den Stempel und den Film zusammenpressen. Das US-Patent 6.482.742 erläutert, dass die Zylinder gegenüber dem Stempel und dem Substrat geringfügig abgedichtet sein können.

Ein Problem einer derartigen Dichtungsanordnung besteht darin, dass sie lecken kann und den Druck begrenzt, der auf die Membrane ausgeübt werden kann. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Verwendung von Membranen, die die Stempel-/Filmanordnung vollständig umgeben, es er schwerf, das Substrat/Film für den Prägevorgang zu erwärmen. Schließlich besteht ein weiterer Nachteil der Verwendung von Membranen, die die Stempel-/Filmanordnung vollständig umgeben, darin, dass sie zu einer größeren freiliegenden Oberfläche führen, die eine größere Kraft verlangt, um den Stempel in den vom Substrat gehaltenen Film zu pressen. Die Erzeugung einer größeren Kraft erfordert zudem einen größeren Druck, um die Zylinder geschlossen zu halten, ohne dass Fluid austritt. Zudem ist es bei einer derartigen Anordnung praktisch unmöglich, die Komponenten, die von den Membranen umschlossen sind, einzustellen oder zu verändern, nachdem die Membrane geschlossen sind, wie es etwa der Fall ist, um den Stempel mit dem Film/Substrat präzise auszurichten. Darüber hinaus kann eine derartige Dichtungsvorrichtung zu viel Zeit für die Herstellung erfordern, wodurch es unmöglich wird, einen hohen Durchsatz bei der Produktion zu erzeugen.

Ausführungebeispiele der vorliegende Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen beschriebe. Es zeigen:
1 eine Ausführungsform einer semi-passiven Plattenausrichtvorrichtung für die Herstellung strukturierter Medien;
2 eine Ausführungsform einer passiven Plattenausrichtvorrichtung für die Herstellung strukturierter Medien;
3 eine weitere Ausführungsform einer semi-passiven Plattenausrichtvorrichtung für die Herstellung strukturierter Medien;
4 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer semi-passiven Plattenausrichtvorrichtung für die Herstellung strukturierter Medien;
5 in Gestalt eine Flussdiagramms ein Verfahren zum Ausrichten einer Platte für die Herstellung strukturierter Medien;
6 in Gestalt eines Flussdiagramms ein alternatives Verfahren zum Ausrichten einer Platte für die Herstellung strukturierter Medien;
7A eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform von Prägeflächen, die Gesenkabschnitte dichtend abschließen;
7B eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform von Prägeflächen, die Gesenkabschnitte dichtend abschließen;
8 eine Ausführungsform einer thermodynamischen Presse, die zum Prägen eines Plattensubstrates verwendet werden kann;
9 einen indirekten Druckprägeaufbau nach dem Stand der Technik;
10 eine Ausführungsform einer Prägevorrichtung, die mit indirektem Fluiddruck arbeitet.
In der folgenden Beschreibung werden unterschiedliche spezifische Details, wie etwa Beispiele spezieller Bestandteile, Vorgänge und dergleichen erläutert, um für ein umfassendes Verständnis unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung zu sorgen. Es versteht sich jedoch für den Fachmann, dass diese speziellen Details für die praktische Umsetzung unterschiedlicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sind. In anderen Fällen wurden hinreichend bekannte Bestandteile oder Verfahren nicht detailliert beschrieben, um zu vermeiden, dass unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unverständlich werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung und die Verfahren, die hier erläutert werden, bei unterschiedlichen Arten von Platten Verwendung finden können. Bei einer Ausführungsform können die Vorrichtung und die Verfahren, die hier erläutert werden, beispielsweise mit einer Magnetaufzeichnungsplatte verwendet werden. Alternativ dazu können die hier beschriebene Vorrichtung und die Verfahren mit anderen Arten digitaler Aufzeichnungsmedien verwendet werden, wie etwa einer CD (Compact Disk), einer DVD (Digital Versatile Disk) und einer magneto-optischen Platte.
Bei einer Ausführungsform können die hier beschriebene Vorrichtung und das Verfahren bei einem Aluminiumsubstrat Verwendung finden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der Vorrichtung und des Verfahrens im Bezug auf Aluminiumsubstrate lediglich Zwecken der Veranschaulichung dient und nicht ausschließlich auf die Ausrichtung und das Prägen von Substraten auf Aluminium- oder Metallbasis beschränkt ist. Bei einer alternativen Ausführungsform können andere Substratmaterialen, die Glassubstrate umfassen, verwendet werden, wie beispielsweise ein Glas, das Siliziumdioxid enthält, wie etwa Borsilikatglas und Aluminosilikatglas. Andere Materialien, die Polymere und Keramiken enthalten, können Ebenfalls Verwendung finden.
Hier sind eine Vorrichtung und Verfahren für die Verwendung der Vorrichtung zum Ausrichten einer Platte für die Herstellung strukturierter Medien beschrieben. Bei einer Ausführungsform wird die Platte passiv mit einer Prägefläche (prägbares Material) ausgerichtet, wodurch auf hochpräzise Stellantriebe und Ausrichtwerkzeuge verzichtet werden kann. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen äußerst präzisen Formensatz, der die inhärente Ausrichtung Seite an Seite und die Wiederholbarkeit des strukturierten Mediums einrichtet. Ein durch ein Luftlager gehaltener Ausrichtdorn befindet sich im Obergesenk, wie auch eine Prägefläche, die mit einem runden Elastomerkissen verbunden ist, das die Dickenunterschiede eines Plattensubstrates aufnimmt. Eine Mittellinie für den Luftlagerdorn stimmt mit einer Mittellinie der Prägefläche überein. Das Untergesenk umfasst einen ringförmigen "Luftverteiler", der im wesentlichen in der Nähe des ID eines Hohlraumes angeordnet ist, um die Platte vor dem Ausrichten zu fassen. Die Gesenkkörperelemente und der Dorn sind kreisförmig ausgebildet und bestehen aus ähnlichen Materialien, wodurch die thermische Verformung minimiert wird und die kritischen Zwischenräume an den Luftlagerflächen beibehalten werden. Der Ausrichtvorgang ist passiv, weil der Luftlagerdorn eine Mittellinie der Platte frei in eine Ausrichtung mit einer Mittellinie der Prägefläche leitet.
