CN102944976A - 一种紫外纳米压印系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种紫外纳米压印系统,本发明涉及特征尺寸为纳米级高分辨率图形的制作装置,属纳米加工技术领域。本发明由压印系统箱体和真空泵组成,其中压印系统箱体包括自动压力控制器、自动真空度控制器、自动曝光时间控制器和真空工作室。该系统通过自适应定位装置和精确控制压印环境、压印载荷、曝光时间来实现高精度、高效率的紫外纳米压印制造,具有结构紧凑、自动化程度高、使用方便的优点。
Description
技术领域
本发明涉及纳米尺寸高分辨率图形加工技术领域,特别涉及一种紫外纳米压印系统。
背景技术
光学刻蚀技术由于受到光波波长的限制,很难制作线宽小于100nm的图案。极紫外线光刻、X光光刻、电子束投影、离子束投影、微型电子束阵列等一系列改进的实施,虽然能实现线宽在100nm以下的图案加工,但加工设备复杂,制作成本昂贵。随着半导体产业的发展,对纳米加工技术的提出了更高的要求,迫切需要一种工艺简单、成本低廉、生产效率高的纳米制造技术。
从1995年美籍华人Stephen Y.Chou提出纳米压印技术至今,纳米压印技术得到了快速发展,目前已成为最具前景的纳米制造技术之一。纳米压印技术主要包括紫外纳米压印技术和热压印技术。紫外纳米压印技术是一种在室温、低压环境下利用紫外光固化高分子聚合物的压印技术,相比于热压印技术的高温高压环境要求,紫外纳米压印技术加工温度低、压力小、模板和基片变形小、图形分辨率高。
紫外纳米压印系统是紫外纳米压印制造的主要设施。随着纳米压印技术的快速发展,紫外纳米压印系统也向着高精度、自动化、智能化发展。为了实现模板与基片的平行,保证二者之间受力均匀,进行了许多尝试,其中王庆康等研制了真空负压纳米压印装置,有助于提高模板与基片间受力的均匀程度,但不能实现压力等参数的自动控制(发明专利号200410089275.3);德国著名纳米加工设备供应商SUSS MicroTec研制的MA6型紫外纳米压印设备,通过精密机械结构实现模板与基片间的均匀受力,但其结构复杂。目前,国内还有一些紫外纳米压印装置,但这些装置加工精度低、自动化程度低、体积大、集成化低。然而至今还没有一种加工精度高、自动化程度高、结构紧凑、控制精确的紫外纳米压印装置。
发明内容
本发明旨在提供一种紫外纳米压印系统,可以实现高精度图形制造,并且自动化程度高,结构紧凑,控制精确。
本发明提出一种紫外纳米压印系统,包括:压印系统箱体1、真空泵2、自动压力控制器3、自动真空度控制器4、自动曝光时间控制器5、真空工作室6、真空工作室门7、观察窗8、导气管9、气囊10、力传感器11、紫外光源12、气囊进气电磁阀13、气囊抽气电磁阀14、真空室抽气电磁阀15、上定位台16、下定位台17、定位销18、定位孔19、上微调旋钮20、下微调旋钮21、减压阀22、模板23、基片24。
在本发明的一个实施例中,所述的自动压力控制器3、自动真空度控制器4、自动曝光时间控制器5、真空工作室6、气囊10、力传感器11、紫外光源12、气囊进气电磁阀13、气囊抽气电磁阀14、真空室抽气电磁阀15、上定位台16、下定位台17、定位销18、定位孔19、上微调旋钮20、下微调旋钮21、真空室泄压阀22封装在压印系统箱体1内。
在本发明的一个实施例中,所述的真空泵2通过导气管9与气囊抽气电磁阀14和真空室抽气电磁阀15相连。
在本发明的一个实施例中,所述的自动压力控制器3通过箱体内部线路与力传感器11和气囊进气电磁阀13相连,通过自动控制气囊10充气使模板23和基片24间压力达到设定值;所述的自动真空度控制器4通过箱体内部线路与气囊抽气电磁阀14和真空室抽气电磁阀15相连,通过控制气囊抽气电磁阀14实现气囊10减压,通过控制真空室抽气电磁阀15实现真空工作室抽真空;所述的自动曝光时间控制器5通过箱体内部线路与紫外光源12相连,控制紫外光源12的工作时间。
在本发明的一个实施例中,所述的真空工作室6带有真空工作室门7,真空工作室门7带有观察窗8并通过箱门锁紧装置与箱体密封;所述的减压阀22通过内部管路与气囊10和真空工作室6相连,实现气囊10和真空工作室6的减压;所述的气囊10带有气囊进气电磁阀13和气囊抽气电磁阀14,气囊10与下定位台17通过3个下微调旋钮21相连;所述的下微调旋钮21以120°圆心角均匀分布在下定位台17下方,调节下定位台17的倾角;所述的力传感器11固定在压印系统箱体1的内部,并与上定位台16通过3个上微调旋钮20相连;所述的上微调旋钮20以120°圆心角均匀分布在上定位台16上方,调节上定位台16的倾角;所述的紫外光源12固定在上定位台16下方,紫外光源12由一层石英玻璃保护。
