(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面内に形成される１または複数の凹部のパターンをもつ前記上面を有する基板を提供する段階と、
前記１または複数の凹部内にレーザ誘起前方転写法（ＬＩＦＴ）により、ドナーフィルムから流体の液滴を吐出するために前記ドナーフィルムに衝突するべくレーザビームを方向付ける段階であって、前記流体が、前記１または複数の凹部により画定される形状を有する固体片を形成するべく、前記１または複数の凹部内で固まる、段階と、
前記基板を前記固体片から除去する段階と
を備え、
前記基板を提供する段階は、前記基板を除去する段階の後で薄膜層が前記固体片の外表面として残るように、前記１または複数の凹部内に前記液滴を吐出する前に、前記１または複数の凹部を前記薄膜層で被覆する段階を有する、製造のための方法。
【請求項２】
前記流体の前記液滴が溶融金属を含むように、前記ドナーフィルムが金属膜を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記流体の前記液滴が溶融した形態の半導体材料を含むように、前記ドナーフィルムが前記半導体材料を有する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記流体の前記液滴が溶融した形態の誘電材料を含むように、前記ドナーフィルムが前記誘電材料を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記流体の前記液滴が流体の形態のレオロジ材料を含むように、前記ドナーフィルムが前記レオロジ材料を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記１または複数の凹部内で前記流体を硬化する段階を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記固体片を形成した後で、前記固体片の材料特性を修正するべく、エネルギーを加える段階を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記１または複数の凹部が１ｍｍより小さい寸法を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記基板が半導体ウエハを有し、前記基板を提供する段階は、前記１または複数の凹部を画定するべく、前記半導体ウエハ上の少なくとも１つの表面層をパターン化およびエッチングする段階を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板を除去する段階は、前記基板の分解を誘導する段階を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記分解を誘導する段階は、前記固体片から離れている前記基板を選択的にエッチングする段階を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記レーザビームを方向付ける段階は、前記液滴を吐出する間に、前記基板から少なくとも１００μｍの距離で前記ドナーフィルムを保持する段階を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記レーザビームを方向付ける段階は、第１の流体の第１の液滴および前記第１の流体とは異なる成分を有する第２の流体の第２の液滴を異なるそれぞれのドナーフィルム領域から前記１または複数の凹部内に吐出する段階を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
上面内に形成される１または複数の凹部のパターンをもつ前記上面を有する基板を提供する段階と、
前記１または複数の凹部を薄膜層で被覆する段階と、
流体の液滴を被覆された前記１または複数の凹部内に注入する段階であって、前記流体が、前記１または複数の凹部により画定される形状を有する固体片を形成するべく、被覆された前記１または複数の凹部内で固まる、段階と、
前記基板を前記固体片から除去する段階であって、その上、前記基板を除去する段階の後で、前記薄膜層が前記固体片の外表面として残る、段階と
を備える、製造のための方法。
【請求項１５】
前記薄膜層は金属を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記薄膜層および注入された前記液滴は同一の材料を含む、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記薄膜層および前記液滴が異なる材料を含む、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１８】
注入された前記液滴は金属製材料を含む、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
注入された前記液滴は半導体材料を含む、請求項１４から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
注入された前記液滴は誘電材料を含む、請求項１４から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
注入された前記液滴はレオロジ材料を含む、請求項１４から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