Bei einer alternativen Ausführungsform richtet ein Präzisionsgesenksatz eine grundlegende Ausrichtung Seite an Seite und eine Wiederholbarkeit des strukturierten Mediums ein. Luftlager werden an zahlreichen Stellen verwendet, um eine präzise und umfassende Ausrichtung des Systems zu erzeugen. Insbesondere sind Luftlager-Ausrichtdorne im Ober- und Untergesenkabschnitt angeordnet, Die Luftlager-Ausrichtdorne verfügen über ineinandergreifende abgeschrägte Nasenabschnitte. Das Untergesenk ruht in einer doppelten Luftlageraufnahme mit einer planen Oberfläche und einer sphärischen Oberfläche. Ein rundes Elastomerkissen, das die Dickenunterschiede des Substrates aufnimmt, kann darüber hinaus zentral zu den Luftlagerdornen benachbart zum Substrat angebracht sein. Der Großteil der Gesenkkörperelemente und des Dorns ist kreisförmig ausgebildet und besteht aus ähnlichen Materialien, wodurch die thermische Verformung minimiert wird und die kritischen Zwischenräume an den Luftlagerflächen beibehalten werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ruht ein Luftlager-Ausrichtdorn im Untergesenk. Hermetisch abdichtende Gesenk-Folien sind über flache Hohlräume auf dem Ober- und Untergesenkabschnitt geschweißt. Der Großteil der Gesenkkörperelemente und des Dorns ist in kreisförmiger Gestalt ausgebildet und besteht aus ähnlichem Material, wodurch die thermische Verformung minimiert wird und die kritischen Zwischenräume an den Luftlagerflächen beibehalten werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform werden die strukturierten Folien durch Pico-Stellantriebe ausgerichtet und an der richtigen Stelle gehalten. Ein Luftlager-Ausrichtdorn ruht im Untergesenk, um die Platte aufzunehmen. Der Großteil der Gesenkkörperelemente und des Dorns ist kreisförmig und aus ähnlichem Material ausgebildet, wodurch die thermische Verformung minimiert wird und die kritischen Zwischenräume an den Luftlagerflächen beibehalten werden.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Plattenausrichtvorrichtung 100 für die Fertigung strukturierter Platten dargestellt. Bei einer Ausführungsform richtet die Vorrichtung 100 eine Platte 180 oder ein ähnliches Substrat passiv aus und prägt dieses. Die Platte 180 kann eine Magnetplatte zum Speichern von Daten (wie etwa für die Verwendung in einem Festplattenlaufwerk) oder alternativ dazu eine optische Platte sein. Die Vorrichtung 100 verfügt über Abschnitte eines Obergesenks 130 und eines Untergesenks 135. Halteabschnitte 105, 110 und Säulen 115, 120 stabilisieren den Obergesenkabschnitt 130 und den Untergesenkabschnitt 135.
Das Obergesenk 130 enthält einen Luftlagerdom 140, der in der Nähe eines Mittelabschnittes des Obergesenks 130 angeordnet ist und über eine abgeschrägte Nase verfügt, die so ausgerichtet ist, das sie dem Untergesenk 135 zugewandt ist. Der Luftlagerdorn ist durch einen Luftverteiler 172 gehalten; der dem Luftlagerdorn eine passive Axialbewegung gestattet. Der Luftlagerdorn 140 hat einen Durchmesser, der so bemessen ist, dass er mit einem ID 182 der Platte 180 in Eingriff steht. Das Obergesenk 130 weist zudem eine erste Prägefläche 160 auf, die um den Luftlagerdorn 140 ausgebildet ist. Bei einer Ausführungsform kann die erste Prägefläche 160 benachbart zu einem ersten Elastomerkissen 161 angeordnet oder mit diesem verbunden sein, um die Dickeunterschiede der Platte 180 aufzunehmen. Die erste Prägefläche 160, kann zudem eine Folie sein, die über Spurmerkmale verfügt, die auf eine Platte gepresst werden sollen (d.h. ein prägbares Material, das sich über einem Substrat der Platte befindet). Bei einer ersten Ausführungsform hat die erste Prägefläche 160 eine kreisförmige Gestalt, die mit der Platte 180 übereinstimmt. Eine Mittellinie für den Luftlagerdorn 140 ist mit einer Mittellinie 192 der ersten Prägefläche 160 ausgerichtet.
Das Untergesenk 135 hat einen runden Hohlraum 165, in dem sich ein Elastomerring befindet. Zudem enthält das Untergesenk 135 einen ringförmigen Luftverteiler 170, der im wesentlichen im Hohlraum 165 angeordnet ist, um die Platte 180 zu positionieren. Bei einer Ausführungsform wird die Platte 180 durch eine schwebende Scheibe 180 innerhalb des Hohlraums 165 positioniert. Das Untergesenk 135 verfügt zudem über eine zylindrische Öffnung 150 in einer Größe, dass die abgeschrägte Nase 145 des Luftlagerdorns 140 darin Platz findet. Das Untergesenk 135 hat eine zweite Prägefläche 162, die benachbart zu einem zweiten Elastomerkissen 163 angeordnet ist, wobei eine Mittellinie 194 mit der Mittellinie 192 der ersten Prägefläche 169 des Luftlagerdorns 140 ausgerichtet ist. Bei einer Ausführungsform sind die Gesenkkörperelemente, die den Luftlagerdorn 140 enthalten, kreisförmig und aus ähnlichen Materialien ausgebildet, wodurch die thermische Verformung minimiert wird und die kritischen Zwischenräume an den Luftlagerflächen beibehalten werden. Beispiele von Materialien, die für die Gesenkkörperelemente verwendet werden können, umfassen ohne drauf beschränkt zu sein Werkzeugstähle, wie etwa D2, M2 und 440-C.
Bei einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Ausrichten und Prägen einer Platte 180 mit der Vorrichtung 100 kann die Platte 180 zunächst über dem kreisförmigen Hohlraum 165 (der ein Elastomer- und Heizelement enthalten kann) durch eine Reihe automatisierter Verfahren angeordnet werden. Bei einer Ausführungsform plaziet ein Roboter oder eine "P&P"-Vorrichtung (Pick-and-Place-Vorrichtung) die Platte 180 im runden Hohlraum 165. Ein ringförmiger Luftschlitz 170, der in der Nähe des ID 182 ausgebildet ist, positioniert die Platte 180 durch Schwebenlassen der Platte 180 um einige wenige Tausendstel eines Zolls über dem unteren Gesenkhohlraum 165. Bei einer alternativen Ausführungsform kann eine zweite Prägefläche 162 benachbart zum zweiten Elastomerkissen 163 auf dem Plattenhohlraum 165 angeordnet und derart ausgerichtet sein, dass sie einer Unterseite der Platte 180 zugewandt ist. Die Platte 180 wird zunächst durch flache OD-Hohlraumwände axial gehalten, die um einige wenige Tausendstel eines Zolls größer sind als der Nominaldurchmesser der Platte 180.
