專利名稱：具有不同敏感度的分層輻射敏感材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輻射固化材料，更具體地涉及一種用于制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜的輻射固化材料
的方法。
背景技術(shù)：
Jacobsen等 人 已 在〈〈"Compression behavior of micro-scaletrussstructures formed from self-propagating polymer waveguides", ActaMaterialia55，(2007)6724-6733》中描述了輻射固化的微型結(jié)構(gòu)，該文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容在此通過(guò)引用并入本文。Jacobsen在美國(guó)專利No. 7， 382， 959中公開(kāi)了一種制造具有有序的微型桁架結(jié)構(gòu)(microtrussstructure)的聚合體材料的方法和系統(tǒng)，該專利的全部?jī)?nèi)容在此通過(guò)引用并入本文。該系統(tǒng)包括至少一個(gè)對(duì)準(zhǔn)光源，該至少一個(gè)對(duì)準(zhǔn)光源用于產(chǎn)生對(duì)準(zhǔn)光束；具有光單體(photo-monomer)的儲(chǔ)存器，該光單體適于通過(guò)對(duì)準(zhǔn)光束聚合；以及掩模，該掩模放置在至少一個(gè)對(duì)準(zhǔn)光源與儲(chǔ)存器之間并且具有至少一個(gè)孔。該至少一個(gè)孔適于引導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)光束的一部分進(jìn)入光單體，以通過(guò)大量光單體中的一部分形成至少一個(gè)聚合體波導(dǎo)(polymerwaveguide) 。 Jacobsen在序列號(hào)為No. 11/801,908的美國(guó)專利申請(qǐng)中進(jìn)一步公開(kāi)了通過(guò)該方法和系統(tǒng)生產(chǎn)的微型桁架材料，該專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此通過(guò)引用并入本文。Kewitsch等人在美國(guó)專利No. 6， 274， 288中也描述了暴露于輻射環(huán)境中并且通過(guò)形成聚合體波導(dǎo)產(chǎn)生光的自聚焦(self-focusing)或者自束縛(self-tr即ping)的聚合體材料，該專利的全部?jī)?nèi)容在此通過(guò)弓I用并入本文。 通過(guò)雙層抗蝕過(guò)程形成的制品也已經(jīng)被描述了，例如，Orvek等人在美國(guó)專利No. 4， 770， 739中描述了該制品，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此通過(guò)引用并入本文。對(duì)近UV線或近紫外線敏感的第一抗蝕材料被沉積在一個(gè)物體的頂部表面上。對(duì)遠(yuǎn)紫外線敏感的第二抗蝕材料被沉積在第一抗蝕材料上。使第二抗蝕材料暴露于遠(yuǎn)紫外線的圖案光照射下，然后移除暴露區(qū)域。通過(guò)近UV線或近紫外線的整片曝光或者全面曝光照射第一抗蝕材料。從而，雙層抗蝕制品得以形成。 另外的制作微型結(jié)構(gòu)的已知方法包括快速原型制作工藝，諸如立體光刻、熔合沉積建模以及LIGA(光刻、電鍍以及建模的德語(yǔ)縮寫)。 一種獨(dú)特的用于生產(chǎn)微型結(jié)構(gòu)的快速原型制作工藝被稱為電化學(xué)制造(electrochemical fabrication)，例如，由位于加利福尼亞州Van Nuys的Microfabrica公司開(kāi)發(fā)的EFAB 。電化學(xué)制造過(guò)程通常從在空白基體上以期望式樣沉積犧牲材料開(kāi)始。在制造過(guò)程期間，犧牲材料像腳手架一樣支撐著微型結(jié)構(gòu)。然后，結(jié)構(gòu)材料被沉積在犧牲材料上。然后，犧牲材料與結(jié)構(gòu)材料被精確地抹平，并且重復(fù)該過(guò)程直到微型結(jié)構(gòu)被完全地組裝而成。通過(guò)一種例如高選擇性蝕刻工藝將犧牲材料最終移除，以留下全部由結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成的微型結(jié)構(gòu)。使用電化學(xué)制造有助于生產(chǎn)具有超常水平的幾何復(fù)雜性的微型結(jié)構(gòu)，這種復(fù)雜性包括用單獨(dú)的、獨(dú)立形成的部件進(jìn)行裝配的能力。但是，電化學(xué)制造以及其他常規(guī)的快速原型制作方法造價(jià)昂貴并且耗費(fèi)時(shí)間，特別是對(duì)于諸如汽車燃料電池的應(yīng)用。
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因此一直需要一種用于制作輻射固化結(jié)構(gòu)的方法，該方法與常規(guī)的快速原型制作方法相比更節(jié)省成本和時(shí)間。令人期望的是該方法有助于節(jié)省形成用于燃料電池以及其他應(yīng)用中的輻射固化部件的成本。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，令人驚奇地開(kāi)發(fā)出一種用于制作輻射固化結(jié)構(gòu)的方法，與常規(guī)的快速原型制作方法相比，該方法更節(jié)省成本和時(shí)間，并且有助于節(jié)省形成用于燃料電池以及其他應(yīng)用中的輻射固化燃料電池部件的成本。 在第一個(gè)實(shí)施例中，用于制作輻射固化結(jié)構(gòu)的方法包括如下步驟提供第一輻射敏感材料，并且將第二輻射敏感材料施加到第一輻射敏感材料上。第一輻射敏感材料具有第一敏感度。第二輻射敏感材料具有不同于第一敏感度的第二敏感度。將至少一個(gè)掩模放置在至少一個(gè)輻射源與輻射敏感材料之間。掩模具有形成在其中的多個(gè)基本透射的輻射透射孔。使第一和第二輻射敏感材料暴露于穿過(guò)該至少一個(gè)掩模中的輻射透射孔的多個(gè)輻射線束，從而在第一輻射敏感材料中形成第一構(gòu)造并且在第二輻射敏感材料中形成第二構(gòu)造。第一構(gòu)造與第二構(gòu)造相互協(xié)作以形成輻射固化結(jié)構(gòu)。 在另一個(gè)實(shí)施例中，用于制作輻射固化結(jié)構(gòu)的方法包括如下步驟提供第一可輻射固化材料，該第一可輻射固化材料具有第一敏感度，該第一敏感度包括第一固化速率、第一引發(fā)速率、對(duì)第一輻射頻率的敏感度、對(duì)第一輻射振福的敏感度以及對(duì)第一輻射類型的敏感度中的至少一種；將第二可輻射固化材料施加到第一可輻射固化材料上，該第二可輻射固化材料具有第二敏感度，該第二敏感度包括第二固化速率、第二引發(fā)速率、對(duì)第二輻射頻率的敏感度、對(duì)第二輻射振幅的敏感度以及對(duì)第二輻射類型的敏感度中的至少一種，并且第二敏感度不同于第一敏感度；將至少一個(gè)掩模放置在至少一個(gè)輻射源與第一和第二可輻射固化材料之間，該掩模具有形成在其中的多個(gè)基本透射的輻射透射孔；以及使第一和第二可輻射固化材料暴露于穿過(guò)該掩模中的輻射透射孔的多個(gè)輻射線束，從而在第一可輻射固化材料中形成第一構(gòu)造并且在第二可輻射固化材料中形成第二構(gòu)造。第一構(gòu)造與第二構(gòu)造相互協(xié)作以形成輻射固化結(jié)構(gòu)。 在又一個(gè)實(shí)施例中，用于制作輻射固化結(jié)構(gòu)的方法包括如下步驟提供第一可輻射分解材料，該第一可輻射分解材料具有第一敏感度，該第一敏感度包括第一分解速率、對(duì)第一輻射頻率的敏感度、對(duì)第一輻射振幅的敏感度以及對(duì)第一輻射類型的敏感度中的至少一種；將第二可輻射分解材料施加到第一可輻射分解材料上，該第二可輻射分解材料具有第二敏感度，該第二敏感度包括第二分解速率、對(duì)第二輻射頻率的敏感度、對(duì)第二輻射振幅的敏感度以及對(duì)第二輻射類型的敏感度中的至少一種，并且第二敏感度不同于第一敏感度；將掩模放置在至少一個(gè)輻射源與第一和第二可輻射分解材料之間，該掩模具有形成在其中的多個(gè)基本透射的輻射透射孔；以及使第一和第二可輻射分解材料暴露于穿過(guò)該掩模中的輻射透射孔的多個(gè)輻射線束，從而在第一可輻射分解材料中形成第一構(gòu)造并且在第二可輻射分解材料中形成第二構(gòu)造。第一構(gòu)造與第二構(gòu)造相互協(xié)作以形成輻射固化結(jié)構(gòu)。