固められた前記流体を硬化する段階を備える、請求項１４から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記基板は半導体ウエハを有し、前記基板を提供する段階は、前記１または複数の凹部を画定するべく、前記半導体ウエハ上の少なくとも１つの表面層をパターン化およびエッチングする段階を有する、請求項１４から２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記基板を除去する段階は、前記固体片から離れている前記基板を選択的にエッチングする段階を有する、請求項１４から２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記１または複数の凹部を被覆する段階は、固められた前記流体と前記薄膜層との間の第２の接着より弱い第１の接着によって、前記薄膜層を前記基板に塗布する段階を有し、前記基板を前記固体片から除去する段階は、前記固体片を前記固体片に接着している前記薄膜層とともに前記１または複数の凹部から取り出す段階を有する、請求項１４から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記１または複数の凹部は、１ｍｍより小さい寸法を有する、請求項１４から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
透明なドナー基板上に堆積されるドナーフィルムを有する透明な前記ドナー基板と、
上面内に形成される１または複数の凹部のパターンを有するアクセプタ基板の前記上面に近接して前記ドナー基板を位置決めする位置決めアセンブリと、
流体の液滴をレーザ誘起前方転写法（ＬＩＦＴ）により、前記ドナーフィルムから前記１または複数の凹部内に吐出するために、前記ドナーフィルム上に衝突するべく、レーザビームを方向付ける、レーザを有する光学アセンブリであって、前記流体が、前記１または複数の凹部により画定される形状を有する固体片を形成するべく、前記１または複数の凹部内で固まる、光学アセンブリと
を有する堆積ステーションと、
前記固体片から前記ドナー基板をリリースする、リリースステーションと、
前記ドナー基板をリリースした後で薄膜層が前記固体片の外表面として残るように、前記１または複数の凹部内に前記液滴を吐出する前に、前記１または複数の凹部を前記薄膜層で被覆する、被覆ステーションと
を備える製造装置。
【請求項２８】
前記流体の前記液滴が溶融金属を含むように、前記ドナーフィルムが金属膜を有する、請求項２７に記載の製造装置。
【請求項２９】
前記流体の前記液滴が溶融した形態の半導体材料を含むように、前記ドナーフィルムが前記半導体材料を有する、請求項２７または２８に記載の製造装置。
【請求項３０】
前記流体の前記液滴が溶融した形態の誘電材料を含むように、前記ドナーフィルムが前記誘電材料を有する、請求項２７から２９のいずれか一項に記載の製造装置。
【請求項３１】
前記流体の前記液滴が流体の形態のレオロジ材料を含むように、前記ドナーフィルムが前記レオロジ材料を有する、請求項２７から３０のいずれか一項に記載の製造装置。
【請求項３２】
前記１または複数の凹部は、１ｍｍより小さい寸法を有する、請求項２７から３１のいずれか一項に記載の製造装置。
【請求項３３】
前記ドナー基板は半導体ウエハを有し、前記１または複数の凹部を画定するべく、前記半導体ウエハ上の少なくとも１つの表面層がパターン化およびエッチングされる、請求項２７から３２のいずれか一項に記載の製造装置。
【請求項３４】
前記リリースステーションが前記ドナー基板の分解を選択的に誘導する、請求項２７から３３のいずれか一項に記載の製造装置。
【請求項３５】
前記リリースステーションが前記固体片から離れている前記ドナー基板を選択的にエッチングすることにより、前記分解を誘導する、請求項３４に記載の製造装置。
【請求項３６】
前記液滴が前記１または複数の凹部内に吐出される間に、前記ドナー基板から少なくとも１００μｍの距離で前記ドナーフィルムが保持される、請求項２７から３５のいずれか一項に記載の製造装置。
【請求項３７】
第１の流体の第１の液滴および前記第１の流体とは異なる成分を有する第２の流体の第２の液滴を異なるそれぞれのドナーフィルム領域から前記１または複数の凹部内に吐出させるために、前記レーザビームが方向付けられる、請求項２７から３６のいずれか一項に記載の製造装置。
【請求項３８】
上面に形成される１または複数の凹部のパターンをもつ前記上面を有するアクセプタ基板を受け入れ、前記アクセプタ基板の少なくとも前記１または複数の凹部を薄膜層で被覆する、被覆ステーションと、
前記１または複数の凹部の被覆の後で、流体の液滴を前記アクセプタ基板の前記１または複数の凹部内に注入する、堆積ステーションであって、前記流体が、前記１または複数の凹部により画定される形状を有する固体片を形成するべく、被覆された前記１または複数の凹部内で固まる、堆積ステーションと、
前記固体片から前記アクセプタ基板をリリースし、その上、前記アクセプタ基板を除去することの後で、前記薄膜層が前記固体片の外表面として残る、リリースステーションと
を備える製造装置。
【請求項３９】
前記薄膜層は金属を含む、請求項３８に記載の製造装置。
【請求項４０】
前記薄膜層および注入された前記液滴は同一の材料を含む、請求項３８または３９に記載の製造装置。
【請求項４１】
前記薄膜層および前記液滴が異なる材料を含む、請求項３８または３９に記載の製造装置。
【請求項４２】
注入された前記液滴は金属製材料を含む、請求項３８から４０のいずれか一項に記載の製造装置。
【請求項４３】
注入された前記液滴は半導体材料を含む、請求項３８から４２のいずれか一項に記載の製造装置。
【請求項４４】