Die Vorrichtung 100 schließt sich durch das Obergesenk 130, das sich axial nach unten auf das Untergesenk 135 zubewegt. Beim Schließen der Gesenkanordnung 100 führt die abgeschrägte Nase 145 des Luftlagerdorns 140 den schwebenden Platten-ID 182 frei in eine übereinstimmende Ausrichtung mit der Mittellinie 190 des Obergesenks 130. Da sich der Luftlagerdorn 140 auf seiner eigenen Achse durch das Luftlager frei bewegt, während sein Eigengewicht eine geringe abwärtsgerichtete Kraft erzeugt, bleibt der Luftlagerdorn 140 in steuerndem Kontakt mit der Platte 180, wenn die Mittellinie 190 des Luftlagerdorns 140 mit der Mittellinie 196 der Platte 180 ausgerichtet ist (und umgekehrt). Äußerst geringe Volumina sauberer trockener Luft ("CDA") können erforderlich sein, um die Platte 180 und den Luftlagerdorn 140 zu halten.
Wenn die Mittellinie der 196 der Platte 180 mit der Mittellinie 192 des Luftlagerdorns 140 und der ersten Prägefläche 160 ausgerichtet ist, bewegt sich das Obergesenk 130 weiter abwärts auf das Untergesenk 135 zu. Die abgeschrägte Nase 145 des Luftlagerdorns 140 senkt sich zum Untergesenk 135 ab, wobei die Prägefläche 160 mit der Plattenoberfläche in Berührung kommt, um die Platte 180 zu prägen. In Abhängigkeit davon, ob eine Prägefläche auf dem Obergesenk 130, dem Untergesenk 135 oder beiden (z.B. eine erste und eine zweite Prägefläche 160, 162) angeordnet ist, werden entweder eine oder beide Seiten der Platte 180 geprägt. Dieses Verfahren ermöglicht eine präzise Seite-an-Seite-Ausrichtung und eine Wiederholbarkeit für den Prägevorgang der Platte 180. Die Vorrichtung 100 richtete die Platte 180 mit den Prägeflächen passiv aus, wodurch auf Präzisionsstellantriebe oder ähnliche Maschineneinrichtungen verzichtet werden kann. Infolge dessen ermöglicht die Verwendung der Vorrichtung 100 eine größere Zuverlässigkeit, reduzierte Betriebskosten und einen geringeren Wartungsaufwand, eine verbesserte Genauigkeit und Wiederholbarkeit sowie kürzere Zykluszeiten. Bei einer Ausführungsform erzielt die Vorrichtung 100 eine Ausrichtung von Platte und Gesenk in höchstens +/– 5 Millisekunden.
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Plattenausrichtvorrichtung 200 für die Herstellung strukturierter Medien. Die Vorrichtung 200 richtet ein Substrat (z.B. eine Platte) passiv aus und prägt sie. Die Vorrichtung hat einen Obergesenk- und einen Untergesenkabschnitt 230, 235. Das Obergesenk 230 enthält einen ersten Luftlagerdorn 240, der in der Nähe eines Mittelabschnittes des Obergesenks 230 angeordnet ist und eine erste abgeschrägte Nase 242 aufweist, die derart ausgerichtet ist, dass sie dem Untergesenk 235 zugewandt ist. Der erste Luftlagerdorn 240 hat einen Durchmesser in einer Größe, dass er in einen ID 282 einer Platte 280 eingreifen kann. Zudem verfügt das Obergesenk 230 über eine erste Prägefläche 260, die um den ersten Luftlagerdorn 240 ausgebildet ist. Bei einer Ausführungsform kann die erste Prägefläche 260 ein Elastomerkissen umfassen, um die Dickenunterschiede der Platte 580 oder der Prägefläche (z.B. einer Prägefolie) aufzunehmen. Bei einer Ausführungsform hat die Prägefläche 260 eine kreisförmige Gestalt, die mit der Platte übereinstimmt. Eine Mittellinie 290 des ersten Luftlagerdorns 240 ist mit einer Mittellinie 292 der ersten Prägefläche 260 ausgerichtet. Halteabschnitte 205, 210 stabilisieren den Obergesenkabschnitt 230 und den Untergesenkabschnitt 235.
Der Untergesenkabschnitt 235 hat einen zweiten Luftlagerdorn 245, der in der Nähe eines Mittelabschnittes angeordnet ist, wobei eine zweite abgeschrägte Nase 244 zur ersten abgeschrägten Nase 242 des ersten Luftlagerdorns 240 ausgerichtet ist. Wie die erste abgeschrägte Nase 242 des ersten Luftlagerdorns 240 ist die zweite abgeschrägte Nase 244 des zweiten Luftlagerdorns 245 ebenfalls so bemessen, dass sie in einen ID 282 der Platte 280 eingreift. Bei einer Ausführungsform kann das Untergesenk zudem eine zweite Prägefläche 262 haben, die um den zweiten Luftlagerdorn 245 ausgebildet ist. Eine Mittellinie 294 des zweiten Luftlagerdorns 245 ist mit einer Mittellinie 296 der zweiten Prägefläche 262 ausgerichtet. Bei einer Ausführungsform ruht der Untergesenkabschnitt 235 der Vorrichtung 200 in einer dualen Luftlageraufnahme mit einer planen Oberfläche 276 und einer sphärischen Oberfläche 278. Die duale Luftlageraufnahme aus planer Oberfläche 276 und sphärischer Oberfläche 278 gibt einem sphärischen Sitz 250 des Untergesenkabschnittes 235 die Bewegungsfreiheit, sich um ein theoretisches Zentrum 298 der Oberseite der Platte 280 zu drehen.
