CN101452207A - 一种纳米压印光刻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米压印光刻机，包括底座、加热板、垫片、内六角螺钉、支架、传动导向压杆、十字槽沉头螺钉、螺杆和扭力计。所述加热板放置在底座上，垫片放置在加热板上，支架放置在垫片上，且所述支架、垫片和加热板通过内六角螺钉固定在底座上；所述支架的上梁中心处设有螺孔，下梁中心处设有通孔；螺杆套接在上梁螺孔内，传动导向压杆套接在下梁通孔内，螺杆和传动导向压杆相连并套接在支架的梁上；所述十字槽沉头螺钉从支架下梁前面中心处螺孔旋进，并顶住传动导向压杆中间圆柱外表面的条形凹槽；所述螺杆上端与扭力计相连。本发明提供一种结构简单、制作成本低、操作方便和使用可靠的纳米压印光刻机。

Description

一种纳米压印光刻机

技术领域

本发明涉及微细加工技术领域，尤其涉及一种用于纳米压印的纳米压印光刻机。

背景技术

纳米压印技术是软刻印术的发展，它采用绘有纳米图案的刚性压模将基片上的聚合物薄膜压出纳米级图形，再对压印件进行常规的刻蚀、剥离等加工，最终制成纳米结构和器件。

纳米压印技术可以大批量重复性地在大面积上制备纳米图形结构，并且所制出的高分辨率图案具有相当好的均匀性和重复性。该技术还有高分辨率、高效率、低制作成本、简单易行等优点。它没有光学曝光中的衍射现象和电子束曝光中散射现象，也不需要光学曝光装置和电子束曝光装置那样复杂的光学系统和电测聚焦系统。

因此，纳米压印技术与极端紫外线光刻、X射线光刻、电子束光刻等新兴刻印工艺相比，纳米压印术具有不逊的竞争力和广阔的应用前景。目前，这项技术最先进的程度已达到5nm以下的水平。

纳米压印光刻技术是纳米尺寸范围内广泛应用的一种日渐重要的方法，广泛应用如生物医学、纳米流体学、纳米光学应用、数据存储等领域。用于制作电子器件、CD存储器和磁存储器、光电器件和光学器件、微波集成电路、纳米电机系统、生物芯片和微流体器等。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种结构简单、制作成本低、操作方便和使用可靠的纳米压印光刻机。

(二)技术方案

为达到上述一个目的，本发明提供了一种纳米压印光刻机，包括底座11、加热板12、垫片13、内六角螺钉14、支架15、传动导向压杆16、十字槽沉头螺钉17、螺杆18和扭力计19；

所述加热板12放置在底座11上，垫片13放置在加热板12上，支架15放置在垫片13上，且所述支架15、垫片13和加热板12通过内六角螺钉14固定在底座11上；

所述支架15的上梁中心处设有螺孔，下梁中心处设有通孔；螺杆18套接在上梁螺孔内，传动导向压杆16套接在下梁通孔内，螺杆18和传动导向压杆16相连并套接在支架15的梁上；

所述十字槽沉头螺钉17从支架15下梁前面中心处螺孔旋进，并顶住传动导向压杆16中间圆柱外表面的条形凹槽；

所述螺杆18上端与扭力计19相连。

上述方案中，所述支架15有上下两个梁，支架15底部设有与底座11相固定的两个底板，在下梁前面中心处设置有一个小的螺孔。

上述方案中，所述螺杆18下端为一球面，螺杆18中部的螺纹与所述上梁螺孔中的螺孔相适配。

上述方案中，所述传动导向压杆16上端为凹球面形的套筒结构，中部柱面正中开有一条形凹槽，底部为一圆柱形压块。

上述方案中，所述传动导向压杆16中部的柱面与所述支架15下梁中心处设置的螺孔相适配。

上述方案中，所述传动导向压杆16上的凹槽，其槽宽与所述支架15下梁前面中心处的小孔孔径相适配。

上述方案中，所述传动导向压杆16顶端的凹球面形的套筒结构与所述螺杆18底部的圆珠相适配，使传动导向压杆16与螺杆18组成一联动结构。

上述方案中，所述传动导向压杆16底部圆形压块和底座11上表面使用珠光体材料制作而成。

上述方案中，所述扭力计19用于精确的测量施加在螺杆18上的扭力。

上述方案中，所述加热板12的温度控制在150℃至180℃。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种纳米压印光刻机，设计具有上下梁和两个底板的支架结构，上梁与螺杆配合提供压力，下梁与压力导向压杆配合传递压力，两平面底板通过4个内六角螺钉固定在底座上，具有一体性和稳定性特点。