在本发明的一个实施例中,所述的上定位台16与3个定位销18相连;所述的定位销18以120°圆心角均匀分布在上定位台16下方;所述的下定位台17上有3个定位孔19;所述的定位孔19以120°圆心角均匀分布在下定位台17上;所述的定位销18与定位孔19位置一一对应,下定位台17上升过程中,定位销18伸入定位孔19使上定位台16与下定位台17自动调整姿态,保证压印过程中上定位台16与下定位台17相平。
本发明与现有紫外纳米压印系统相比,具有加工精度高、自动化程度高、结构紧凑、控制精确的优点。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为本发明紫外纳米压印系统的外部结构示意图;
图2为本发明紫外纳米压印系统的真空工作室的结构示意图;和
图3为本发明紫外纳米压印系统的上定位台的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1和图2所示,根据本发明的一种紫外纳米压印系统,包括:压印系统箱体1、真空泵2、自动压力控制器3、自动真空度控制器4、自动曝光时间控制器5、真空工作室6、真空工作室门7、观察窗8、导气管9、气囊10、力传感器11、紫外光源12、气囊进气电磁阀13、气囊抽气电磁阀14、真空室抽气电磁阀15、上定位台16、下定位台17、定位销18、定位孔19、上微调旋钮20、下微调旋钮21、减压阀22、模板23、基片24。
其中,自动压力控制器3、自动真空度控制器4、自动曝光时间控制器5、真空工作室6、气囊10、力传感器11、紫外光源12、气囊进气电磁阀13、气囊抽气电磁阀14、真空室抽气电磁阀15、上定位台16、下定位台17、定位销18、定位孔19、上微调旋钮20、下微调旋钮21、真空室泄压阀22封装在压印系统箱体1内。
其中,真空泵2通过导气管9与气囊抽气电磁阀14和真空室抽气电磁阀15相连。
其中,自动压力控制器3通过箱体内部线路与力传感器11和气囊进气电磁阀13相连,通过自动控制气囊10充气使模板23和基片24间压力达到设定值。
其中,自动真空度控制器4通过箱体内部线路与气囊抽气电磁阀14和真空室抽气电磁阀15相连,通过控制气囊抽气电磁阀14实现气囊10减压,通过控制真空室抽气电磁阀15实现真空工作室抽真空。
其中,所述的自动曝光时间控制器5通过箱体内部线路与紫外光源12相连,控制紫外光源12的工作时间。
其中,所述的真空工作室6带有真空工作室门7,真空工作室门7带有观察窗8并通过箱门锁紧装置与箱体密封。
其中,所述的减压阀22通过内部管路与气囊10和真空工作室6相连,实现气囊10和真空工作室6的减压。
其中,所述的气囊10带有气囊进气电磁阀13和气囊抽气电磁阀14,气囊10与下定位台17通过3个下微调旋钮21相连。所述的下微调旋钮21以120°圆心角均匀分布在下定位台17下方,调节下定位台17的倾角。
其中,力传感器11固定在压印系统箱体1的内部,并与上定位台16通过3个上微调旋钮20相连。所述的上微调旋钮20以120°圆心角均匀分布在上定位台16上方,调节上定位台16的倾角。
其中,紫外光源12固定在上定位台16下方,紫外光源12由一层石英玻璃保护。
其中,上定位台16与3个定位销18相连。所述的定位销18以120°圆心角均匀分布在上定位台16下方。所述的下定位台17上有3个定位孔19。所述的定位孔19以120°圆心角均匀分布在下定位台17上。所述的定位销18与定位孔19位置一一对应,下定位台17上升过程中,定位销18伸入定位孔19使上定位台16与下定位台17自动调整姿态,保证压印过程中上定位台16与下定位台17相平。
需要说明的是,定位销和定位孔为成对出现,其数目也可以为大于3的“多个”,其分布方式也是以一定圆心角均匀分布,此属公知技术,不再赘述。
为使本领域技术人员更好地理解本发明,现结合具体实施方式作进一步说明。
紫外纳米压印技术的原理是首先在基片上涂紫外固化胶,然后将模板置于紫外固化胶上,将紫外固化胶压出模板上的图形模样,最后通过紫外光照射紫外固化胶使其固化成形。通过以上方法就可以将模板上的图形转印到基片上。