Bei einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Ausrichten und Prägen einer Platte 280 mit der Vorrichtung 200 kann die Platte 280 zunächst auf dem Obergesenkabschnitt 235 (beispielsweise durch einen Roboter oder eine P&P-Vorrichtung) derart plaziert werden, dass die zweite abgeschrägte Nase 244 des zweiten Luftlagerdorns 245 in einen ID 282 der Platte 280 eingreift. Insbesondere wird die Platte 280 auf dem unteren Dorn 245 plaziert und einige Tausendstel eines Zolls über der zweiten Prägefläche 262 innerhalb eines Hohlraums 265 des Untergesenkabschnittes 235 plaziert. Der Hohlraum 265 ist geringfügig größer als die Platte 280, um die Platte 280 im Untergesenkabschnitt 235 aufzunehmen.
Die Platte 280 wird zunächst durch die erste abgeschrägte Nase und anschließend durch die zweite abgeschrägte Nase 244 des zweiten Luftlagerdorns 245 des Untergesenkabschnittes 235 ausgerichtet. Wie es oben erläutert wurde, befindet sich ein linearer Doppelpräzisionsluftlagerdorn (z.B. ein erster Luftlagerdorn 240) im Obergesenkabschnitt 230. Beim Schließen des Ober- und Untergesenkabschnittes 230, 235 haben die Nasen 242, 244 des ersten und des zweiten Luftlagerdorns 240, 245 eine Ausbildung in Gestalt von drei Fingern mit abgeschrägten Stirnflächen, die ihnen ein Ineinandergreifen gestatten, wobei die Platte 280 auf beiden ID-Schrägen gegriffen wird. Somit richtet der Untergesenkabschnitt 235 den Obergesenkabschnitt 230 unter Verwendung der zentrierten Platte 280 als Verbindungsmedium aus. Der erste Luftlagerdorn 240 des Obergesenkabschnittes 230 wird durch sein Eigengewicht (und Luftdruck, sofern erforderlich) nach unten gedrückt, und der zweite Luftlagerdorn 245 des Untergesenkabschnittes 235 wird durch einen geringen Luftdruckunterschied nach oben gedrückt. Der Untergesenkabschnitt 235 schwebt frei auf einer flachen Luftlagerfläche 276 in die Ausrichtung mit der Mittellinie 290 des Obergesenkabschnittes 230. Die Übereinstimmung der Ebenen von erster Prägefläche 260 und zweiter Prägefläche 262 wird durch die passive Bewegung der sphärischen Luftlagerfläche 278 des sphärischen Sitzes 250 erzielt, Der Krümmungsradius der Oberfläche 278 hat seinen Brennpunkt im Mittelpunkt der Oberseite der Platte 280, um die Relativbewegung zwischen der Platte 280 und der zweiten Prägefläche 262 zu minimieren. Bei einer Ausführungsform kann die übermäßige Bewegungsfreiheit des sphärischen Sitzes durch Keile gesteuert werden. Äußerst geringe Volumina CDA können verwendet werden, um die Luftlagerdorne 240, 245 zu halten. Auf diese Weise erzielt die Vorrichtung 200 unter Verwendung eines vollständig schwebenden Mehrachs-Untergesenkabschnittes und Luftlagerdorne eine automatische Ausrichtung beider Seiten einer Platte mit den Prägeflächen. Sofern die Gesenke 202, 210 sehr präzise sind, kann auf das sphärische Ausrichtmerkmal verzichtet werden und das plane System beibehalten werden, um die koaxiale Ausrichtung von 205, 210 zu erzielen.
3 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Plattenausrichtvorrichtung für der Herstellung strukturierter Medien. Die Vorrichtung 300 hat einen Obergesenkabschnitt 330 und einen Untergesenkabschnitt 353, die eine grundlegende Seite-zu-Seite-Ausrichtung und Wiederholbarkeit des strukturierten Mediums (wie etwa einer Platte) ermöglichen. Der Untergesenkabschnitt 335 verfügt über einen luftgelagerten Ausrichtdorn 340, der in der Nähe eines Mittelabschnittes ausgerichtet ist und dessen abgeschrägte Nase 342 sich zum Obergesenkabschnitt 330 erstreckt. Halteabschnitte 305, 310 und Säulen 315, 320 stabilisieren den Obergesenkabschnitt 330 und den Untergesenkabschnitt 335.
Die abgeschrägte Nase 342 des Luftlagerdorns 340 ist derart bemessen, dass sie in einen ID 382 der Platte 380 greift. Wie es detaillierter im folgenden unter Bezugnahme auf 7A und 7B beschrieben wird, können die Prägeflächen 360, 362 über die oberen und unteren Abschnitte 330, 335 hermetisch verschlossen sein, um flache Hohlräume 350, 351, 352, 353 auszubilden. Der Ober- und Untergesenkabschnitt 330, 335 weisen zudem Druckfluidauslässe 370, 372, 374, 376 auf, die in Fluidverbindung mit den hermetisch verschlossenen flachen Hohlräumen 350, 351, 352, 353 stehen, um Fluide (beispielsweise eine Flüssigkeit oder Gas) zuzuführen oder abzuführen, das verwendet wird, um die Flächen 360, 362 auf die Platte 380 zu drücken. Bei einer Ausführungsform kann die Vorrichtung 300 insgesamt vier Druckfluidauslässe haben, wenngleich mehr oder weniger als vier Verwendung finden können. Eine Mittellinie 390 des Luftlagerdorns 340 des Untergesenkabschnittes 335 ist mit den Prägeflächen 360, 362 ausgerichtet, die auf dem Ober- und Untergesenkabschnitt 330, 335 ausgerichtet sind. Der Untergesenkabschnitt 335 verfügt zudem über eine Feder 345, die eine Achsbewegung des Dorns 340 ermöglicht. Sämtliche Teile können kreisförmig ausgebildet sein und aus ähnlichen Materialien bestehe, wodurch die thermische Verformung minimiert wird und die kritischen Abstände an den Luftlagerflächen beibehalten werden.