注入された前記液滴は誘電材料を含む、請求項３８から４３のいずれか一項に記載の製造装置。
【請求項４５】
注入された前記液滴はレオロジ材料を含む、請求項３８から４４のいずれか一項に記載の製造装置。
【請求項４６】
前記アクセプタ基板は半導体ウエハを有し、前記１または複数の凹部を画定するべく、前記半導体ウエハ上の少なくとも１つの表面層がパターン化およびエッチングされる、請求項３８から４５のいずれか一項に記載の製造装置。
【請求項４７】
前記リリースステーションは、前記固体片から離れている前記アクセプタ基板を選択的にエッチングする、請求項３８から４６のいずれか一項に記載の製造装置。
【請求項４８】
前記１または複数の凹部は、１ｍｍより小さい寸法を有する、請求項３８から４７のいずれか一項に記載の製造装置。
【請求項４９】
前記薄膜層は、前記固められた流体と前記薄膜層との間の第２の接着より弱い第１の接着によって、前記アクセプタ基板に接着するために塗布され、前記リリースステーションは、前記固体片を前記固体片に接着している前記薄膜層とともに前記１または複数の凹部から取り出す、請求項３８から４８のいずれか一項に記載の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して３次元構造物のプリンティングに関し、特に材料を鋳型内に注入することにより基板上に作成される構造物の特性の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ直接描画（ＬＤＷ）技術において、レーザビームは、制御された材料のアブレーションまたは堆積により、空間分解された３次元（３Ｄ）構造物を有するパターン表面を作成するべく使用される。レーザ誘起前方転写法（ＬＩＦＴ）は、表面上に微細パターンを堆積することに適用され得るＬＤＷ技術である。
【０００３】
ＬＩＦＴにおいて、レーザ光子は、少量の材料をドナーフィルムからアクセプタ基板に向かって放つべく駆動力を提供する。通常、レーザビームはドナーフィルムの内側と相互作用し、それは非吸収キャリア基板上へ被覆される。言い換えれば、光子が膜の内面により吸収される前に、入射レーザビームは透明キャリアを介して伝わる。特定のエネルギー閾値以上で、材料が基板の表面に向けてドナーフィルムから吐出される。それは、概して、当技術分野において知られているＬＩＦＴシステムで、ドナーフィルムに近接して、それどころかドナーフィルムに接触して配置される。加えられるレーザエネルギーは、照射膜の大きさ内に発生する前方推進のスラストを制御するべく変化され得る。ＮａｇｅｌおよびＬｉｐｐｅｒｔは、マイクロファブリケーションにおけるＬＩＦＴの原理ならびに適用の有用な調査を、Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｌａｓｅｒｓ、Ｓｉｎｇｈら編、（Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ  Ｖｅｒｌａｇ  ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧａＡ、２０１２年）、２５５−３１６ページ、に発表された「Ｌａｓｅｒ−Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｄｅｖｉｃｅｓ（デバイスの製造のためのレーザ誘起前方転写法）」で提供している。
【０００４】
金属のドナーフィルムを使用するＬＩＦＴ技術は、電気回路の修復のような、様々な適用に展開されている。例えば、その開示が本明細書に参照により組み込まれる、ＰＣＴ国際公開ＷＯ２０１０／１００６３５号は、レーザが、回路基板上に形成される導体の導体修復領域を前処理するべく使用される、電気回路修復のシステムおよび方法を説明している。レーザビームは、ドナー基板の一部をドナー基板から分離させ、予め定められた導体位置に転写させる方式で、ドナー基板に当てられる。
【０００５】
米国特許第６,１５５,３３０号は、スプレイフォーミングの金属堆積の方法を説明している。第１の温度に溶融点を有する第１の金属のスプレイフォーミングパターンが、マスタパターンの形状を有するキャビティを画定する表面で形成される。鋼の粒子が、スプレイフォーミングパターン上に堆積物を形成するべく、スプレイフォーミングパターン上へスプレイされる。スプレイの状態は、スプレイフォーミングパターンと接触している鋼の粒子が、約８０℃より低いスプレイフォーミングパターンの表面温度になるように制御される。堆積物およびスプレイフォーミングパターンは堆積物からスプレイフォーミングパターンを溶かすべく、加熱される。結果として生じる堆積物はマスタパターンの一般的な形状を有する。
【発明の概要】
【０００６】
以下に説明される本発明の実施形態は、３次元（３Ｄ）構造物のプリンティングのための改善された方法および装置を提供する。
【０００７】
したがって、本発明の一実施形態により、上面内に形成される１または複数の凹部のパターンをもつ上面を有する基板を提供する段階を含む、製造のための方法が提供される。レーザビームは、１または複数の凹部内にレーザ誘起前方転写法（ＬＩＦＴ）により、ドナーフィルムから流体の液滴を吐出するためにドナーフィルムに衝突するべく、方向付けられる。流体は、１または複数の凹部により画定される形状を有する固体片を形成するべく、１または複数の凹部内で固まる。基板は固体片から除去される。
【０００８】