對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的上述以及其他優(yōu)點(diǎn)將在下面的詳細(xì)描述中，特別是當(dāng)結(jié)合本文描述的附圖考慮時(shí)，很容易變得顯而易見(jiàn)。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制作輻射固化微型結(jié)構(gòu)的方法的示意性流程圖，
示出了通過(guò)具有不同敏感度的輻射敏感材料的輻射固化微型結(jié)構(gòu)的形成； 圖2是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的制作輻射固化微型結(jié)構(gòu)的方法的示意性流程
圖，示出了通過(guò)具有不同敏感度的可輻射固化材料的輻射固化微型結(jié)構(gòu)的形成；以及 圖3是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的制作輻射固化微型結(jié)構(gòu)的方法的示意性流程
圖，示出了通過(guò)具有不同敏感度的可輻射分解材料(radiation-dissociable material)的
輻射固化微型結(jié)構(gòu)的形成。
具體實(shí)施例方式
下面的詳細(xì)描述以及附圖描述和示出了本發(fā)明的各種實(shí)施例。該描述與附圖用于 使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制作和使用本發(fā)明，而并不意味著以任何方式限制本發(fā)明的范圍。 對(duì)所公開(kāi)的方法而言，其中提供的步驟實(shí)際上是示例性的，因而不是必需的或者關(guān)鍵的。
如圖1所示，本發(fā)明包括方法IOO，該方法100用于至少通過(guò)第一輻射敏感材料和 第二輻射敏感材料制作輻射固化結(jié)構(gòu)。輻射固化結(jié)構(gòu)由多個(gè)輻射固化構(gòu)造(construct)形 成，這些輻射固化構(gòu)造通過(guò)多個(gè)輻射固化元件或構(gòu)造特征獨(dú)立地形成在第一輻射敏感材料 和第二輻射敏感材料中的每個(gè)上。形成在第一輻射敏感材料和第二輻射敏感材料中的每個(gè) 上的輻射固化構(gòu)造相互協(xié)作以形成輻射固化結(jié)構(gòu)。 方法100首先包括提供基體的步驟102。該基體可以由任何允許在其上形成聚合 體結(jié)構(gòu)的材料形成。在某些實(shí)施例中，基體是基本上平的薄板。但是，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的 是，基體可以被構(gòu)形以提供具有期望形狀的輻射固化結(jié)構(gòu)?；w可以是不導(dǎo)電的，諸如塑
料，或者可以是導(dǎo)電的，諸如不銹鋼?；w可以具有形成在其中的若干孔，這些孔有助于在 制成輻射固化結(jié)構(gòu)之后移除多余的未固化的輻射敏感材料。 為了從輻射固化結(jié)構(gòu)上粘接和剝離，基體可以進(jìn)一步設(shè)置有涂層或者進(jìn)行表面處 理。作為非限制性示例，基體可以具有適于粘接未固化的輻射敏感材料的涂層。表面處理 可以進(jìn)一步有助于將固化的聚合物從基體上剝離。特別是，在輻射固化結(jié)構(gòu)的制作期間，將 基體的背面放置在平坦表面或者固定基板上，并且基體的背面具有涂層，該涂層防止例如 反復(fù)使用的基體上出現(xiàn)不期望的污染或者金屬鍍層。固定基板可以是具有方便壓力釋放的 多孔的真空夾頭，例如，其在制作過(guò)程期間選擇性將基體保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩１绢I(lǐng)域技術(shù)人 員可以根據(jù)需要選擇包括涂層在內(nèi)的合適的表面處理。 方法100進(jìn)一步包括將第一輻射敏感材料施加到基體上的步驟104，以及將第二 輻射敏感材料施加到第一輻射敏感材料上的步驟106。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以將第一輻射敏感 材料作為例如不需基體的自支撐薄膜來(lái)提供，以代替上述提供基體的步驟102。施加第一輻 射敏感材料的步驟104與施加第二輻射敏感材料的步驟106可以替代性地包括預(yù)先層壓第 一輻射敏感材料和第二輻射敏感材料，并且將被預(yù)先層壓的第一輻射敏感材料和第二輻射 敏感材料施加到基體上。 根據(jù)本發(fā)明的輻射敏感材料包括可輻射固化材料和可輻射分解材料。術(shù)語(yǔ)"可輻 射固化材料"在本文中被限定為通過(guò)暴露于輻射而發(fā)生引發(fā)、聚合以及交聯(lián)中的至少一項(xiàng) 的任何材料。應(yīng)當(dāng)理解的是，在通過(guò)暴露于輻射而引發(fā)之后，也可以通過(guò)提高溫度來(lái)至少部分地完成可輻射固化材料的聚合或者交聯(lián)。術(shù)語(yǔ)"可輻射分解材料"在本文中被限定為通 過(guò)暴露于輻射而發(fā)生不交聯(lián)(decrosslinking)以及切斷聚合體骨架(polymer backbone)
中的至少一項(xiàng)的任何材料。作為非限制性示例，通過(guò)可輻射分解材料的交聯(lián)的充分?jǐn)嗔押?/或其聚合體骨架的切斷，可以使可輻射分解材料可溶于溶劑。 作為非限制性示例，可輻射固化材料可以包括液態(tài)光單體(liquid photopolymer)和基本固態(tài)的可輻射固化聚合體中的一種。液態(tài)光單體可以是如Jacobsen 在美國(guó)專利No. 7， 382， 959以及在序列號(hào)為No. 11/801， 908的美國(guó)專利申請(qǐng)中描述的單體。 合適的光單體的其它非限制性示例包括當(dāng)暴露于紫外線(波長(zhǎng)在大約250納米與大約400 納米之間)輻射時(shí)通過(guò)自由基聚合方式聚合的單體。光單體可以包括任何合適的自由基光 聚合體材料，諸如氨基甲酸乙脂(聚氨基甲酸酯)、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯以及陽(yáng)離子型 聚合物，諸如光固化環(huán)氧樹(shù)脂。合適的液態(tài)光單體可以在光聚合時(shí)表現(xiàn)出折射指數(shù)的改變， 以提供例如自傳播的波導(dǎo)。其他光單體也可以根據(jù)需要使用。 合適的基本固態(tài)的可輻射固化聚合體可以包括負(fù)性抗蝕聚合體。負(fù)性抗蝕聚合 體經(jīng)受光引發(fā)過(guò)程，該過(guò)程導(dǎo)致負(fù)性抗蝕聚合體通過(guò)例如聚合或者縮聚而固化。如果聚合 或者縮聚的反應(yīng)在基本相同的時(shí)間發(fā)生，那么該過(guò)程被稱作"光固化"。只要反應(yīng)物通過(guò)光 引發(fā)過(guò)程生成并且需要后續(xù)步驟_例如加熱來(lái)產(chǎn)生聚合或者縮聚，該過(guò)程就被稱作"光引 發(fā)"。應(yīng)當(dāng)理解的是，即使對(duì)于完成聚合步驟來(lái)說(shuō)后固化加熱處理可能是必需的，但是負(fù)性 光致抗蝕聚合體中的基本穩(wěn)定的構(gòu)造特征也可以在最初暴露于輻射期間被產(chǎn)生?；竟虘B(tài) 的可輻射固化聚合體能夠僅經(jīng)歷引發(fā)過(guò)程，并且由于固態(tài)的可輻射固化聚合體內(nèi)的化學(xué)物 質(zhì)的固有穩(wěn)定性和有限擴(kuò)散率，所以固化過(guò)程也可以發(fā)生得較晚，而沒(méi)有明顯的特征退化。 應(yīng)當(dāng)理解的是，在引發(fā)過(guò)程開(kāi)始時(shí)大多數(shù)光引發(fā)聚合體便開(kāi)始了固化過(guò)程，但是在暴露溫 度下反應(yīng)的動(dòng)力非常小，以至于非常少的(如果有的話)聚合或者縮聚可以在將負(fù)性抗蝕 聚合體加熱到期望的固化溫度之前發(fā)生。 —種特別的負(fù)性抗蝕聚合體是基于環(huán)氧樹(shù)脂的SU-82000TM，該聚合體是位于馬薩 諸塞州Newton的Microchem公司的商品。SU-8 2000 負(fù)性抗蝕聚合體通過(guò)紫外線輻射可 以固化。應(yīng)當(dāng)理解的是，其他基本固態(tài)的可輻射固化的聚合體也可以使用。