Bei einer Ausführungsform bestehen die Prägeflächen 360, 362 aus einem geeigneten Material, um eine Flexibilität zu ermöglichen, wenn sie ein Plattensubstrat (beispielsweise die Platte 380) berühren. Das Plattensubstrat kann inhärente Dickeschwankungen aufweisen, die er erfordern würden, dass die Prägeflächen 360, 362 flexibel sind, um sich den Schwankungen anzupassen. 7A zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform von Prägeflächen 710, 712, die über den Gesenkabschnitten 720, 722 hermetisch abgeschlossen sind, um hermetisch abgeschlossene Hohlräume 730, 732 auszubilden. Aus Gründen der Klarheit der Erläuterung ist nicht die gesamte Plattenausrichtvorrichtung dargestellt. Die Prägeflächen 710, 712 können mit den Gesenkabschnitten 720, 722 durch Schweißen (wie etwa durch Lasern oder Hartlöten), Löten oder elektrisches Lichtbogenschweißen verschlossen sein. Durch Verschweißen der Prägeflächen 710, 712 mit den Gesenkabschnitten 720, 722 kann ein Austreten des Fluids, das durch die Hohlräume 730, 732 strömt, während des Prägevorgangs verhindert werden. 7B zeigt eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform zum hermetischen Abschließen der Prägeflächen 710, 712 über den Gesenkabschnitten 720, 722. Bei dieser Ausführungsform können O-Ringe 740, 742 verwendet werden, um die Prägeflächen 710, 712 über den Gesenkabschnitten 720, 722 abzuschließen. Ein geringer Unterdruck an den Gesenkhohlräumen 730, 732 kann die Prägeflächen 710, 712 an der richten Stelle halten, bis die Klemmwirkung des Gesenkformschlusses eingerichtet ist. Alternativ dazu können Elastomermaterialien (wie etwa Gummi und andere vergleichbare Polymere) sowie Metalle (wie etwa bei der Verwendung mit Ultra-Vakuumdichtungen) anstelle der O-Ringe verwendet werden.
Es wird dem Fachmann verständlich sein, dass ein vorgeformter Hohlraum benachbart zu einer Prägefläche für den Einsatz lokaler Heiz- und Kühlelemente nicht erforderlich ist. Bei einer Ausführungsform kann ein mechanischer Kolben benachbart zur Prägefläche angeordnet sein, um den Kontakt mit einem Plattensubstrat zu verstärken. Alternativ kann der Einsatz eines Heiz- oder Kühlelementes an der Prägefläche bewirken, dass sich ein Hohlraum bildet, wenn sich die Prägefläche biegt, um das Plattensubstrat zu berühren.
Unter Bezugnahme auf 3 wird bei einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Ausrichten und Prägen einer Platte 380 mit der Vorrichtung 300 die Platte 380 auf dem Luftlagerdorn 340 des Untergesenkabschnittes (z.B. durch einen Roboter oder eine P&P-Vorrichtung) plaziert. Bei der Plazierung befindet sich die Platte 380 einige Tausendstel Zoll über der Prägefläche 362 des unteren Hohlraumes 352. Wenn sich der Obergesenkabschnitt 330 über den Untergesenkabschnitt 335 schließt, verriegelt sich die Platte 380 an der richtigen Stelle mit dem ID 382 der Platte 380 und gelangt mit dem abgeschrägten Nasenabschnitt 342 des Luftlagerdorns 340 in Eingriff. Beim Verschließen der Ober- und Untergesenkabschnittes 330, 335 wird eine Mittellinie 396 der Platte 380 mit den Mittellinien 390, 392 des Ober- und Untergesenkabschnittes ausgerichtet. Anschließend werden die Hohlräume 350, 352 unter den Prägeflächen 360, 362 mit Hochdruckfluid (z.B. einem Fas oder einer Flüssigkeit) gefüllt, wodurch die Merkmale der Prägeflächen in das prägbare Material (z.B. eine Polymerbeschichtung) der Platte gedrückt werden. Das Fluid wird durch die Druckfluidauslässe 370, 372, 374, 376 zugeführt. Beispiele für Fluide, die verwendet werden können, umfassen, ohne eine Einschränkung zu bilden, Hochdruckgas (Stickstoff), Hydrauliköl sowie thermische Arbeitsfluids, wie etwa Dow Therm^TM oder Marlotherm N^TM. Um den Prägevorgang abzuschließen, wird der Druck auf Null verringert und es dem Fluid gestattet, durch die Hohlräume zu fließen, worauf ein Kühlfluid folgt, um die Restwärme abzuführen und die geprägte Fläche der Platte 380 zu kühlen. Das Kühlen der Platte und der Prägefläche kann das Trennen der Platte von der Prägefläche erleichtern.
Die Beschichtung eines Plattensubstrates kann ein integraler Teil eines strukturierten Substrates sein oder nach einer geeigneten Entwicklung entfernt werden. Durch Prägen von Merkmalen in einer Beschichtung mittels eines Stempels kann sie als Schablone verwendet werden, um die Strukturierung der Substratfläche durch einen anschließenden Material-Additions- oder Subtraktionsvorgang (z.B. Plattieren durch eine Maske oder Ätzen durch eine Maske) zu ermöglichen, wobei dies vielfach vereinfacht werden kann, wenn der Prägevorgang bei einer erhöhten Substrattemperatur ausgeführt wird. Im letztgenannten Fall würde die resultierende Maske nach der Durchführung der Additions- oder Subtraktionsschritte entfernt werden. Eine höhere Temperatur kann das zu prägende Material weicher machen (z.B. Erwärmen des Materials über seine Glasübergangstemperatur) und dadurch die Wiedergabetreue der geprägten Merkmale verbessern und die Lebensdauer des Stempels verlängern. Darüber hinaus kann das Trennen des Stempels von der geprägten Oberfläche erleichtert werden, indem das Substrat unter die Prägetemperatur gekühlt wird. Daher kann es erwünscht sein, die Presse mit Elementen zum Erwärmen und Kühlen des Plattensubstrates vor und nach dem Prägen desselben mit dem Stempel auszustatten. Derartige Kühl- und Heizelemente sind vorzugsweise in dichter Nähe der Rückseite jedes Stempels angebracht. Eine lokale Erwärmung und Kühlung des Plattensubstrates muss nicht notwendig sein, um eine erfolgreiche Prägung zu erreichen. Die gesamte Plattenausrichtvorrichtung (z.B. die Vorrichtung 300) kann den Heiz- und Kühlelementen unterworfen sein, um ein Plattensubstrat zu prägen.