いくつかの実施形態において、流体の液滴が溶融金属を含むように、ドナーフィルムが金属膜を有する。追加的または代替的に、流体の液滴が溶融した形態の半導体材料を含むように、ドナーフィルムが半導体材料を有する。さらに追加的または代替的に、流体の液滴が溶融した形態の誘電材料を含むように、ドナーフィルムが誘電材料を有する。別の実施形態において、流体の液滴が流体の形態のレオロジ材料を含むように、ドナーフィルムがレオロジ材料を有する。
【０００９】
開示される実施形態において、方法は凹部内で流体を硬化する段階を含む。追加的または代替的に、方法は、固体片の形成の後で、固体片の材料特性を修正するべく、エネルギーを加える段階を含む。１または複数の凹部は、１ｍｍより小さい寸法を有し得る。
【００１０】
開示される実施形態において、基板は半導体ウエハを有し、基板を提供する段階は、１または複数の凹部を画定するべく、半導体ウエハ上の少なくとも１つの表面層をパターン化およびエッチングする段階を有する。
【００１１】
いくつかの実施形態において、基板を除去する段階は、例えば、固体片から離れている基板を選択的にエッチングすることにより、基板の分解を誘導する段階を含む。
【００１２】
開示される実施形態において、基板を提供する段階は、１または複数の凹部内に液滴を吐出する前に、基板を除去する段階の後で、薄膜層が固体片の外表面として残るように、１または複数の凹部を薄膜層で被覆する段階を有する。
【００１３】
通常、レーザビームを方向付ける段階は、液滴を吐出する間に、基板から少なくとも１００μｍの距離でドナーフィルムを保持する段階を有する。
【００１４】
１つの実施形態において、レーザビームを方向付ける段階は、第１の流体の第１の液滴および第１の流体とは異なる成分を有する第２の流体の第２の液滴を異なるそれぞれのドナーフィルム領域から１または複数の凹部内に吐出する段階を有する。
【００１５】
本発明の一実施形態により、上面内に形成される１または複数の凹部のパターンをもつ上面を有する基板を提供する段階を含む、製造のための方法も提供される。１または複数の凹部は薄膜層で被覆される。流体の液滴は被覆された１または複数の凹部内に注入される。流体は、１または複数の凹部により画定される形状を有する固体片を形成するべく、被覆された１または複数の凹部内で固まる。基板は、固体片から除去され、その上、基板を除去する段階の後で、薄膜層が固体片の外表面として残る。
【００１６】
開示される実施形態において、薄膜層は金属を含む。薄膜層および注入された液滴は同一のまたは異なる材料を含み得る。
【００１７】
別の実施形態において、１または複数の凹部を被覆する段階は、固められた流体と薄膜層との間の第２の接着より弱い第１の接着によって、薄膜層を基板に塗布する段階を有し、基板を固体片から除去する段階は、固体片を固体片に接着している薄膜層とともに１または複数の凹部から取り出す段階を有する。
【００１８】
本発明の一実施形態により、透明なドナー基板上に堆積されるドナーフィルムを有する透明なドナー基板、および上面に形成される１または複数の凹部のパターンを有するアクセプタ基板の上面に近接してドナー基板を位置決めするべく構成される位置決めアセンブリを含む、堆積ステーションを有する製造装置が、追加的に提供されている。光学アセンブリは、流体の液滴をレーザ誘起前方転写法（ＬＩＦＴ）により、ドナーフィルムから１または複数の凹部内に吐出するために、ドナーフィルム上に衝突するべく、レーザビームを方向付けるべく構成される、レーザを含み、流体が、１または複数の凹部により画定される形状を有する固体片を形成するべく、１または複数の凹部内で固まる。リリースステーションは、固体片から基板をリリースするべく構成される。
【００１９】
さらに、本発明の一実施形態により、上面に形成される１または複数の凹部のパターンをもつ上面を有するアクセプタ基板を受け入れ、アクセプタ基板の少なくとも１または複数の凹部を薄膜層で被覆するべく構成される、被覆ステーションを含む製造装置を提供している。堆積ステーションは、１または複数の凹部の被覆の後で、流体の液滴をアクセプタ基板の１または複数の凹部内に注入するべく構成され、流体が、１または複数の凹部により画定される形状を有する固体片を形成するべく、被覆された１または複数の凹部内で固まる。リリースステーションは、固体片から基板をリリースするべく構成され、その上、基板を除去した後で、薄膜層が固体片の外表面として残る。
【００２０】
本発明は、図面とともに以下の本発明の実施形態の詳細な説明からより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る、３Ｄプリンティングのためのシステムの概略側面図およびブロック図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る、凹部が３Ｄプリンティングのために準備された基板の概略断面図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る、凹部の３Ｄ構造物のプリンティング後の、図２Ａの基板の概略断面図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に係る、基板の除去後の、図２Ｂの３Ｄ構造物の概略断面図である。
【図３Ａ】本発明の別の実施形態に係る、凹部が３Ｄプリンティングのために準備されたパターン層をもつ基板の概略断面図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に係る、凹部の３Ｄ構造物のプリンティング後の、図３Ａの基板の概略断面図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態に係る、パターン層から被覆層をトリムする過程の図３Ｂの３Ｄ構造物の概略断面図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態に係る、基板の除去後の、図３Ｃの３Ｄ構造物の概略断面図である。