作為非限制性示例，可輻射分解材料可以包括正性抗蝕聚合體。正性抗蝕聚合體 開(kāi)始為交聯(lián)聚合體，但是可以包含光敏引發(fā)劑，當(dāng)暴露于特定輻射時(shí)，該光敏引發(fā)劑產(chǎn)生化 學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)通過(guò)斷開(kāi)交聯(lián)以及切斷聚合體骨架中的至少一項(xiàng)分解聚合體。該分 解使得正性抗蝕聚合體在已經(jīng)暴露于輻射的區(qū)域溶解。正性抗蝕聚合體保留的區(qū)域被屏蔽 而非暴露，本文上面描述的負(fù)性抗蝕聚合體通常也是這樣。在某些實(shí)施例中，正性抗蝕聚合
體對(duì)例如紫外線或者電子束輻射敏感，而無(wú)需光敏引發(fā)劑。例如，正性抗蝕聚合體自身可能 因輻射而被破壞并且剩余的斷裂鏈變得可在溶劑中溶解。其他類型的正性抗蝕聚合體也可 以根據(jù)需要使用。 第一輻射敏感材料具有第一敏感度。第二輻射敏感材料具有不同于第一敏感度的 第二敏感度。如本文所公開(kāi)的，對(duì)可輻射固化材料而言，敏感度是固化速率、引發(fā)速率、對(duì)輻 射頻率的敏感度、對(duì)輻射振幅的敏感度以及對(duì)輻射類型的敏感度中的至少一種。對(duì)可輻射 分解材料而言，敏感度是分解速率、對(duì)輻射頻率的敏感度、對(duì)輻射振幅的敏感度以及對(duì)輻射 類型的敏感度中的至少一種。應(yīng)當(dāng)理解的是，在將第一和第二輻射敏感材料施加到基體上(步驟104U06)時(shí)，通過(guò)使第一和第二輻射敏感材料暴露于分別針對(duì)第一和第二敏感度選 擇的輻射(步驟110)，在第一和第二輻射敏感材料中形成不同的輻射固化構(gòu)造。從而，具有 高水平幾何復(fù)雜性的輻射固化結(jié)構(gòu)可以被制作。 應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步了解的是，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以使用具有第一敏感度的第一輻射 敏感材料以及分享第一敏感度但還具有不同于第一敏感度的第二敏感度的第二輻射敏感 材料。 在又一個(gè)實(shí)施例中，方法100可以包括將第三輻射敏感材料施加到第二輻射敏感 材料上的步驟。第三輻射敏感材料具有第三敏感度。根據(jù)需要，第三敏感度可以與第一和第 二敏感度中的一個(gè)相同或者不同。在一個(gè)示例中，第三敏感度與第一敏感度基本相同。在 特定的示例中，第三敏感度與第一和第二敏感度不相同。在一個(gè)最特定的示例中，第三敏感 度與第二敏感度不相同，而與第一敏感度基本相同。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，所形成
的輻射固化結(jié)構(gòu)從而可以形成具有兩層基本相同的構(gòu)造和設(shè)置在這兩層之間的一層不同 的構(gòu)造。還應(yīng)當(dāng)理解的是，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以在任何期望的設(shè)置_例如層疊設(shè)置或其 它形式的設(shè)置中采用任何期望數(shù)目的輻射敏感材料。 在將第一輻射敏感材料和第二輻射敏感材料施加到基體上的步驟104、 106之后， 方法100包括將至少一個(gè)掩模放置在至少一個(gè)輻射源與第一和第二輻射敏感材料之間的 步驟108。在某些實(shí)施例中，掩模作為輻射源的整體部分被提供。可以使用多個(gè)掩模以及多 個(gè)輻射源。掩模具有多個(gè)基本透射的輻射透射孔。例如，在還具有第三輻射敏感材料的實(shí) 施例中，掩模被放置在至少一個(gè)輻射源與第一、第二和第三輻射敏感材料之間。應(yīng)當(dāng)理解的 是，根據(jù)需要，第一掩模和第一輻射源可以被放置在第一和第二輻射敏感材料的第一側(cè)，并 且第二掩模和第二輻射源可以被放置在第一和第二輻射敏感材料的第二側(cè)。
形成掩模的材料可以是基本透射的輻射透射材料，諸如透射例如紫外線輻射的石 英玻璃?？卓梢允嵌椿蛘呋就干涞妮椛渫干溟_(kāi)口，這些洞或者開(kāi)口在設(shè)置于基本透射的 輻射透射掩模材料上的不透明的輻射阻擋涂層中形成。在示例性實(shí)施例中，掩模具有直 徑大約為IO微米的多個(gè)孔。作為又一個(gè)非限制性示例，掩模材料可以包括冕玻璃(crown
glass)、派熱克斯玻璃(Pyrex glass)以及諸如邁拉牌(Mylar )薄膜的聚酯合成纖維
中的一種。在暴露之后可以將掩模抬開(kāi)，并且為了重復(fù)使用可以清洗掩模。具有不同圖樣 和不同類型的多個(gè)孔的多個(gè)掩模也可以使用?？卓梢跃哂袨檩椛涔袒峁┢谕慕孛?形狀的形狀。例如，孔可以基本為圓形，以制作具有橢圓形截面形狀的輻射固化元件。根據(jù) 需要，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以選擇合適的掩模材料、孔的尺寸和形狀以及所形成的構(gòu)造配置。
方法100包括使第一和第二輻射敏感材料暴露于多個(gè)輻射線束的步驟110。輻射 線束穿過(guò)所述至少一個(gè)掩模中的輻射透射孔被投射并且與第一和第二輻射敏感材料接觸。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要選擇輻射源以產(chǎn)生電磁輻射或者粒子輻射。例如，可以通過(guò) 提供紫外線輻射線束的水銀燈來(lái)產(chǎn)生用于暴露輻射敏感材料的輻射線束。本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)理解的是，也可以使用其他波長(zhǎng)_諸如紅外線可見(jiàn)光以及X光輻射的輻射線束以及來(lái) 自其他輻射源_諸如白熾燈以及激光的輻射線束。也可以使用粒子輻射，諸如來(lái)自陰極射 線源的電子束。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步了解的是，根據(jù)需要，輻射線束可以是對(duì)準(zhǔn)的、部分對(duì)準(zhǔn)的或者 未經(jīng)對(duì)準(zhǔn)的。 多個(gè)輻射線束可以包括例如多個(gè)第一輻射線束和多個(gè)第二輻射線束。在某些實(shí)施