Wie es oben erwähnt wurde, kann ein Verfahren zum Erwärmen und Kühlen die Verwendung von Heiz- und Kühlfluids in Hohlräumen hinter den Prägeflächen (z.B. den Prägeflächen 360, 362), den Membranen (wie sie etwa unten unter Bezugnahme auf 10 erläutert werden) oder Folien beinhalten. Alternativ können ringförmige Blöcke in unmittelbarer Nähe der Prägeflächen angeordnet sein. Diese Blöcke können eingebettete elektrische Heizwendeln oder thermoelektrische Kühlvorrichtungen beinhalten. Bei einer weiteren Ausführungsform können ringförmige Quartzheizlampen oder Widerstandsbänder, die in der Nähe der Prägefläche haften, in Kombination mit Kühlfluiden verwendet werden.
8 stellt eine Ausführungsform einer Heiz- und Kühlvorrichtung zum Prägen einer Platte dar. Die Vorrichtung umfasst eine thermodynamische Presse 800 mit Druckfluidquellen in Verbindung mit Fluidauslässen (z.B. 370, 372, 374, 376 von 3) eines Plattenausrichtsystems für die Versorgung von Heiz- und Kühlelementen zum Prägen eines Plattensubstrates. Zum besseren Verständnis ist eine Teilquerschnittsansicht eines Plattensubstrates 810 dargestellt, wobei die Prägefläche 820 benachbart zum Plattensubstrat 810 angeordnet ist. Ein hermetisch verschlossener Hohlraum 830 befindet sich in Nachbarschaft der Prägefläche 820. Der Hohlraum 830 verfügt zudem über einen Anschluss 860 in Fluidverbindung mit dem Heizelement 840 und einen Anschluss 862 in Fluidverbindung mit einem Wärmetauscher 870.
Im Betrieb erwärmen die Heizwendeln 842 ein Fluid 844 (wie etwa eine Flüssigkeit oder ein Gas), das im Heizelement 840 enthalten ist, auf Arbeitstemperatur. Der Kolben 805 des Heizelementes 840 verschiebt warmes Arbeitsfluid 844 vom Heizelement 840 durch den Anschluss 860 in den Hohlraum 830. Das Arbeitsfluid verlässt den Hohlraum 830 durch den Anschluss 862 und verschiebt eine Inertgas (z.B. Stickstoff) zum Wärmetauscher 870. Es können Absperrventile 880, 882 aktiviert werden, um eine freie Strömung des Arbeitsfluids 844 zu stoppen und es einem Kolben 805 zu gestatten, eine vorbestimmte Kraft aufzubauen, um die Prägefläche 820 gegen das Plattensubstrat 810 zu pressen, indem die Wärme des Arbeitsfluids 844 überfragen wird. Der Kolben 805 kann anschließend zurückgezogen werden, wodurch ein Systemdruck abgesenkt und das warme Arbeitsfluid 844 durch die Fluidrücklaufleitung 890 zurückgezogen wird. Das abgekühlte Gas aus dem Wärmetauscher 870 strömt nach und ersetzt das austretende warme Fluid aus dem Hohlraum 830 und kühlt die Prägefläche 820.
4 zeigt eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer Plattenausrichtvorrichtung 400 für die Herstellung strukturierter Medien. Die Vorrichtung 400 richtet ein Substrat (z.B. eine Platte) aus und prägt diese. Die Vorrichtung 400 verfügt über einen Obergesenkabschnitt 430 und einen Untergesenkabschnitt 435, die eine grundlegende Wiederholbarkeit des strukturierten Mediums (z.B. einer Platte) ermöglichen. Halteabschnitte 405, 410 und Säulen 412, 414, 416 (eine vierte Säule ist in dieser Ansicht nicht gezeigt) stabilisieren den Obergesenkabschnitt 430 und den Untergesenkabschnitt 435. Der Untergesenkabschnitt 435 hat einen luftgelagerten Ausrichtdorn (nicht gezeigt), der sich in der Nähe eines Mittelabschnittes befindet und eine abgeschrägte Nase 445 aufweist, die sich zum Obergesenkabschnitt 430 erstreckt. Der Ober- und der Untergesenkabschnitt 430, 435 verfügen zudem über eine erste und eine zweite Prägefläche. In dieser Ansicht ist lediglich die zweite Prägefläche 462 dargestellt.
Bei einer Ausführungsform werden die erste und die zweite Prägefläche 460, 462 von zwei Pico-Stellantrieben 470, 472 an der richtigen Stelle gehalten, die die Seite-zu-Seite-Bewegung der ersten und der zweiten Prägefläche 460, 462 steuern. Der Ober- und der Untergesenkabschnitt 430, 435 haben zudem Druckfluidauslässe 450, 452 für das Zuführen und Abführen von Fluiden, die verwendet werden, um ringförmige Kolben (nicht gezeigt) zu laden, die auf diese Weise die Prägeflächen auf die Platte 480 drücken. Eine Mittellinie 490 eines Luftlagerdorns 440 des Obergesenkabschnittes 435 ist mit den Prägeflächen 460, 462 ausgerichtet, die sich auf dem Ober- und dem Untergesenkabschnitt 430, 435 befinden. Sämtliche Gesenkkörperelemente und der Luftlagerdorn 440 sind in Kreisförmiger Gestalt und ähnlichen Materialien ausgebildet, wodurch die thermische Verformung minimiert wird und die kritischen Zwischenräume an den Luftlagerflächen beibehalten werden.
Bei einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Ausrichten und Prägen einer Platte 480 mit der Vorrichtung 400 wird eine Platte 480 auf dem abgeschrägten Nasenabschnitt 445 des Dorns (z.B. von einem Roboter oder einer P&P-Vorrichtung) plaziert und befindet sich einige Tausendstel eines Zolls über der zweite Prägefläche 462 des Untergesenkabschnittes 435. Der Obergesenkabschnitt 430 wird über die Platte 480 geschlossen und an der richtigen Stelle gegenüber den Prägeflächen 460, 462 verriegelt. Beim Schließen des Ober- und des Untergesenkabschnittes 430, 435 ist eine Mittellinie der Platte 480 mit den Mittellinien des Ober- und des Untergesenkabschnittes 430, 435 ausgerichtet (die Mittellinien sind in dieser Perspektivdarstellung der Vorrichtung 400 nicht gezeigt). Die Hohlräume (nicht gezeigt) unter den Prägeflächen 460, 462 werden daraufhin mit einem Hochdruckgas gefüllt, das die Prägemerkmale in die Polymerbeschichtung drückt. Ein Fluid wird durch die Druckfluidauslässe 450, 452 zugeführt. Um den Prägevorgang abzuschließen, wird der Druck auf Null verringert, worauf ein Spülgas durch die Hohlräume strömt, um die Restwärme abzuführen und die geprägten Flächen der Platte 480 zu kühlen. Bei einem alternativen Verfahren kann eine Ladung eines brennbaren Gases, wie etwa Stickstoff oder Sauerstoff, verwendet werden, um Wärme und einen Schlagdruck zu erzeu gen, um die Prägeflächen in die Polymerschicht der Platte 480 zu drücken. Anschließendes Spülen der Hohlräume kühlt die Folie und das Polymer.