【図３Ｅ】本発明の一実施形態に係る、パターン層の除去後の、図３Ｄの３Ｄ構造物の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（インクジェット法、熱溶解積層法（ＦＤＭ）、ステレオリソグラフィおよびＬＩＦＴを含む）３Ｄプリンティングの既知の方法は、所望の３Ｄ構造物が構築されるまで平面上に材料の連続する層が堆積することに基づいている。この手法を使用すると、所望の表面品質を得ることが難しい可能性がある。
【００２３】
本発明の実施形態は、鋳型として機能する、パターン半導体基板のようなパターン基板内にプリントすることにより、この問題に対処する。この場合、適切な流体の液滴が、鋳型の１または複数の凹部内に注入される。次に、（例えば、エッチングにより）基板が分解された、またはそうでなければ除去された後で、液滴は鋳型の形状内で固まり、固体の最終生成物が残る。いくつかの実施形態において、液滴はＬＩＦＴによりドナーシートから吐出される。この種のＬＩＦＴベースの成形は、金属部品を作成するためだけでなく、非結晶形態または結晶形態のいずれかで、ＬＩＦＴ噴射の間に溶け、鋳型の表面上に容易に凝固する、適切な半導体材料、誘電材料および相変化材料を含む、溶融温度の高い（室温よりはるかに高い）他の材料のためにも有用である。
【００２４】
代替的または追加的に、注入された液滴は、ポリマあるいは硬化性のモノマの液体またはオリゴマの液体を含んでよく、インクジェットまたはＬＩＦＴにより吐出され、例えば、熱的にまたはフォトニックプロセスにより固められる。この種の実施形態は、特に、（導電性と非導電性の両方の）光硬化性接着剤、金属または誘電体粒子を含む溶液、および他の種のポリマ溶液のプリンティングに適用され得る。
【００２５】
最終生成物の表面品質のより良い制御のために、いくつかの実施形態において、基板は、鋳型が充填される前に、最初の薄膜層でめっきされるか、そうでなければ被覆される。鋳型が充填され、基板が除去された後で、この最初の層は最終生成物の外層として残る。この場合、鋳型表面の高品質が、ＬＩＦＴのみにより達成可能な表面品質よりも、著しく精密かつ滑らかであり得る、プリントされた最終生成物の表面品質を決定する。（ＬＩＦＴプリンティングにおいて、溶滴は、アクセプタ表面上に着いた後で、平坦化し、混ざり合うが、液滴の間に小さな空隙がなお残り、ＬＩＦＴプリンティングの後に研磨されない限り、表面品質が通常２から３μｍの粗さに限定される。）被覆材料は、注入された流体と同一の材料または異なる材料、あるいは材料の組み合わせを含んでよい。例えば、鋳型内への銅のＬＩＦＴ注入により製造される部分は、このようにして塗布される金の被覆を有してよく、したがって、滑らかなだけでなく、環境適合性も増した表面を提供する。
【００２６】
本明細書に説明される技術は、迅速にかつ経済的に、高品質な小さい部品（例えば、数１０ミクロンから数ミリメートルまでのスケール）を幅広い異なる材料および材料の組み合わせから、実質的に任意の閉じた３Ｄ形状で製造するべく使用され得る。結果として生じる部品は、非常に精密な表面品質を有し得、鋭い角および介在物のある形状を含む、従来の成形プロセスおよび３Ｄプリンティングプロセスによっては容易に達成可能ではない様々な形状で作成され得る。多くの場合、液滴注入の前に（必要であれば）被覆が鋳型の基板に塗布されるので、製造後に最終生成物を被覆する必要はないであろう。先に述べたように、レオロジ材料またはポリマ材料が鋳型内に注入される場合、熱硬化または光硬化が製造プロセスの一部として適用されてよい。追加的または代替的に、例えば、より連続した固体を製造するためのアニール（再溶融）のように、材料特性を修正するべく、上で説明されるプロセスにより作成された成形片にエネルギーが加えられてよい。
【００２７】
これより、本発明の一実施形態に係る、３Ｄプリンティングプロセスを概略的に示す、図１および図２Ａから図２Ｃが参照される。図１は３Ｄプリンティングのためのシステム２０のブロック図および側面図であるが、図２Ａから図２Ｃは３Ｄ構造物のプリンティングの段階を示す断面図である。
【００２８】
システム２０は、リソグラフィステーション２２、エッチングステーション２４および被覆ステーション２６を備え、これらは基板準備サブシステムとしてともに機能する。本例の基板３４は、半導体ウエハを備え、それは、１または複数の凹部３６を画定するべくパターン化およびエッチングされ、それは、流体の液滴５４を鋳型内に注入する、堆積ステーション２８で鋳型として使用される。鋳型内の液滴が固体片に固まった後で、リリースステーション３０は固体片から基板をリリースする。例えば、リリースステーションは、固体片から離れている基板を選択的にエッチングすることにより、通常、化学溶解により、または熱プロセスにより、基板の分解を誘導し得る。任意に、基板がステーション３０によりリリースされる前または後に、成形材料は（放射または加熱により）硬化される、あるいはアニールされる。
【００２９】
代替的な一実施形態において、プリント材料の表面への接着が十分ではない場合、リリースステーション３０は、分解せずに基板３４をリリースする。例えば、（銅のような）金属が、ガラス基板あるいはポリマ基板の凹部内に、または酸化表面層を有する金属基板の凹部内にさえプリントされる、またはそうでなければ、堆積される場合、金属の固体片を単に取り出すことにより凹部からリリースすることが可能である。
【００３０】