9例中，在頻率、振幅以及類型中的至少一個(gè)方面，第一輻射線束可以不同于第二輻射線束。 根據(jù)需要，第一和第二輻射敏感材料可以同時(shí)或者順序地暴露于多個(gè)輻射線束。在截面形 狀以及相對(duì)于第一、第二以及可選的第三輻射敏感材料中的一個(gè)的表面的入射角度中的至 少一個(gè)方面，第一輻射線束可以不同于第二輻射線束。作為又一個(gè)非限制性示例，多個(gè)第一 輻射線束由具有第一掩模的第一輻射源提供，并且多個(gè)第二輻射線束由具有第二掩模的第 二輻射源提供。任何期望類型的輻射頻率、輻射振幅、輻射類型、截面形狀、角度、掩模以及 輻射源都可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用。 關(guān)于第一和第二輻射敏感材料的同時(shí)暴露，施加第一和第二輻射敏感材料的步驟 104U06以及暴露第一和第二輻射敏感材料的步驟110已經(jīng)在上文進(jìn)行了描述。應(yīng)當(dāng)理解 的是，第一和第二輻射敏感材料也可以非同時(shí)的方式暴露。例如，第一和第二輻射敏感材料 中的每個(gè)可以被獨(dú)立施加，然后暴露于輻射線束。作為又一個(gè)示例，第一輻射敏感材料可以 首先被施加，然后暴露于第一輻射線束。隨后，可以將第二輻射敏感材料施加到第一輻射敏 感材料上。第二輻射敏感材料可以具有更高的敏感度并且暴露于第二輻射線束一段時(shí)間， 該時(shí)間長(zhǎng)短基本上不會(huì)影響第一輻射敏感材料。以這種方式，敏感性較弱的第一輻射敏感 材料中的構(gòu)造特征不會(huì)出現(xiàn)在敏感性較強(qiáng)的第二輻射敏感材料中。 至少一個(gè)基本固態(tài)的輻射敏感材料也可以連同至少一個(gè)液態(tài)的輻射敏感材料一 起使用。例如，當(dāng)期望進(jìn)行同時(shí)暴露時(shí)，可以將基本固態(tài)的第一輻射敏感材料施加到基體 上。然后，將液態(tài)的第二輻射敏感材料施加到基本固態(tài)的第一輻射敏感材料上。第一和第二 輻射敏感材料中的每個(gè)可以選擇為具有不同的敏感度。如果第一和第二輻射敏感材料之間 的敏感度差異是一種速率，那么敏感性較弱的第一輻射敏感材料中的構(gòu)造特征將會(huì)出現(xiàn)在 敏感性較強(qiáng)的第二輻射敏感材料中。敏感性較強(qiáng)的第二輻射敏感材料中的構(gòu)造特征不會(huì)出 現(xiàn)在敏感性較弱的第一輻射敏感材料中。如果敏感度差異歸因于輻射頻率或者輻射類型， 那么第一和第二輻射敏感材料所特有的構(gòu)造特征可以獨(dú)立產(chǎn)生。通過(guò)使第一和第二輻射敏 感材料同時(shí)暴露于輻射頻率和輻射類型，可以形成跨越第一和第二輻射敏感材料之間的分 界面邊界的構(gòu)造特征。例如，可以使第一和第二輻射敏感材料暴露以提供不完全固化，然后 可以除去剩余的未固化材料，并且對(duì)第一和第二輻射敏感材料進(jìn)行同時(shí)固化以獲得在分界 面邊界處的聯(lián)合固化。 當(dāng)期望進(jìn)行非同時(shí)暴露時(shí)，可施加基本固態(tài)的第一輻射敏感材料并且使其暴露于 輻射線束。然后，將液態(tài)的第二輻射敏感材料施加到基本固態(tài)的第一輻射敏感材料上。通 常，液態(tài)的第二輻射敏感材料的敏感度可以選擇為高于基本固態(tài)的第一輻射敏感材料的敏 感度。從而，形成在液態(tài)的第二輻射敏感材料中的構(gòu)造特征不會(huì)出現(xiàn)在基本固態(tài)的第一輻 射敏感材料中。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解的是，第一和第二輻射敏感材料可以包括例如具有可變 深度的液態(tài)層。作為非限制性示例，可以將液態(tài)的輻射敏感材料施加到基體上并且隨后使 其暴露以形成期望的構(gòu)造特征。然后，可以添加附加的液態(tài)輻射敏感材料以增加初始液態(tài) 輻射敏感材料的高度。暴露附加的液態(tài)輻射敏感材料，并且控制輻射線束的強(qiáng)度以及暴露 時(shí)間，以使新的構(gòu)造特征僅僅貫穿新的一層液態(tài)輻射敏感材料。替代性地，可以控制輻射線 束的強(qiáng)度以及暴露時(shí)間，以使新的構(gòu)造特征擴(kuò)展到形成在初始液態(tài)輻射敏感材料上的構(gòu)造 特征。
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在使第一和第二材料暴露于多個(gè)輻射線束的步驟110之后，方法100包括在第一 和第二輻射敏感材料中相應(yīng)地形成第一和第二構(gòu)造的步驟112。應(yīng)當(dāng)了解的是，在第一和第 二輻射敏感材料中相應(yīng)地形成第一和第二構(gòu)造的步驟112可以直接由使第一和第二輻射 敏感材料暴露于多個(gè)輻射線束的步驟110產(chǎn)生。替代性地，在使第一和第二輻射敏感材料 暴露于多個(gè)輻射線束的步驟110之后，形成步驟112可以進(jìn)一步包括對(duì)第一輻射敏感材料 和第二輻射敏感材料進(jìn)行后處理。例如，后處理可以包括對(duì)第一輻射敏感材料和第二輻射 敏感材料進(jìn)行加熱。當(dāng)?shù)谝惠椛涿舾胁牧虾偷诙椛涿舾胁牧现兄辽僖粋€(gè)是已經(jīng)通過(guò)暴露 于輻射線束而經(jīng)受了一定程度引發(fā)的可輻射固化材料時(shí)，加熱可以促發(fā)第一輻射敏感材料 和第二輻射敏感材料中至少一個(gè)的聚合和交聯(lián)中的至少一種。在替代性的實(shí)施例中，當(dāng)?shù)?一輻射敏感材料和第二輻射敏感材料中至少一個(gè)是已經(jīng)通過(guò)暴露于輻射線束而經(jīng)受了一 定程度分解的可輻射分解材料時(shí)，加熱可以促發(fā)第一輻射敏感材料和第二輻射敏感材料中 至少一個(gè)的分解。根據(jù)需要，可以選擇合適的溫度以及加熱時(shí)間。 使第一輻射敏感材料暴露并且在第一輻射敏感材料中形成第一構(gòu)造。使第二輻射 敏感材料暴露并且在第二輻射敏感材料中形成第二構(gòu)造。當(dāng)使第三輻射敏感材料暴露于輻 射線束時(shí)，在第三輻射敏感材料中形成第三構(gòu)造。第一構(gòu)造、第二構(gòu)造以及可選的第三構(gòu)造 由多個(gè)輻射固化元件組成，并且相互協(xié)作以形成輻射固化結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)理解的是，根據(jù)本發(fā)明 可以形成各種輻射固化元件，例如包括桁架元件(truss element)、輻射固化薄板以及固態(tài) 的輻射固化聚合體結(jié)構(gòu)。 在特定的實(shí)施例中，輻射固化結(jié)構(gòu)包括微型桁架結(jié)構(gòu)。微型桁架結(jié)構(gòu)可以具有多 個(gè)第一桁架元件、多個(gè)第二桁架元件、多個(gè)第三桁架元件以及多個(gè)第四桁架元件，第一桁架 元件沿第一方向延伸，第二桁架元件沿第二方向延伸，第三桁架元件沿第三方向延伸，第四 桁架元件沿第四方向延伸。第一、第二、第三和第四桁架元件可以在多個(gè)節(jié)點(diǎn)處互相貫穿。 應(yīng)當(dāng)理解的是，第一、第二、第三和第四桁架元件根據(jù)需要可以不互相貫穿或者在斷續(xù)的基 礎(chǔ)上在多個(gè)節(jié)點(diǎn)處互相貫穿。第一、第二、第三和第四桁架元件形成一個(gè)連續(xù)的立體的自支 撐的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。 盡管如上文所描述的，具有多個(gè)第一、第二、第三和第四桁架元件的微型桁架結(jié)構(gòu) 可以有4折布局上的對(duì)稱，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)使 用微型桁架結(jié)構(gòu)的其他布局，諸如3折對(duì)稱的和6折對(duì)稱的。例如，可以選擇特定布局以增 加微型桁架結(jié)構(gòu)的可連接性，并且降低對(duì)微型桁架結(jié)構(gòu)在負(fù)荷下彎曲和翹曲的敏感度。根 據(jù)需要，可以選擇對(duì)稱的或者非對(duì)稱的布局。也可以選擇使微型桁架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛性最 優(yōu)化的布局。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步了解的是，也可以根據(jù)需要使用微型桁架結(jié)構(gòu)的 其他布局。 