2、本发明提供的这种纳米压印光刻机，螺杆和压力导向压杆设计成联动结构，螺杆底部的圆珠和传动导向压杆顶端的凹球面形的套筒相配合，使螺杆和传动导向压杆组成一联动结构。当压印开始时，顺时针旋动螺杆使之在外部扭力的作用下沿支架上梁螺孔向下运动，压力通过螺杆传递到传动导向压杆底端的圆形压块上，并使之向下运动压住模具。当压印完成需要移去压力时，逆时针旋动螺杆，螺杆沿支架上梁螺孔向上运动，同时带动传动导向压杆离开模具。

3、本发明提供的这种纳米压印光刻机，传动导向压杆中间的圆柱面开一条形槽，与支架下梁前面中间处小孔通过一小十字螺钉相配合。这样传动导向压杆上下运动是沿凹槽方向运动，既避免了传动导向压杆在螺杆的扭力作用下的切向运动，又保证了传动导向压杆上下运动时与底座保持较高的垂直度。

4、本发明提供的这种纳米压印光刻机，针对不同的零件选用不同的材料。传动导向压杆底部圆形压块和底座上表面需要较高的粗糙度和平行度，并且要求在高压力下变形小，因此选用珠光体材料，其余零件选用不锈钢材料。

5、本发明提供的这种纳米压印光刻机，纳米压印机中的扭力计能精确的测量施加在螺杆上的扭力。

6、本发明提供的这种纳米压印光刻机，纳米压印机中加热板温度能精确的控制在150℃～180℃。

7、本发明提供的这种纳米压印光刻机，在实现纳米压印所需的高加工精度的条件下，与其它设备相比，该纳米压印光刻机结构简单，制作成本低。

8、本发明提供的这种纳米压印光刻机，操作方便，使用可靠。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明提供的纳米压印光刻机的结构示意图；其中(a)为三维立体图，(b)为主视图，(c)为俯视图，(d)为A-A方向剖视图；

图2是本发明提供的纳米压印光刻机的工作原理示意图：其中，图2(a)为压印前准备，图2(b)为压印；图2(c)为脱模后。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，图1是本发明提供的纳米压印光刻机的构示意图。该纳米压印光刻机包括：底座11，加热板12，垫片13，内六角螺钉14，支架15，传动导向压杆16，十字槽沉头螺钉17，螺杆18，扭力计19。加热板12放置在底座11上，垫片13放置在加热板12上，支架15放置在垫片13上，支架15、垫片13和加热板12通过内六角螺钉14固定在底座11上。支架15的上梁中心处设有螺孔，下梁中心处设有通孔。螺杆18套接在支架上梁螺孔内，传动导向压杆16套接在支架下梁通孔内，螺杆18和传动导向压杆16相连并套接在支架15的梁上。十字槽沉头螺钉17从支架15下梁前面中心处螺孔旋进，并顶住传动导向压杆16中间圆柱外表面的条形凹槽。螺杆上端与动力源相连。

螺杆套接在支架上梁螺孔内，螺杆上的外螺纹与上梁螺孔的内螺纹适配。螺杆底部的圆珠和传动导向压杆顶端的凹球面形的套筒配合，传动导向压杆套接在支架的下梁通孔内，传动导向压杆中部的圆柱面与支架下梁通孔内壁配合。当压印开始时，通过扭力计顺时针旋动螺杆使之在外部扭力的作用下沿支架上梁螺孔向下运动，将压力通过螺杆传递到传动导向压杆底端的圆形压块上，并使之沿传动导向压杆外边面的条形凹槽方向向下运动压住模具。当压印完成需要移去压力时，逆时针旋动螺杆，螺杆沿支架上梁螺孔向上运动，同时带动传动导向压杆离开模具。