図示された実施形態において、以下に詳細に説明されるように、堆積ステーション２８は、材料の溶滴５４を鋳型内に注入するべく、ＬＩＦＴプロセスを使用する。ここに示されるものと同様のＬＩＦＴシステムのさらなる態様が、例えば、その開示が本明細書に参照により組み込まれる、ＰＣＴ国際公開ＷＯ２０１５／１５５６６２号内に説明されている。
【００３１】
システム２０の他の機能は、一般に利用可能な半導体プロセス装置および技術を使用して実装され得る。リソグラフィステーション２２において、半導体ウエハは、ＳＵ‐８フォトレジストのようなフォトレジストによって被覆され、所望の鋳型に対応するパターンが、適切なマスクまたは直接描画技術を使用して、フォトレジストに描画される。次に、エッチングステーション２４は、未露光のフォトレジスト（または使用されるフォトレジストの種類に応じて、露光したフォトレジスト）を除去して、固められたフォトレジストの中に凹部の形の鋳型パターンを残す。フォトレジストの被覆の段階、描画の段階およびエッチングの段階は、ともに複雑な３Ｄの鋳型の形状を画定する、複数の重なるパターン層を作成するべく、１または複数回繰り返されてよい。図２Ａは、複数のフォトレジスト層の連続する被覆、描画およびエッチングにより、複雑な凹部３６が３Ｄプリンティングのために準備される、この種のプロセス後の基板３４の概略断面図である。
【００３２】
代替的に、当技術分野において知られている任意の他の適切な技術が、基板内に凹部の所望のパターンを作成するべく使用されてよい。例えば、基板上の適切なポリマまたは樹脂の層が、レーザアブレーションにより直接パターン化されてよい。この目的のために良好なアブレーション特性をもつポリマは、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）およびＱＰＡＣ（登録商標）ポリプロピレンカーボネートを含む。それらはリリースステーション３０のレーザアブレーションにおいて最小の残留物できれいに除去され得る。
【００３３】
別の例として、シリコンウエハ基板は、３ＤＬＩＦＴプリンティングのための鋳型として機能するべく、それ自体がエッチングされてよい。シリコン型は、フォトリソグラフィ等の、マイクロエレクトロニクスの分野で知られている方法を使用して、同様にパターン化され得る。ＬＩＦＴプリンティング後のシリコンの選択的なエッチングは、プリントされた部分に影響を与えずに、シリコン型の制御された、選択的な除去を可能にする。
【００３４】
リリースステーション３０で、鋳型作成元の金属が、その後選択的にエッチング除去され得るか、そうでなければ除去され得る限り、金属構造物はまた、堆積ステーション２８の３ＤＬＩＦＴプリンティングのための基板３４として使用され得る。エッチングプロセスが、鋳型のみに影響を与え、３Ｄプリント製品には影響を与えないように、選択される。例えば、アルミニウムの鋳型の凹部は、被覆され、ＬＩＦＴプリンティングにより、銅のような別の金属で充填されてよい。次にアルミニウムは、（例えば、濃縮ＫＯＨ溶液等の）適切な塩基性溶液を使用して、形成された金属部品に影響を与えずに選択的にエッチング除去される。
【００３５】
多くの場合、凹部３６内に注入された溶滴５４が比較的ゆっくり冷却し、したがって、それらが凝固する前に凹部の形状を充填するための時間がより長くなるように、基板３４が低熱伝導性および低熱容量を有することが望ましい。この目的のために、低熱伝導性および低熱容量をもつ誘電基板を使用することが有益であり得る。例えば、厚い金属被覆は熱伝導を高め、したがって、凹部内の液滴のより速い冷却をもたらすことになるので、この点で、（下で説明するように）凹部３６の表面被覆の厚さもまた役割を果たし得る。
【００３６】
図２Ａに示されるように、基板３４がエッチングステーション２４でパターン化された後で、被覆ステーション２６は、パターンの凹部３６の内面を含む、基板の表面を薄膜被覆６０で被覆する。薄膜は、薄く非常に滑らかな表面を作成するべく、電気めっきまたは無電解めっき、スパッタリングあるいは蒸着のような、当技術分野において知られている任意の適切な技術により塗布されてよい。薄膜被覆は、塗布の要件に応じて、金属材料または誘電材料を含んでよく、ＬＩＦＴステーション２８により注入される予定の材料と同様の材料またはいくつかの他の材料（または材料の組み合わせ）を含んでよい。被覆６０で使用され得る金属被覆材料は、例えば、銅、銀、ニッケルおよび金、ならびにＮｉＰ、ＣｕＷまたはＮｉＷ等の、そのような金属の合金を含む。システム２０の被覆ステーション２６の動作は任意であり、いくつかの実施形態において、先に凹部の被覆をせずに、液滴が基板の表面上のパターンの凹部内に直接注入される。
【００３７】
いくつかの実施形態において、被覆６０が選択され得、基板を分解せずに、後に続く基板３４からの固められた固体片の除去を容易にする方式で、凹部３６の内面に塗布され得る。例えば、上で述べたように、金または銀のような金属被覆が、ガラス基板、ポリマ基板または酸化金属基板上に堆積される場合、被覆と基板との間の接着は比較的弱いであろう。一方、被覆された凹部内にその後注入される、例えば、銅を含む金属の液滴は、金属被覆に強く接着するであろう。そのような状況において、固められた金属片が凹部から取り出される場合、被覆６０は基板から自在に分離し、金属片の外表面として残留するであろう。
【００３８】