Jacobsen在美國(guó)專利No. 7,382,959以及序列號(hào)為No. 11/801,908的美國(guó)專利申 請(qǐng)中描述了微型桁架結(jié)構(gòu)的示例性布局。例如，通過(guò)多個(gè)第一自傳播的聚合體桁架波導(dǎo)限 定多個(gè)第一桁架元件。通過(guò)多個(gè)第二自傳播的聚合體桁架波導(dǎo)限定多個(gè)第二桁架元件。通 過(guò)多個(gè)第三自傳播的聚合體桁架波導(dǎo)限定多個(gè)第三桁架元件。通過(guò)多個(gè)第四自傳播的聚合 體桁架波導(dǎo)限定多個(gè)第四桁架元件。根據(jù)需要，也可以使用形成微型桁架結(jié)構(gòu)的其他合適 方法。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，特定的微型桁架結(jié)構(gòu)能夠根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如，通過(guò)下述方法中的至少一種1)選擇桁架元件彼此之間相對(duì)的角度和模型；2)調(diào)整整 個(gè)組件或者所形成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的相對(duì)密度；以及3)選擇桁架元件的截面形狀和尺寸。 尤其是，具有橢圓形桁架截面形狀的桁架元件在熱膨脹系數(shù)存在差別的情況下可以阻止退 化。根據(jù)需要，也可以使用其他截面形狀。 應(yīng)當(dāng)理解的是，根據(jù)本發(fā)明，可以通過(guò)可輻射固化材料與可輻射分解材料的結(jié)合 使用來(lái)制作輻射固化結(jié)構(gòu)。例如，輻射固化結(jié)構(gòu)可以由如上文所描述的負(fù)性抗蝕劑和正性 抗蝕劑形成。在未固化狀態(tài)下，負(fù)性抗蝕劑和正性抗蝕劑中的每個(gè)可以被彼此相鄰地施加。 可以選擇具有不同輻射敏感度的負(fù)性和正性抗蝕劑。在使負(fù)性抗蝕劑暴露于輻射線束的 步驟110期間，負(fù)性抗蝕劑可以被光引發(fā)或者至少部分固化。在暴露負(fù)性抗蝕劑以形成構(gòu) 造特征以及移除剩余未固化的材料之后，未固化的正性抗蝕劑和負(fù)性抗蝕劑可以被聯(lián)合固 化。從而使負(fù)性抗蝕劑的構(gòu)造特征能夠在分界面邊界處與正性抗蝕劑交聯(lián)。然后，使正性 抗蝕劑暴露于輻射線束以在期望的區(qū)域分解正性抗蝕材料，而不影響形成在負(fù)性抗蝕劑中 的構(gòu)造。從而，輻射固化結(jié)構(gòu)可以通過(guò)第一可輻射固化材料以及第二可輻射分解材料形成。
本發(fā)明的方法100可以進(jìn)一步包括移除第一和第二輻射敏感材料的未固化的部 分的步驟。應(yīng)當(dāng)理解的是，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，術(shù)語(yǔ)"未固化的輻射敏感材料"也可以包括 被分解的輻射敏感材料。未固化的部分可以是第一和第二可輻射固化材料在暴露于輻射線 束后未固化的剩余部分，或者是第一和第二可輻射分解材料通過(guò)暴露于輻射線束而被切斷 或者變?yōu)榭扇芙庠谌軇┲械牟糠?。移除未固化的部分的步驟通常發(fā)生在使第一和第二輻射 敏感材料暴露于多個(gè)輻射線束以固化第一和第二輻射敏感材料的步驟110中的至少一個(gè) 之后。作為非限制性示例，移除第一和第二輻射敏感材料的未固化的部分的步驟可以包括 用溶劑沖洗輻射固化結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在移除第一和第二輻射敏感材 料的未固化的部分的步驟期間，合適的溶劑基本不會(huì)使暴露的輻射固化結(jié)構(gòu)退化。
應(yīng)當(dāng)了解的是，在制作輻射固化結(jié)構(gòu)之后，輻射固化結(jié)構(gòu)可以被進(jìn)一步處理以提 高強(qiáng)度、電導(dǎo)率以及環(huán)境抵抗性中的至少一種。作為非限制性的示例，本發(fā)明的方法可以進(jìn) 一步包括金屬化、碳化、瓷化輻射固化結(jié)構(gòu)的步驟中的至少一種。Jacobsen等人在序列號(hào) 為No. 12/008,479的美國(guó)專利申請(qǐng)中公開(kāi)了還可以形成例如包括輻射固化結(jié)構(gòu)的合成物， 該專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此通過(guò)弓I用并入本文。 在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)用金屬涂層對(duì)輻射固化結(jié)構(gòu)進(jìn)行電鍍來(lái)使輻射固化結(jié) 構(gòu)金屬化。金屬涂層可以是例如基本上抗氧化的、抗還原的以及耐酸的。金屬涂層可以包 括選自由下述金屬組成的集合的貴金屬例如，釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銀(Ag)、銥(Ir)、 鉑(Pt)、鋨(0s)，以及前述幾種金屬的合金。在特定的實(shí)施例中，金屬涂層是金(Au)。在另 一個(gè)特定的實(shí)施例中，金屬涂層是鉭(Ta)。另一種合適的金屬涂層可以包括鎳(Ni)合金， 諸如鎳與鉻(Cr)或者鎳與鈷(Co)的合金。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，金屬涂層可以包 括上述金屬的混合物或者合金。根據(jù)需要，也可以使用其他電導(dǎo)金屬以及材料。
可以通過(guò)下述工藝中的至少一種將金屬涂層設(shè)置在輻射固化結(jié)構(gòu)上電子束蒸 發(fā)、磁控管濺射、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積、電解沉積、無(wú)電沉積、火焰噴射 沉積、刷鍍以及其他類似工藝。也可以使用包括將輻射固化結(jié)構(gòu)沉浸在電鍍槽中的基于溶 液的電鍍技術(shù)。涂布呈漿狀粉末狀態(tài)的金屬并且隨后焙燒漿狀粉末以形成金屬涂層的方式 也可以使用。技術(shù)人員可以選擇不止一種沉積技術(shù)以考慮所選沉積技術(shù)的視線特征和非視
12線特征之間的差別。在某些實(shí)施例中，金屬涂層可以基本均勻地分布在輻射固化結(jié)構(gòu)的內(nèi) 部和外部表面上。根據(jù)需要，用于在輻射固化結(jié)構(gòu)上噴涂金屬的合適的方法都可以選用。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解的是，輻射固化結(jié)構(gòu)可以被碳化。對(duì)輻射固化結(jié)構(gòu)進(jìn)行 碳化可以使輻射固化結(jié)構(gòu)具有導(dǎo)電性。Jacobsen在序列號(hào)為No. 11/870， 379的美國(guó)專利申 請(qǐng)中公開(kāi)了開(kāi)放的多孔狀碳結(jié)構(gòu)以及一種用聚合體模板材料制作該結(jié)構(gòu)的方法，該專利申 請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此通過(guò)引用并入本文。其他對(duì)輻射固化結(jié)構(gòu)進(jìn)行碳化的合適的方法也可以 使用。 應(yīng)當(dāng)理解的是，可以通過(guò)在輻射固化結(jié)構(gòu)上涂上合適的金屬氧化物或者陶瓷對(duì) 輻射固化結(jié)構(gòu)進(jìn)行瓷化。在某些示例性的實(shí)施例中，可以在至少一部分輻射固化結(jié)構(gòu)上 涂上金屬氧化物或者陶瓷以獲得期望水平的抗彎強(qiáng)度和電導(dǎo)率。