5 zeigt in Gestalt eines Flussdiagramms ein Verfahren zum passiven Ausrichten einer Platte für die Herstellung strukturierter Medien. Das Verfahren beginnt bei Block 510 mit dem Bereitstellen eines Gesenkes mit einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt, wobei eine Oberfläche der Prägefläche oder einer Folie auf dem unteren Abschnitt angeordnet ist und dem oberen Abschnitt zugewandt ist. Als nächstes schwebt in Block 520 eine Platte über der Prägefläche innerhalb eines Hohlraums des unteren Abschnittes. Bei Block 530 gelangt ein ID der Platte mit dem abgeschrägten Nasenabschnitt eines Luftlagerdorns in Eingriff, der mit dem oberen Abschnitt des Gesenks verbunden ist. Bei Block 540 schließt sich der Obergesenkabschnitt derart über den unteren Abschnitt, dass der abgeschrägte Nasenabschnitt des Luftlagerdorns den schwebenden Platten-ID in eine übereinstimmende Ausrichtung mit einer Mittellinie des Luftlagerdorns und der Prägefläche bewegt.
6 zeigt in Gestalt eines Flussdiagramms ein weiteres Verfahren zum passiven Ausrichten einer Platte für die Herstellung strukturierter Medien. Das Verfahren beginnt bei Block 610 mit der Bereitstellung eines Gesenkes mit einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt, wobei eine Oberfläche einer Prägefolie auf dem unteren Abschnitt angeordnet und dem oberen Abschnitt zugewandt ist. Bei Block 620 wird eine Platte über der Prägefolie innerhalb eines Hohlraums des unteren Abschnittes angeordnet. Bei Block 630 gelangt ein ID der Platte mit einem ersten abgeschrägten Nasenabschnitt eines ersten Luftlagerdorns in Eingriff, der mit dem oberen Abschnitt des Gesenks verbunden ist. Bei Block 640 greift ein zweiter abgeschrägter Nasenabschnitt eines zweiten Luftlagerdorns, der mit dem oberen Abschnitt des Gesenks verbunden ist, in den ersten abgeschrägten Nasenabschnitt. Beim Verschließen des oberen und des unteren Abschnittes führen der erste und der zweite abgeschrägte Nasenabschnitt das Untergesenk über den Platten-ID in eine übereinstimmende Ausrichtung mit einer Mittellinie des ersten und des zweiten Luftlagerdorns und der Prägefolien.
10 zeigt eine Ausführungsform einer Prägevorrichtung, die mit indirektem Fluiddruck arbeitet. Bei dieser Ausführungsform verwendet eine Pressvorrichtung 1000 einen indirekten Fluiddruck, um ein prägbares Material 1020 mit einem Stempel 1010 zu prägen. Eine Membran 1040 verschließt das Gesenk 1050 und bildet dazwischen einen Hohlraum 1060 aus. Der Hohlraum 1060 kann relativ zum externen Umgebungsdruck hermetisch abgeschlossen sein. Die Vorrichtung umfasst zudem einen ventilgesteuerten Fluideinlass 1055 für die Einleitung eines Druckfluids in den Hohlraum 1060 sowie einen ventilgesteuerten Auslass 1056 für die Ableitung des Fluids. Das Einleiten des Druckfluids in den Hohlraum 1060 erzeugt einen Druck gegen eine flexible Membran 1040, die ihrerseits den Stempel 1010 in das prägbare Material 1020 drückt. Das Druckfluid kann Gas oder eine Flüssigkeit sein. Wie es zuvor beschrieben wurde, kann das Fluid erwärmt und/oder gekühlt werden, um das prägbare Material 1020 zu erwärmen und/oder zu kühlen. Das Fluid kann einen Druck beispielsweise in einem Bereich von 10 bis 5.000 psi haben.
Die Verwendung des Druckfluids erzeugt einen isostatischen Druck, um den Stempel 1010 gleichmäßiger in das prägbare Material 1020 zu drücken. Wenn darüber hinaus die Membran 1040 mit dem Stempel 1010 in Berührung gebracht wird, umgibt die Membran nicht vollständig den Stempel, das prägbare Material oder das Substrat. Anstelle dessen kann die Membran 1040 lediglich im wesentlichen die gesamte Hinterseite des Stempels 1010 oder alternativ einen Teil derselben berühren. Bei einer Ausführungsform kann die Membran beispielsweise einen Teil der Rückseite berühren, der im wesentlichen jenem der Prägestruktur gegenüberliegt, die in das prägbare Material geprägt werden soll.
Das Substrat 1030, auf dem das prägbare Material 1020 angeordnet wird, kann sich auf einem Halteaufbau (z.B. einer Spannvorrichtung) befinden. Alternativ dazu kann auf beiden Seiten des Substrates 1030 das prägbare Material mit Stempeln und entsprechenden Prägevorrichtungskomponenten angeordnet werden, um beide Substratseiten mit prägbaren Materialien zu prägen. Bei beiden Anordnungen wirken gleiche und entgegengesetzte Kräfte (F) auf beide Seiten, um das Prägen auszuführen, wie es konzeptionell in 10 gezeigt ist.
Es können unterschiedliche prägbare Materialien zum Prägen verwendet werden. Bei einer Ausführungsform kann das prägbare Material beispielsweise Polymethyl-Methacrylsäureester (PMMA) sein. Alternativ können andere prägbare Materialien verwendet werden, wie etwa thermisch oder unter Strahlung aushärtende Materialien. Die Vorrichtung und die Verfahren, die hier beschrieben sind, können beispielsweise die Herstellung von Merkmalen im Sub-100-Nanometerbereich (nm) im prägbaren Material auf zuverlässige Art und Weise ermöglichen. Alternativ kann das Prägen des prägbaren Materials in anderen Maßstäben (z.B. im Mikrobereich) erreicht werden.