被覆６０は、様々な目的のために選択され、適合されてよい。上で述べたように、被覆は、ＬＩＦＴプリント製品上に滑らかな表面仕上げを提供するのに有用である。追加的または代替的に、被覆は、医療製品の生体適合性層のような、不活性表面層を提供し得る。例えば、チタンおよび金は、この点で望ましい特性を有する。したがって、１つの実施形態において、層６０は、チタンまたは金を含み、一方、ＬＩＦＴプリント材料は、アルミニウム、銅、ニッケル、スズ、またはこれらの金属の合金のような、所望の機械的特性および熱的特性をもつ、プリント可能な金属の範囲から選択される。
【００３９】
別の選択肢として、被覆６０は、低摩擦の外層を提供してよく、一方、バルク３Ｄ−プリント材料は、材料の強度および可塑性のような、必要とされる機械的特性を有する。例えば、特定の銅の合金は、低い摩擦係数を有し、この目的のために被覆６０に使用され得る。
【００４０】
より広く、材料のペア‐被覆および充填‐は、それらの特性が相補的であるように選択されてよい。そのようなペアの特性の例は、高い熱伝導率を有する充填材料を伴う低摩擦の被覆、軽量の充填材料を伴う強度の不活性被覆、および金属充填材料上の絶縁被覆を含む。
【００４１】
図１の側面図に示されるように、上面に形成される、１または複数の凹部３６のパターンを有する、基板３４はＬＩＦＴステーション２８のアクセプタ基板として機能する。したがって、凹部３６は、図２Ｂに示されているように、液滴５４で充填される。この目的のために、ＬＩＦＴステーション２８は、光学アセンブリ４０を備え、そこにおいてレーザ４２がパルス放射線を放出する。パルス放射線は、適切な光学素子４６によりＬＩＦＴドナーシート４８上へ焦点が合わせられる。ドナーシート４８は、そこに堆積されるドナーフィルム５２を有する、透明なドナー基板５０を備える。位置決めアセンブリ３２は、ドナーフィルム５２がアクセプタ基板に向き、間に小さな間隙（通常わずか数１００ミクロン、およびことによるとそれより小さい）がある状態で、ドナー基板がアクセプタ基板の上面に近接するように、ドナー基板５０および／またはアクセプタ基板３４を位置決めする。位置決めアセンブリ３２が、簡潔性のために、アクセプタ基板３４の下の基本的なＸ‐Ｙ‐Ｚのステージとして図１に示されているが、当業者に明らかであるとおり、実際、ＬＩＦＴステーション２８の位置決めアセンブリは、追加的または代替的に、ドナー基板５０および／または光学アセンブリ４０の要素を位置決め可能であってよい。
【００４２】
ドナー基板５０は、通常、ガラスシートまたはプラスチックシートあるいは他の適切な透明材料を備えるが、ドナーフィルム５２は金属（または金属合金）、半導体、誘電材料またはレオロジ材料、あるいはそのような材料の組み合わせのような、適切なドナー材料を備える。通常、ドナーフィルムの厚さはわずか数ミクロンである。
【００４３】
光学素子４６は、ドナー基板５０の外表面を通過し、ドナーフィルム５２に衝突するべく、レーザ４２からのビームの焦点を合わせ、それによって、流体の液滴５４を膜５２から吐出させ、アクセプタ基板３４の凹部３６内の間隙を横断させる。流体はドナーフィルム５２の材料の溶融した形態を含み、次にそれは凹部により画定された形状を有する固体片を形成するべく、凹部３６内で固まる。
【００４４】
レーザ４２は、例えば、周波数を倍加させた出力をもつパルスＮｄ：ＹＡＧレーザを備え、それはパルス振幅が制御ユニット５６により簡便に制御されることを可能にする。通常、制御ユニット５６は、光学アセンブリ４０、モーションアセンブリ３２およびＬＩＦＴステーション２８の他の要素を制御するため、ならびにフィードバックを受けるための適切なインターフェースをもつ、汎用コンピュータを備える。良好なＬＩＦＴ堆積の成果のために、最適なパルス持続時間は０．１ｎｓから１ｎｓの範囲内であるが、塗布の要件に応じて、より長いまたはより短いパルスが使用されてよいことを発明者は発見した。光学素子４６は、ドナーフィルム５２上にレーザビームにより形成される焦点のサイズを調節するべく、同様に制御可能である。
【００４５】
液滴５４のサイズは、特にレーザパルスのエネルギー、持続時間および焦点のサイズ、ならびにドナーフィルムの厚さにより決定される。上述のＰＣＴ国際公開ＷＯ２０１５／１５５６６２号は、各レーザパルスが、単一の、比較的大きな液滴をドナーフィルムから吐出させるように適用され得るＬＩＦＴ技術およびパラメータを説明している。このようにして凹部３６内に注入される大きな、エネルギーの液滴は、比較的ゆっくり冷却し、したがって、それらが凝固する前に凹部の形状を充填するための時間がより長くかかるので、これらの技術およびパラメータはＬＩＦＴステーション２８で有利に適用され得る。この単一の液滴の型で動作させることのさらなる利点は、液滴が正確な方向でアクセプタ基板３４に向けて吐出されることであり、液滴の吐出の間、アクセプタ基板から少なくとも１００μｍの距離にドナーフィルム５２を保ち、おそらく１ｍｍと同じくらいの深さの深い凹部にさえ正確に充填することを可能にする。
【００４６】
いくつかの実施形態において、ＬＩＦＴステーション２８は、異なる成分を有する、２またはそれより多い異なる流体の液滴を凹部３６内に吐出させる。通常、異なる流体は、異なる材料を含む、（同一のドナー基板５０上または異なるドナー基板上のいずれかの）ドナーフィルム５２の異なる領域に衝突するべく、レーザ４２を方向付けることにより吐出される。異なる流体は、最終生成物の所望の特性に応じて、アクセプタ基板３４の同一の凹部内に、または異なる凹部内に、順に注入されてよい。このようにして、実質的に任意の所望のパターンおよびグラデーションで、材料を混合する能力は、当技術分野において知られている製造の方法と比較して、本技術の著しい利点である。
【００４７】