Gross等人在序列號(hào)為 No. 12/074， 727的美國(guó)專利申請(qǐng)中公開(kāi)了合適的陶瓷結(jié)構(gòu)以及對(duì)輻射固化結(jié)構(gòu)進(jìn)行瓷化的 方法，該專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此通過(guò)引用并入本文。其他對(duì)輻射固化結(jié)構(gòu)進(jìn)行瓷化的合 適的方法也可以使用。 本發(fā)明的方法100可以包括在第一輻射敏感材料和第二輻射敏感材料之間施加 過(guò)濾層的步驟。過(guò)濾層可以是另一個(gè)輻射敏感材料層，第一和第二輻射敏感材料所敏感的 輻射基本不能穿透該過(guò)濾層。示例性地，當(dāng)暴露第一輻射敏感材料時(shí)，該過(guò)濾層防止第二輻 射敏感材料暴露于多個(gè)輻射線束的至少一部分。在特定的示例中，過(guò)濾層是光學(xué)過(guò)濾層。例 如，過(guò)濾層可以設(shè)置在第一輻射敏感材料和第二輻射敏感材料之間。從而，當(dāng)?shù)诙椛涿舾?材料暴露于來(lái)自輻射源的輻射線束時(shí)，過(guò)濾層可以阻止具有選定頻率、振幅或者類型的輻 射線束導(dǎo)致在第一輻射敏感材料中形成第一構(gòu)造。過(guò)濾層也可以具有不同于第一和第二輻 射敏感材料的敏感度的輻射敏感度。因此，根據(jù)需要，也可以在過(guò)濾層中形成輻射固化結(jié)構(gòu) 的另一種構(gòu)造。 除了下面所描述的之外，圖2和圖3所示的本發(fā)明的實(shí)施例與圖1所示的實(shí)施例 相似。為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，在圖2和圖3中示出的與圖1相似的步驟使用200s和300s而不是 100s中的相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行重復(fù)。 如圖2所示，第一可輻射固化材料具有第一敏感度并且第二可輻射固化材料具有 不同于第一敏感度的第二敏感度。方法200包括提供基體的步驟202 ;將第一可輻射固化 材料施加到基體上的步驟204 ;將第二可輻射固化材料施加到第一可輻射固化材料上的步 驟206 ;將至少一個(gè)掩模放置在至少一個(gè)輻射源與第一和第二可輻射固化材料之間的步驟 208;以及使第一和第二可輻射固化材料暴露于穿過(guò)至少一個(gè)掩模中的輻射透射孔的多個(gè) 輻射線束的步驟210。方法200包括使具有不同的第一和第二敏感度的第一和第二可輻射 固化材料固化的步驟212。從而，在第一可輻射固化材料中形成第一構(gòu)造并且在第二可輻射 固化材料中形成第二構(gòu)造，并且第一構(gòu)造和第二構(gòu)造相互協(xié)作以形成輻射固化結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng) 進(jìn)一步理解的是，在固化第二可輻射固化材料(212)之前，第一可輻射固化材料在與第二
可輻射固化的材料的分界面邊界處可以至少部分未固化。在移除未固化的可輻射固化材料 之后，第一和第二可輻射固化材料可以同時(shí)進(jìn)行固化以在分界面邊界處實(shí)現(xiàn)粘接。固化第 二可輻射固化材料(212)之前的第一可輻射固化材料的至少部分未固化可以提高第一構(gòu) 造對(duì)第二構(gòu)造的粘附力。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解的是，根據(jù)需要，第一可輻射固化材料和第二可輻 射固化材料之間的敏感度差異使第一可輻射固化材料中的第一構(gòu)造能夠在第二可輻射固化材料中的第二構(gòu)造之前形成，或者反之亦然。 在說(shuō)明性的示例中，第一和第二可輻射固化材料選擇為對(duì)輻射頻率具有不同的敏 感度。在特定的實(shí)施例中，第一和第二可輻射固化材料是光引發(fā)聚合體。例如，第一和第二 可輻射固化材料可以被一起施加并且每個(gè)都對(duì)不同的輻射頻率具有一個(gè)敏感度。第一和第 二可輻射固化材料可以同時(shí)地或相繼地暴露于不同的輻射頻率。例如，在第一和第二構(gòu)造 的特征在第一和第二可輻射固化材料內(nèi)被引發(fā)之后，第一和第二可輻射固化材料中的每個(gè) 可以被同時(shí)加熱到期望的固化溫度。加熱可以促使第一和第二構(gòu)造的聚合和交聯(lián)中的至少 一種發(fā)生。因?yàn)榈谝缓偷诙?gòu)造中的每個(gè)在相同時(shí)間被固化，所以穿越第一和第二可輻射 固化材料之間的分界面的構(gòu)造特征能夠跨越分界面邊界進(jìn)行聚合或者交聯(lián)。從而可以在第 一和第二構(gòu)造之間提供期望的粘附水平。 在另一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二可輻射固化材料是光固化聚合體。如果第一和第 二可輻射固化材料中的每個(gè)的所有構(gòu)造特征都基本同時(shí)暴露，那么第一和第二可輻射固化 材料中的每個(gè)中的反應(yīng)也基本同時(shí)發(fā)生，并且聚合反應(yīng)跨越第一和第二可輻射固化材料之 間的分界面邊界而發(fā)生。當(dāng)構(gòu)造特征由于例如掩?；蛘咻椛湓吹南拗贫荒芡瑫r(shí)暴露時(shí)， 第一和第二可輻射固化材料中的每個(gè)的不會(huì)進(jìn)入第一和第二可輻射固化材料中的另一個(gè) 的構(gòu)造特征可以獨(dú)立形成。在邊界的每一側(cè)上，跨越邊界的構(gòu)造特征可以同時(shí)形成在第一 和第二可輻射固化材料中。應(yīng)當(dāng)理解的是，如果例如上文所描述的在暴露過(guò)程期間第一和 第二可輻射固化材料中的一個(gè)未完全固化，那么這些限制可能不會(huì)很嚴(yán)重。
在另一個(gè)說(shuō)明性示例中，第一和第二可輻射固化材料選擇為具有不同的引發(fā)速 率。應(yīng)當(dāng)了解的是，本文提供的方法200的光引發(fā)過(guò)程可以是輻射強(qiáng)度和暴露時(shí)間中的至 少一項(xiàng)的函數(shù)?？梢愿淖兯鼈冎腥我粋€(gè)以改變暴露過(guò)程。形成在例如第一和第二可輻射固 化材料中的具有較慢引發(fā)速率的一個(gè)中的構(gòu)造特征期望被帶入與其鄰近的第一和第二可 輻射固化材料中的具有較高引發(fā)速率的一個(gè)中。附加的構(gòu)造特征可以增加至例如第一和第 二可輻射固化材料中的具有較高引發(fā)速率的一個(gè)中。在引發(fā)過(guò)程之后，通過(guò)提高第一和第 二可輻射固化材料的溫度使第一和第二構(gòu)造固化。應(yīng)當(dāng)了解的是，為了使構(gòu)造特征能夠跨 越分界面邊界，所有特征必須在固化過(guò)程開(kāi)始之前被引發(fā)。 在又一個(gè)說(shuō)明性示例中，第一和第二可輻射固化材料選擇為具有不同的固化速 率。處理具有不同固化速率的第一和第二可輻射固化材料與處理具有不同引發(fā)速率的第一 和第二可輻射固化材料非常相似。應(yīng)當(dāng)理解的是，第一和第二構(gòu)造的固化在暴露期間發(fā)生。 然而，在固化速度方面，相同的效果也適用。例如，形成在具有第一和第二可輻射固化材料 中的較慢固化速率的一個(gè)中的構(gòu)造特征被期望出現(xiàn)在第一和第二可輻射固化材料中的具 有較高固化速率的一個(gè)中。根據(jù)需要，第一和第二可輻射固化材料中的具有較高固化速率 的一個(gè)可以包含附加特征。 在附加的說(shuō)明性示例中，第一和第二可輻射固化材料選擇為具有對(duì)輻射類型的不 同敏感度。如上文所述，多種輻射類型可以用來(lái)引發(fā)固化反應(yīng)。通常，固化(例如，引發(fā)、聚 合以及交聯(lián)中的至少一種)將通過(guò)某些形式的電磁輻射被引發(fā)。然而，其他形式的輻射-諸 如粒子束輻射另外也能夠用來(lái)引發(fā)固化。 對(duì)于光引發(fā)聚合體系統(tǒng)，當(dāng)?shù)谝缓偷诙奢椛涔袒牧弦簿哂袑?duì)輻射類型的不同 敏感度時(shí)，該過(guò)程與改變輻射頻率的過(guò)程相似。第一和第二可輻射固化材料被分別施加，并且具有對(duì)不同類型的輻射的敏感度。然后，第一和第二可輻射固化材料可以被同時(shí)或相繼 地暴露于不同類型的輻射。在第一和第二可輻射固化材料中的構(gòu)造特征被引發(fā)之后，第一 和第二可輻射固化材料中的每個(gè)被同時(shí)加熱到固化溫度，聚合和/或交聯(lián)在該固化溫度下