本发明采用智能控制精确完成紫外纳米压印过程。使用时,将紫外固化胶涂在基片24上,并将模板23置于基片24上,将模板23和基片24放置在下定位台17中部,关闭真空工作室门7。打开真空泵2,启动自动真空度控制器4进行真空工作室6抽真空和气囊10减压,到达设定真空度后,自动真空度控制器4自动关闭气囊抽气电磁阀14和真空室抽气电磁阀15。打开自动压力控制器3,自动压力控制器3控制气囊进气电磁阀13开启,气囊10缓慢进气膨胀,下定位台17缓慢上升,当模板23与紫外光源12表层的石英玻璃接触时,力传感器11将载荷信号传输给自动压力控制器3,当达到设定载荷值时,自动压力控制器3控制气囊进气电磁阀13关闭,下定位台17停止上升。打开自动曝光时间控制器5,紫外光源12开启,自动曝光时间控制器5自动记录曝光时间,当曝光时间达到设定时间值时,自动曝光时间控制器5控制紫外光源12关闭。关闭真空泵2、自动压力控制器3、自动真空度控制器4和自动曝光时间控制器5,打开减压阀22,此时真空工作室6和气囊10进气,气囊10收缩,下定位台17下降。打开真空工作室门7,取出模板23和基片24,进行脱模处理,得到所需图形。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种紫外纳米压印系统包括:压印系统箱体(1)、真空泵(2)、自动压力控制器(3)、自动真空度控制器(4)、自动曝光时间控制器(5)、真空工作室(6)、真空工作室门(7)、观察窗(8)、导气管(9)、气囊(10)、力传感器(11)、紫外光源(12)、气囊进气电磁阀(13)、气囊抽气电磁阀(14)、真空室抽气电磁阀(15)、上定位台(16)、下定位台(17)、定位销(18)、定位孔(19)、上微调旋钮(20)、下微调旋钮(21)、减压阀(22)、模板(23)、基片(24)。
2.如权利要求1所述的一种紫外纳米压印系统,其特征还在于:所述的自动压力控制器(3)、自动真空度控制器(4)、自动曝光时间控制器(5)、真空工作室(6)、气囊(10)、力传感器(11)、紫外光源(12)、气囊进气电磁阀(13)、气囊抽气电磁阀(14)、真空室抽气电磁阀(15)、上定位台(16)、下定位台(17)、定位销(18)、定位孔(19)、上微调旋钮(20)、下微调旋钮(21)、真空室泄压阀(22)封装在压印系统箱体(1)内。
3.如权利要求1和2所述的一种紫外纳米压印系统,其特征还在于:真空泵2通过导气管9与气囊抽气电磁阀14和真空室抽气电磁阀15相连。
4.如权利要求1和2所述的一种紫外纳米压印系统,其特征还在于:所述的自动压力控制器(3)通过箱体内部线路与力传感器(11)和气囊进气电磁阀(13)相连,通过自动控制气囊(10)充气使模板(23)和基片(24)间压力达到设定值;所述的自动真空度控制器(4)通过箱体内部线路与气囊抽气电磁阀(14)和真空室抽气电磁阀(15)相连,通过控制气囊抽气电磁阀(14)实现气囊(10)减压,通过控制真空室抽气电磁阀(15)实现真空工作室抽真空;所述的自动曝光时间控制器(5)通过箱体内部线路与紫外光源(12)相连,控制紫外光源(12)的工作时间。
5.如权利要求2所述的一种紫外纳米压印系统,其特征还在于:所述的真空工作室(6)带有真空工作室门(7),真空工作室门(7)带有观察窗(8)并通过箱门锁紧装置与箱体密封;所述的减压阀(22)通过内部管路与气囊(10)和真空工作室(6)相连,实现气囊(10)和真空工作室(6)的减压;所述的气囊(10)带有气囊进气电磁阀(13)和气囊抽气电磁阀(14),气囊(10)与下定位台(17)通过3个下微调旋钮(21)相连;所述的下微调旋钮(21)以120°圆心角均匀分布在下定位台(17)下方,调节下定位台(17)的倾角;所述的力传感器(11)固定在压印系统箱体(1)的内部,并与上定位台(16)通过3个上微调旋钮(20)相连;所述的上微调旋钮(20)以120°圆心角均匀分布在上定位台(16)上方,调节上定位台(16)的倾角;所述的紫外光源(12)固定在上定位台(16)下方,紫外光源(12)由一层石英玻璃保护。
6.如权利要求1和2所述的一种紫外纳米压印系统,其特征还在于:所述的上定位台(16)与3个定位销(18)相连;所述的定位销(18)以120°圆心角均匀分布在上定位台(16)下方。所述的下定位台(17)上有3个定位孔(19);所述的定位孔(19)以120°圆心角均匀分布在下定位台(17)上;所述的定位销(18)与定位孔(19)位置一一对应,下定位台(17)上升过程中,定位销(18)伸入定位孔(19)使上定位台(16)与下定位台(17)自动调整姿态,保证压印过程中上定位台(16)与下定位台(17)相平。
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