制御ユニット５６の制御下の回転鏡および／または音響光学ビーム偏向器のような、スキャナ４４は、ドナーフィルム５２上の異なる点を照射するために、レーザビームを走査する。したがって制御ユニット５６は、堆積されるドナー材料の体積を所望の厚さまで構築するべく、基板３４上の凹部３６の軌跡の上に膜５２からドナー材料を描画するために、および、必要であれば、複数の道を作成するために、光学アセンブリ４０を制御する。例えば、ＬＩＦＴステーション２８は、このようにして、１ｍｍより小さい、１または複数の寸法（高さ、幅、および厚さ）で固体片を製造するべく、動作してよい。これらの寸法の少なくとも１つは、１００μｍより小さくてよく、場合によっては１０μｍより小さくてよく、したがって、精密な形状および表面品質を有する微小な（または微細でさえある）片を作成する。
【００４８】
図２Ｂに示されるように、凹部３６が液滴５４で所望のレベルまで充填され、液滴が固体に固まった後で、リリースステーション３０は、例えば、適切な化学エッチングプロセスまたは他の分解技術により、あるいは、上述したように、接着が弱い場合、単に機械的取り出しにより、基板３４を除去する。図２Ｃは、本発明の一実施形態に係る、基板の除去後に残る３Ｄ構造物６２の概略断面図である。凹部３６内に注入される液滴は、（おそらく追加の硬化の段階またはアニールの段階の後で）固体バルク６４に固まっており、被覆６０は、所望の表面特性をもつ、構造物６２の外表面として機能する。
【００４９】
多くの適用において、精密な表面品質は最終生成物の１つまたはいくつかのみの表面に要求され、したがって、３Ｄ構造物６２は、基板３４からリリースされる場合、現状のままで使用されてよい。代替的に、構造物６２の粗い開放表面は、例えば、適切な化学研磨プロセスまたは電気化学研磨プロセスにより、研磨されてよい。さらに代替的または追加的に、最終生成物の全ての側面が所望の表面特性を有するように、ことによると構造物が基板３４からリリースされる前でさえ、必要であれば、（図２Ｃにおける構造物６２の下側の）バルク６４の開放表面上に、追加の被覆層が塗布されてよい。
【００５０】
システム２０は、システムの機能を設定するべく操作者により使用され得る、操作者端末および、堆積プロセスを観察するための検査アセンブリのような、（簡潔性のために図面から省略される）追加の要素を備えてよい。これらおよび他のシステム２０の補助要素は当業者に明らかであろうし、簡潔性のために本説明から省略される。
【００５１】
これより、本発明の代替的な実施形態に係る、３Ｄプリンティングプロセスの連続する段階を示している概略断面図である図３Ａから図３Ｅを参照する。図３Ａから図３Ｅのプロセスは、上で説明される３Ｄ構造物製造の原則の１つの可能な実装を表す。
【００５２】
図３Ａに示すように、本実施形態において基板３４を製造するべく、犠牲層７０がウエハ６２の表面上に堆積され、次にパターン６４が犠牲層上に堆積される。上で説明されるように、パターン６４は通常適切なフォトレジストを備え、それはリソグラフィステーション２２およびエッチングステーション２４でパターン化およびエッチングされ、次に被覆６０により被覆ステーション２６で覆われる。しかしながら、本実施形態において、フォトレジストは、パターン化の前にウエハ６２上へ直接被覆されるのではなく、むしろ、犠牲層７０上に被覆され、それはパターン６４にプリントされる予定の構造物からウエハ６２を分離する。
【００５３】
犠牲層７０は通常、溶媒および／または物理処理により、（リリースステーション３０で）選択的に除去されることが可能である特性をもつ薄層であるが、良好な表面品質をもって（スパッタリングまたは蒸発により）被覆６０を受け入れるのになお十分安定している。犠牲層７０は、例えば、ＰＶＡのような可溶性ポリマ、またはＱＰＡＣのような熱的に蒸発し得るポリマ、またはＴｉＷＮのような可溶性誘電体を備えてよく、それらはＨ２Ｏ２で選択的に除去され得る。
【００５４】
図３Ｂに示されるように、流体の液滴がパターン６４の凹部内に注入され、したがって、上で説明されるように、被覆６０上に堆積され、このようにして、パターン６４の凹部を充填する３Ｄ構造物６６を構築する。構造物６６の上面の形状は、ＬＩＦＴステーション２８に適用されるプリンティングのパターンにより決定される。図３Ｃに示すように、プリンティングの後で、構造物６６の余分な材料および、構造物６６の所望の範囲を越えて広がる被覆６０がトリムされ、構造物６６の側面を平坦にし、被覆に間隙７２を作成する。このトリムする段階は、例えば、レーザアブレーションにより実行されてよい。図３Ｄに示されるように、この段階において、例えば、化学プロセスまたは熱プロセスにより、犠牲層７０が除去され、したがって、ウエハ６２からパターン６４とともに構造物６６を取り除く。最終的に、図３Ｅに示されるように、パターン６４が、例えば、パターンを作成するべく使用された、フォトレジストの化学エッチングおよび／または物理エッチングにより同様に除去される。成果は、上で説明されるように、被覆６０により画定される表面をもつ最終生成物７４である。
【００５５】
上記で説明される実施形態は例として挙げられるものであり、本発明が特に本明細書の上記で示され説明されたことに限定されないことが理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、本明細書の上記で説明された様々な特徴の組み合わせおよび部分的組み合わせの両方、ならびに当業者であれば前述の説明を読んで想到するであろう、従来技術に開示されていないそれらの変形および修正を含む。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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