發(fā)生。因?yàn)闃?gòu)造特征在基本相同的時(shí)間形成，所以穿越第一和第二可輻射固化材料之間的 分界面邊界的構(gòu)造特征期望地跨越分界面邊界發(fā)生聚合和/或交聯(lián)。 對(duì)于光固化聚合體系統(tǒng)，當(dāng)?shù)谝缓偷诙奢椛涔袒牧系拿總€(gè)構(gòu)造特征都能夠基 本同時(shí)暴露時(shí)，那么第一和第二可輻射固化材料的固化能夠同時(shí)發(fā)生。從而，所產(chǎn)生的聚合 反應(yīng)能夠跨越第一和第二可輻射固化材料之間的分界面邊界而發(fā)生。當(dāng)構(gòu)造特征由于例如 掩?；蛘咻椛湓吹南拗贫荒芑就瑫r(shí)被暴露時(shí)，第一可輻射固化材料中的不會(huì)進(jìn)入第二 可輻射固化材料的構(gòu)造特征可以獨(dú)立形成。在分界面的每一側(cè)上，穿越分界面邊界的構(gòu)造 特征可以同時(shí)形成在第一和第二可輻射固化材料中。 如圖3所示，第一可輻射分解材料具有第一敏感度，并且第二可輻射分解材料具 有不同于第一敏感度的第二敏感度。方法300包括提供基體的步驟302 ;將第一可輻射分 解材料施加到基體上的步驟304 ;將第二可輻射分解材料施加到第一可輻射分解材料上的 步驟306 ;將至少一個(gè)掩模放置在至少一個(gè)輻射源與第一和第二可輻射分解材料之間的步 驟308 ;以及使第一和第二可輻射分解材料暴露于穿過(guò)至少一個(gè)掩模中的輻射透射孔的多 個(gè)輻射線束的步驟310。方法300進(jìn)一步包括分解具有不同的第一和第二敏感度的第一和 第二可輻射分解材料的步驟312。從而，第一可輻射分解材料中的第一構(gòu)造以及第二可輻 射分解材料中的第二構(gòu)造得以形成，并且第一構(gòu)造和第二構(gòu)造相互協(xié)作以形成輻射固化結(jié) 構(gòu)。應(yīng)當(dāng)理解的是，第一可輻射分解材料和第二可輻射分解材料之間的敏感度差異使第一 可輻射分解材料中的第一構(gòu)造能夠在第二可輻射分解材料中的第二構(gòu)造之前形成，或者根 據(jù)需要，反之亦然。 在說(shuō)明性的示例中，第一和第二可輻射分解材料選擇為具有對(duì)輻射頻率的不同敏 感度。當(dāng)?shù)谝缓偷诙奢椛浞纸獠牧鲜抢缯钥刮g劑時(shí)，第一和第二可輻射分解材料在 使其暴露于輻射線束的步驟310之前期望地被充分固化和交聯(lián)在一起。從而，期望的構(gòu)造 特征可以跨越第一和第二可輻射分解材料之間的分界面邊界而產(chǎn)生。應(yīng)當(dāng)了解的是，第一 和第二可輻射分解材料可以任何次序暴露于不同頻率的輻射線束，然后暴露區(qū)域能夠被溶
劑溶解以留下期望的第一和第二構(gòu)造。 在另一個(gè)說(shuō)明性示例中，第一和第二可輻射分解材料選擇為具有不同的分解速 率。應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)?shù)谝缓偷诙奢椛浞纸獠牧系姆纸馑俾什煌瑫r(shí)，能夠產(chǎn)生復(fù)雜的構(gòu) 造。本領(lǐng)域技術(shù)人員了解的是，通過(guò)使第一和第二可輻射分解材料中的具有最慢分解速率 的一個(gè)暴露的步驟310產(chǎn)生的孔將出現(xiàn)在所形成的整個(gè)輻射固化結(jié)構(gòu)中。額外材料可以從 第一和第二可輻射分解材料中的具有較高分解速率的一個(gè)中移除，而不會(huì)顯著影響第一和 第二可輻射分解材料中的具有較慢速率的另一個(gè)。然而，各個(gè)分解速率間的顯著差別通常 是期望的。作為非限制性示例，當(dāng)僅有兩種可輻射分解材料時(shí)，大約10 : l的分解速率差 便足夠了 ；當(dāng)有三種可輻射分解材料時(shí)，大約IOO : 1的分解速率差便足夠了 ；而當(dāng)有多于
三種的可輻射分解材料時(shí)，大約io，ooo : i的分解速率差便足夠了。根據(jù)需要，可以選擇
可輻射分解材料的相應(yīng)的分解速率。 在又一個(gè)說(shuō)明性示例中，第一和第二可輻射分解材料可選擇為具有對(duì)輻射類型的
15不同敏感度。由具有對(duì)不同輻射類型的敏感度的第一和第二可輻射分解材料形成輻射固化 結(jié)構(gòu)的方法可以與上文所述的對(duì)頻率具有不同敏感度的方法相似。作為非限制性示例，第 一可輻射分解材料可以對(duì)電磁輻射敏感，而第二可輻射分解材料可以對(duì)粒子束輻射敏感。 然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)電磁輻射敏感的第一可輻射分解材料期望地選擇為具有對(duì)粒子束 輻射的最小敏感度，反之亦然。 令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的方法100、200、300，層疊的輻射敏感材料的選擇性 暴露能夠?qū)⑤椛涔袒Y(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本和制作時(shí)間減到最小。通過(guò)將所有層疊操作集中在一 起，復(fù)雜的輻射固化結(jié)構(gòu)的制作現(xiàn)在能夠在相同的生產(chǎn)線和相同的設(shè)備上進(jìn)行。通過(guò)開(kāi)啟 用掩模遮蔽的輻射源而不移動(dòng)輻射敏感材料，便能夠使不同的輻射敏感材料暴露于多個(gè)輻 射線束。從而，方法100、200、300防止通常在反復(fù)定位掩模和輻射敏感材料時(shí)造成的錯(cuò)位 和公差問(wèn)題。本發(fā)明的輻射固化結(jié)構(gòu)也可以在不進(jìn)行機(jī)電制作過(guò)程中執(zhí)行的平整操作的情 況下制成。也可以在輻射固化結(jié)構(gòu)制成之后使用單一清潔操作來(lái)移除未固化的輻射敏感材 料。同樣地，也可以使用單一的金屬化、碳化以及瓷化操作制作輻射固化結(jié)構(gòu)以使輻射固化 結(jié)構(gòu)具有期望的特征。 盡管為了舉例說(shuō)明本發(fā)明而示出了某些代表性的實(shí)施例，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員 而言顯而易見(jiàn)的是，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可以做出各種改變，本發(fā)明的范圍將 在所附權(quán)利要求中進(jìn)一步闡述。
權(quán)利要求
