CN101393392A - 用于纳米压印的真空模压装置 - Google Patents

Abstract

一种材料制备技术领域的用于纳米压印的真空模压装置，拉伸试验机、精密模具固定系统、温度控制系统、基底、真空压缩机、真空罩，其中，真空罩与基底之间密封结合，真空压缩机与真空罩之间连通，精密模具固定系统由活塞和导轨组成，活塞在导轨内上下滑动，活塞与拉伸试验机中的驱动装置相连，并能沿拉伸试验机的滑槽滑动，导轨的一个侧面固定在拉伸试验机的外壳上，导轨另一侧穿过真空罩的侧壁，并与真空罩之间密封，导轨的底部与基底之间留有空隙以放置硅片，温度控制系统固定在基底上，负责对真空罩内的温度进行控制。本发明使纳米压印过程能顺利精密地完成，其压印的图形最高分辨率可达到20nm。

Description

用于纳米压印的真空模压装置

技术领域

本发明涉及一种材料制备技术领域的装置，具体是一种用于纳米压印的真空模压装置。

背景技术

纳米压印技术由美国普林斯顿大学S.Y.Chou教授在1995年提出。具体原理如下：将聚合物旋涂在基片上，然后将模板和基片装卡在压印机上的两个压印盘上。聚合物通常为传统光刻胶如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。然后通过加压转印图形。接下通过纳米压印技术固化聚合物。例如：热压印技术、紫外纳米压印技术、微接触印刷技术等。再经过脱模、反应离子刻蚀基片上残留聚合物，最终实现从模板到基片的微细结构图形的转移复制。目前，利用纳米压印技术制造出来的图形最高分辨率可达1～5nm。

经对现有技术的文献检索发现，董晓文、司卫华、顾文琪等在《OpticalReview》(《光学评论》)2008年第35卷第2期140到144页上发表的《气囊汽缸式真空紫外纳米压印设备研制》，该文中采用了一种紫外纳米压印结构，首先制备一个具有纳米结构图形的模板，该模板材料必须能够让紫外光穿透，然后在基片上涂覆一层液态高分子聚合物，当模板和基片对准完成后，将模板压入聚合物层并且照射紫外光使聚合物发生硬化，再经过脱模、反应离子刻蚀基片上残留聚合物，最终实现从模板到基片的微细结构图形的转移复制。

经检索还发现，董晓文、司卫华、顾文琪等在《中国机械工程》2005年7月第16卷增刊398到400页上发表的“纳米压印光刻技术及其设备研制”，该文中采用了热压印技术，通过加热到聚合物的玻璃化温度以上，以使聚合物具有良好流动性。然后予以加压转印图形。在降温固化聚合物，脱模，实现模板到基片的微细结构图形的转移复制。

上述所涉及的两种技术中均采用人工旋转施加压印力，其自动化程度不高，不能精确地保证压印力，影响了压印精度；还有这两种装置都采用了将旋转运动转化为直线运动的螺纹连接，至少模板也跟着旋转，不能确保精确定位。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术的不足，提出了一种用于纳米压印的真空模压装置，通过拉伸试验机来带动活塞的上下运动，从而精确地保证压印力的大小。通过精密磨具定位系统，避免活塞的旋转运动，直接实现直线运动，保证磨具的精确定位。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：拉伸试验机、精密模具固定系统、温度控制系统、基底、真空压缩机、真空罩，其中，

真空罩与基底之间密封结合，真空压缩机与真空罩之间连通，精密模具固定系统由活塞和导轨组成，活塞在导轨内上下滑动，活塞与拉伸试验机中的驱动装置相连，并能沿拉伸试验机的滑槽滑动，导轨的一个侧面固定在拉伸试验机的外壳上，导轨另一侧穿过真空罩的侧壁，并与真空罩之间密封，导轨的底部与基底之间留有空隙以放置硅片，温度控制系统固定在基底上，负责对真空罩内的温度进行控制。

所述活塞和导轨，均为方形结构，以避免活塞的旋转运动。

所述活塞，其一端设有一“凸”形帽，“凸”形帽的窄端通过拉伸试验机的滑槽与拉伸试验机中的驱动装置相连。

所述温度控制系统，其控制真空罩内的温度在90-180摄氏度之间变化。

所述拉伸试验机，在活塞对基底上的基片加压转印时，压力保持在4MPa-9MPa之间。

所述真空压缩机使真空罩内的压强保持在60Pa-80Pa。

本发明的工作过程如下：

压印前的准备工作：首先，将聚合物旋涂在硅片上，并将硅片放到基底上，并置于导轨的正下方，在活塞的底部设置加工所需要的模板；然后，真空压缩机开始工作，使真空罩内的气压保持在70Pa左右；最后，温度控制系统开始工作，使真空罩内的温度达到170摄氏度，从而使得聚合物处于玻璃态，具有良好的流动性，便于压印成形。