Die oben genannten Ausführungsformen wurden unter beispielhafter Bezugnahme auf ein "Platten"-Substrat lediglich aus Gründen der Einfachheit der Erläuterung beschrieben. Es wird darauf hingewiesen das andere Arten und Formen von Substraten (z.B. Wafer- und Plattenoxidsubstrate) verwendet werden können, auf denen sich ein prägbares Material befindet. Die Vorrichtung und die Verfahren, die hier beschrieben sind, können bei Anwendungen, wie etwa der Herstellung von Halbleitervorrichtungen und Flüssigkristallanzeigen, verwendet werden. Beispielsweise können die Prägevorrichtung und die Verfahren, die hier erläutert wurden, zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen (z.B. eines Transistors) verwendet werden. Bei einer derartigen Fertigung kann ein prägbares Material über einem Basisaufbau, wie etwa einer Oxidschicht (z.B. SiO₂) auf der Oberseite eines Siliziumwafersub strates, angeordnet werden. Es kann ein Stempel mit einem strukturierten Aufbau für aktive Bereiche des Transistors ausgebildet werden. Der Stempel wird in das prägbare Material gedrückt, wodurch das geprägte Muster auf die Oxidschicht unter Anwendung von Ätztechniken (z.B. reaktives Ionenätzen) übertragen wird. Anschließend werden Halbleiterwafer-Herstellungs-techniken, die nach dem Stand der Technik hinreichend bekannt sind, verwendet, um den Transistor zu fertigen.
Bei einer alternativen Ausführungsform können die Prägevorrichtung und die Verfahren, die hier beschrieben sind, beispielsweise dazu verwendet werden, Pixelmatrizes für Flachbildschirme herzustellen. Bei einer derartigen Fertigung kann ein prägbares Material über dem Grundaufbau beispielsweise einer Indiumzinnoxidschicht (ITO) auf der Oberseite eines Substrates angeordnet werden. Der Stempel weist eine strukturierte Schicht auf, die eine Umkehrung der Struktur der Pixelmatrix ist. Der Stempel wird in das prägbare Material gedrückt, wodurch die geprägte Struktur auf des ITO unter Verwendung von Ätztechniken übertragen wird, um die ITO-Schicht zu strukturieren. Infolge dessen ist jedes Pixel der Anordnung durch fehlendes ITO-Material (durch das Ätzen entfernt) auf der ansonsten durchgehenden ITO-Anode getrennt. Weiterführende Herstellungstechniken, die nach dem Stand der Technik hinreichend bekannt sind, werden angewandt, um die Pixelmatrix herzustellen.
Schließlich können bei einer weiteren Ausführungsform als weiteres Beispiel die Prägevorrichtung und die Verfahren, die hier erläutert wurden, verwendet werden, um Laser herzustellen. Bei einer derartigen Fertigung werden prägbare Materialbereiche, die mit Hilfe des Stempels strukturiert werden, als Maske verwendet, um Laserhohlräume für lichtabstrahlende Materialien zu abzugrenzen. Weiterführende Fabrikationstechniken, die nach dem Stand der Technik hinreichend bekannt sind, finden zur Herstellung des Lasers Anwendung. Bei weiteren Ausführungsformen können die Vorrichtung und die Verfahren, die hier erläutert wurden bei anderen Anwendungen verwendet werden, wie etwa der Herstellung mehrschichtiger elektronischer Pakete, der Herstellung optischer Kommunikationsvorrichtungen und dem Kontakt-/Transferdrucken.

Claims

Verfahren, umfassend: Bereitstellen eines Stempels mit einer Rückseite und einer Vorderseite, wobei die Vorderseite mehrere hervorstehende Merkmale aufweist; und Pressen des Stempels in ein prägbares Material durch indirekten Fluiddruck, wobei das Pressen das Ausüben von Druck lediglich auf die Rückseite des Stempels beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Pressen des Stempels in das prägbare Material durch indirekten Fluiddruck das Ausüben direkten Fluiddrucks auf eine Membran umfasst, um die Membran gegen die Rückseite des Stempels zu pressen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Druck lediglich auf einen Abschnitt der Rückseite des Stempels ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Druckausübung das Ausüben eines Drucks in einem Bereich von etwa 10 bis 5.000 psi umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Druckausübung das Ausüben von Druck in einem Bereich von etwa 500 bis 2.000 psi umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, weiterhin umfassend das hermetische Verschließen der Membran an einem Gesenk.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Pressen des Stempels in ein prägbares Material mehrere vertiefte Bereich in das prägbare Material prägt.
Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin umfassend die Herstellung einer Magnetaufzeichnungsplatte unter Verwendung des geprägten prägbaren Materials.
Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin umfassend die Herstellung einer optischen Aufzeichnungsplatte unter Verwendung des geprägten prägbaren Materials.
Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin umfassen die Herstellung einer Anzeigeeinrichtung unter Verwendung des geprägten prägbaren Materials.
Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin umfassend die Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung des geprägten prägbaren Materials.
Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin umfassend die Herstellung einer optischen Kommunikationsvorrichtung unter Verwendung des geprägten prägbaren Materials.
Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin umfassend die Herstellung eines mehrschichtigen elektronischen Paketes unter Verwendung des geprägten prägbaren Materials.
Vorrichtung, umfassend ein Gesenk; und eine Membran, die mit dem Gesenk verbunden ist und dazwischen einen Hohlraum ausbildet, wobei die Membran derart beschaffen ist, dass sie lediglich auf eine Rückseite des Stempels drückt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Membran hermetisch mit dem Gesenk verschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, weiterhin umfassend einen ventilgesteuerten Einlass, der mit dem Gesenk verbunden ist, um ein Druckfluid in den Hohlraum zu leiten; und einen ventilgesteuerten Auslass, der mit dem Gesenk verbunden ist, um das Druckfluid aus dem Hohlraum abzuleiten.
Vorrichtung, umfassend das Bereitstellen eines Stempels mit einer Rückseite und einer Vorderseite, wobei die Vorderseite mehrere hervorstehende Merkmale aufweist; und eine Einrichtung zum Pressen des Stempels in ein prägbares Material durch indirekten Fluiddruck, wobei das Pressen die Ausübung eines Drucks lediglich auf die Rückseite des Stempels umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Presseinrichtung eine Einrichtung zum Ausüben eines direkten Fluiddrucks auf eine Membran beinhaltet, um die Membran gegen die Rückseite des Stempels zu pressen.