一種用于制作輻射固化結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括如下步驟提供第一輻射敏感材料，所述第一輻射敏感材料具有第一敏感度；將第二輻射敏感材料施加到所述第一輻射敏感材料上，所述第二輻射敏感材料具有不同于所述第一敏感度的第二敏感度；將至少一個(gè)掩模放置在至少一個(gè)輻射源與所述第一和第二輻射敏感材料之間，所述掩模具有多個(gè)基本透射的輻射透射孔；使所述第一和第二輻射敏感材料暴露于穿過(guò)所述掩模中的輻射透射孔的多個(gè)輻射線束；以及至少在所述第一輻射敏感材料中形成第一構(gòu)造并且在所述第二輻射敏感材料中形成第二構(gòu)造，所述第一構(gòu)造不同于所述第二構(gòu)造，所述第一構(gòu)造與所述第二構(gòu)造相互協(xié)作以形成所述輻射固化結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二輻射敏感材料中至少一個(gè)是可輻 射固化材料和可輻射分解材料中的一種。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二敏感度中至少一個(gè)是固化速率、引 發(fā)速率、分解速率、對(duì)輻射頻率的敏感度、對(duì)輻射振幅的敏感度、對(duì)輻射類型的敏感度中的 至少一種。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在使所述第一和第二輻射敏感材料暴露于所 述多個(gè)輻射線束的步驟之后移除所述第一和第二輻射敏感材料的未固化部分的步驟。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將第三輻射敏感材料施加到所述第二輻射敏 感材料上，所述第三輻射敏感材料具有第三敏感度。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，在使所述第三輻射敏感材料暴露于所述多個(gè)輻射 線束的步驟之后，所述第三輻射敏感材料形成第三構(gòu)造，所述第三構(gòu)造與所述第一構(gòu)造和 所述第二構(gòu)造相互協(xié)作以形成所述輻射固化結(jié)構(gòu)。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第三敏感度與所述第一敏感度基本相同。
8. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第三敏感度不同于所述第一敏感度和所述第 二敏感度。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括提供基體的步驟以及將所述第一輻射敏感材 料施加到所述基體上的步驟。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)所述輻射固化結(jié)構(gòu)進(jìn)行金屬化、碳化以及 瓷化的步驟中的至少一個(gè)。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述多個(gè)輻射線束包括多個(gè)第一輻射線束和多個(gè) 第二輻射線束。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述多個(gè)第一輻射線束在頻率、振幅以及類型中 的至少一個(gè)方面不同于所述多個(gè)第二輻射線束。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，在截面形狀以及相對(duì)于所述第一輻射敏感材料 和所述第二輻射敏感材料中的一個(gè)的表面的入射角中的至少一個(gè)方面，所述第一輻射線束 不同于所述第二輻射線束。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述多個(gè)第一輻射線束由具有第一掩模的第一 輻射源提供，而所述多個(gè)第二輻射線束由具有第二掩模的第二輻射源提供。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述第一輻射敏感材料和所述第二輻射敏感材料中至少一個(gè)是負(fù)性抗蝕劑和正性抗蝕劑中的一種。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述第一輻射敏感材料和所述第二輻射敏感材料中至少一個(gè)是液態(tài)光單體。
17. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，形成步驟包括在使所述輻射敏感材料暴露于所述多個(gè)輻射線束的步驟之后對(duì)所述第一輻射敏感材料和所述第二輻射敏感材料進(jìn)行加熱的步驟，加熱促發(fā)所述第一輻射敏感材料和所述第二輻射敏感材料中至少一個(gè)的聚合、交聯(lián)以及分解中的至少一項(xiàng)。
18. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在所述第一輻射敏感材料和所述第二輻射敏感材料之間施加過(guò)濾層的步驟，所述過(guò)濾層阻止所述第一和第二輻射敏感材料中的一個(gè)暴露于所述多個(gè)輻射線束的至少一部分。
19. 一種用于制作輻射固化結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括如下步驟提供第一可輻射固化材料，所述第一可輻射固化材料具有第一敏感度，所述第一敏感度包括第一固化速率、第一引發(fā)速率、對(duì)第一輻射頻率的敏感度、對(duì)第一輻射振幅的敏感度以及對(duì)第一輻射類型的敏感度中的至少一種；將第二可輻射固化材料施加到所述第一可輻射固化材料上，所述第二可輻射固化材料具有第二敏感度，所述第二敏感度包括第二固化速率、第二引發(fā)速率、對(duì)第二輻射頻率的敏感度、對(duì)第二輻射振幅的敏感度以及對(duì)第二輻射類型的敏感度中的至少一種，所述第二敏感度不同于所述第一敏感度；將至少一個(gè)掩模放置在至少一個(gè)輻射源與所述第一和第二可輻射固化材料之間，所述掩模具有多個(gè)基本透射的輻射透射孔；使所述第一和第二可輻射固化材料暴露于穿過(guò)所述掩模中的輻射透射孔的多個(gè)輻射線束；以及至少在所述第一可輻射固化材料中形成第一構(gòu)造并且在所述第二可輻射固化材料中形成第二構(gòu)造，所述第一構(gòu)造不同于所述第二構(gòu)造，所述第一構(gòu)造與所述第二構(gòu)造相互協(xié)作以形成所述輻射固化結(jié)構(gòu)。
20. —種用于制作輻射固化結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括如下步驟提供第一可輻射分解材料，所述第一可輻射分解材料具有第一敏感度，所述第一敏感度包括第一分解速率、對(duì)第一輻射頻率的敏感度、對(duì)第一輻射振幅的敏感度以及對(duì)第一輻射類型的敏感度中的至少一種；將第二可輻射分解材料施加到所述第一可輻射分解材料上，所述第二可輻射分解材料具有第二敏感度，所述第二敏感度包括第二分解速率、對(duì)第二輻射頻率的敏感度、對(duì)第二輻射振幅的敏感度以及對(duì)第二輻射類型的敏感度中的至少一種，所述第二敏感度不同于所述第一敏感度；將掩模放置在輻射源與所述第一和第二可輻射分解材料之間，所述掩模具有多個(gè)基本透射的輻射透射孔；使所述第一和第二可輻射分解材料暴露于穿過(guò)所述掩模中的輻射透射孔的多個(gè)輻射線束；以及至少在所述第一可輻射分解材料中形成第一構(gòu)造并且在所述第二可輻射分解材料中形成第二構(gòu)造，所述第一構(gòu)造不同于所述第二構(gòu)造，所述第一構(gòu)造與所述第二構(gòu)造相互協(xié)作以形成所述輻射固化結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有不同敏感度的分層輻射敏感材料。本發(fā)明提供一種用于制作輻射固化結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括提供第一輻射敏感材料的步驟以及將第二輻射敏感材料施加到第一輻射敏感材料上的步驟。第一輻射敏感材料具有第一敏感度。第二輻射敏感材料具有不同于第一敏感度的第二敏感度。至少一個(gè)掩模被放置在至少一個(gè)輻射源與第一和第二輻射敏感材料之間。該掩模具有多個(gè)基本透射的輻射透射孔。然后，第一和第二輻射敏感材料被暴露于穿過(guò)該掩模中的輻射透射孔的多個(gè)輻射線束，從而在第一輻射敏感材料中形成第一構(gòu)造并且在第二輻射敏感材料中形成第二構(gòu)造。該第一構(gòu)造和第二構(gòu)造相互協(xié)作以形成輻射固化結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)G03F7/00GK101750884SQ20091026087
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者A·J·雅各布森, G·W·弗利, J·A·羅克, K·E·紐曼, P·D·布魯爾, W·B·卡特, Y-H·賴 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司