压印过程：当压印前的准备工作完成后，拉伸试验机开始向下运动，推动活塞的向下运动。由于活塞与导轨采用了方形结构接触，避免了活塞的旋转运动，从而使活塞精确地向下运动。当活塞上的模板快要与硅片上的聚合物接触时，通过拉伸试验机控制模板与聚合物之间的压印力，使磨具在保证基片的不容破损和压印的效率的情况下，顺利完成接触向下压印过程，并作用一定的时间。随后，温度控制系统降低真空罩内的温度到100摄氏度，使聚合物固化成型。最后，拉伸试验机开始向上运动，完成脱模动作，压印过程结束。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明既可以实现磨具的精密定位，又可以使压印力得到精确控制，还可以使压印过程不受外界干扰，从而保证其精密性，其最高分辨率可达到20nm左右。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中的精密磨具固定系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例中加工制作的聚合物为传统光刻胶——PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。

如图1、2所示，本实施例包括：拉伸试验机1、精密模具固定系统2、温度控制系统3、基底4、真空压缩机5、真空罩6，其中，

真空罩6与基底4之间密封结合，真空压缩机5与真空罩6之间连通，精密模具固定系统2由活塞7和导轨8组成，活塞7通过拉伸试验机1的滑槽与拉伸试验机1中的驱动装置相连，导轨8的一个侧面固定在拉伸试验机1的外壳上，导轨8另一侧穿过真空罩6的侧壁，并与真空罩6之间密封，导轨8的底部与基底4之间留有空隙以放置待加工的膜片，温度控制系统3固定在基底4上，以负责对真空罩6内的温度进行控制。

所述活塞7和导轨8，均为方形结构，以避免活塞的旋转运动。

所述活塞7，其一端设有一“凸”形帽9，“凸”形帽9的窄端通过拉伸试验机1的滑槽与拉伸试验机1中的驱动装置相连。

所述温度控制系统3，其控制真空罩6内的温度在90-180摄氏度之间变化。

所述拉伸试验机1，在活塞对基底上的基片加压转印时，压力保持在4MPa-9MPa之间。

所述真空压缩机5，其控制真空罩内的压强保持在60Pa-80Pa。

所述活塞7，其截面为正方形，边长为5CM。

本实施例的工作过程如下：

压印前的准备工作：首先，将PMMA旋涂在硅片上，并将硅片放到基底4上，并置于导轨8的正下方，在活塞7的底部设置加工所需要的模板；然后，真空压缩机5开始工作，使真空罩6内的气压保持在70Pa；最后，温度控制系统3开始工作，使真空罩6内的温度达到170摄氏度，从而使得PMMA处于玻璃态，具有良好的流动性，便于压印成形。

压印过程：当压印前的准备工作完成后，拉伸试验机1开始向下运动，推动活塞7的向下运动。由于活塞7与导轨8采用了方形结构接触，避免了活塞的旋转运动，从而使活塞精确地向下运动。当活塞上的模板快要与硅片上的PMMA接触时，通过拉伸试验机1控制模板与PMMA之间的压印力，使模板在保证基片的不容破损和压印的效率的情况下，顺利完成接触向下压印过程，并作用一定的时间。随后，温度控制系统3降低真空罩6内的温度到100摄氏度，使PMMA固化成型。最后，拉伸试验机1开始向上运动，完成脱模动作，压印过程结束。

本实施例中通过各个组成部件的精密控制和配合，从而使纳米压印过程能顺利精密地完成，其压印的图形最高分辨率可达到20nm。

Claims (6)

1、一种用于纳米压印的真空模压装置，其特征在于，包括：拉伸试验机、精密模具固定系统、温度控制系统、基底、真空压缩机、真空罩，其中，

真空罩与基底之间密封结合，真空压缩机与真空罩之间连通，精密模具固定系统由活塞和导轨组成，活塞在导轨内上下滑动，活塞与拉伸试验机中的驱动装置相连，并能沿拉伸试验机的滑槽滑动，导轨的一个侧面固定在拉伸试验机的外壳上，导轨另一侧穿过真空罩的侧壁，并与真空罩之间密封，导轨的底部与基底之间留有空隙以放置硅片，温度控制系统固定在基底上，负责对真空罩内的温度进行控制。

2、根据权利要求1所述的用于纳米压印的真空模压装置，其特征是，所述活塞和导轨，均为方形结构。

3、根据权利要求1或2所述的用于纳米压印的真空模压装置，其特征是，所述活塞，其一端设有一“凸”形帽，“凸”形帽的窄端通过拉伸试验机的滑槽与拉伸试验机中的驱动装置相连。

4、根据权利要求1所述的用于纳米压印的真空模压装置，其特征是，所述温度控制系统，其控制真空罩内的温度在90-180摄氏度之间变化。

5、根据权利要求1所述的用于纳米压印的真空模压装置，其特征是，所述拉伸试验机，在活塞对基底上的基片加压转印时，压力保持在4MPa-9MPa之间。

6、根据权利要求1所述的用于纳米压印的真空模压装置，其特征是，所述真空压缩机使真空罩内的压强保持在60Pa-80Pa。

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