传动导向压杆底部圆形压块和底座上表面需要较高的粗糙度和平行度，并且要求在高压力下变形小，因此选用珠光体材料，其余零件选用不锈钢。

基于图1所示的纳米压印光刻机的结构示意图，图2示出了本发明提供的纳米压印光刻机的工作原理示意图，该工作流程包括以下3个步骤：

第一步：压印前，如图2(a)所示：底座21，加热板22，垫片23，硅片24，光刻胶25，模具26，传动导向压杆27，为清楚地描述压印过程，扭力计、支架和螺杆等零件在图中省略。加热板22放置在底座21上，垫片23放置在加热板22上，将涂有光刻胶25的硅片24放置在垫片23圆形区域中心位置，将模具26放置在硅片24上。在外部扭力的作用下旋动螺杆18，螺杆18带动传动导向压杆27向下运动，使传动导向压杆27底部的压块压向模具26。

第二步：如图2(b)所示：继续在外部扭力的作用下通过螺杆18和传动导向压杆27向模版26施加压印图形所需大小的压力。在保持压力的条件下，将加热板控制在150℃～180℃温度下烘5分钟，直至在光刻胶25压印出图形。

第三步：压印后，冷却脱模，如图2(c)所示，将整套装置从烘箱内取出，待冷却后。逆时针旋螺杆18，螺杆18带动传动导向压杆向上运动，使其底部压块脱离模具，将模具从硅片上取下。

本发明提供的这种纳米压印光刻机，设计新颖、结构简单、操作方便可靠、制造成本低廉。支撑结构和转动压力结构采用一体化和联动设计，不仅使设备的构件精简，减小各构件之间的配合误差，而且使传动导向压杆和基片保持高的垂直度，使基片表面受力均匀，从而达到较高的加工精度。传动导向压杆的压力通过扭力计精确控制，加热板提供压印所需的温度。本发明提供的这种纳米压印光刻机，还可用于纳米压印光刻的科学研究。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种纳米压印光刻机，包括底座(11)、加热板(12)、垫片(13)、内六角螺钉(14)、支架(15)、传动导向压杆(16)、十字槽沉头螺钉(17)、螺杆(18)和扭力计(19)，其特征在于，

所述加热板(12)放置在底座(11)上，垫片(13)放置在加热板(12)上，支架(15)放置在垫片(13)上，且所述支架(15)、垫片(13)和加热板(12)通过内六角螺钉(14)固定在底座(11)上；

所述支架(15)的上梁中心处设有螺孔，下梁中心处设有通孔；螺杆(18)套接在上梁螺孔内，传动导向压杆(16)套接在下梁通孔内，螺杆(18)和传动导向压杆(16)相连并套接在支架(15)的梁上；

所述十字槽沉头螺钉(17)从支架(15)下梁前面中心处螺孔旋进，并顶住传动导向压杆(16)中间圆柱外表面的条形凹槽；

所述螺杆(18)上端与扭力计(19)相连。

2、根据权利要求1所述的纳米压印光刻机，其特征在于，所述支架(15)有上下两个梁，支架(15)底部设有与底座(11)相固定的两个底板，在下梁前面中心处设置有一个小的螺孔。

3、根据权利要求1所述的纳米压印光刻机，其特征在于，所述螺杆(18)下端为一球面，螺杆(18)中部的螺纹与所述上梁螺孔中的螺孔相适配。

4、根据权利要求1或2所述的纳米压印光刻机，其特征在于，所述传动导向压杆(16)上端为凹球面形的套筒结构，中部柱面正中开有一条形凹槽，底部为一圆柱形压块。

5、根据权利要求4所述的纳米压印光刻机，其特征在于，所述传动导向压杆(16)中部的柱面与所述支架(15)下梁中心处设置的螺孔相适配。

6、根据权利要求4所述的纳米压印光刻机，其特征在于，所述传动导向压杆(16)上的凹槽，其槽宽与所述支架(15)下梁前面中心处的小孔孔径相适配。

7、根据权利要求4所述的纳米压印光刻机，其特征在于，所述传动导向压杆(16)顶端的凹球面形的套筒结构与所述螺杆(18)底部的圆珠相适配，使传动导向压杆(16)与螺杆(18)组成一联动结构。

8、根据权利要求1所述的纳米压印光刻机，其特征在于，所述传动导向压杆(16)底部圆形压块和底座(11)上表面使用珠光体材料制作而成。

9、根据权利要求1所述的纳米压印光刻机，其特征在于，所述扭力计(19)用于精确的测量施加在螺杆(18)上的扭力。

10、根据权利要求1所述的纳米压印光刻机，其特征在于，所述加热板(12)的温度控制在150℃至180℃。

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