CN107000308B - 安装和脱模装置 - Google Patents

Abstract

一种用在压印机中的脱模装置(3)，在该压印机中箔(31)间歇性地在进给方向上在按压区域(7)上方通过，印模在该按压区域被按压抵靠箔以压印表面图案。脱模装置包括载体(12)、安装在载体内的压辊(9)，和安装成与载体内的压辊平行的脱模辊(8)，其中，载体配置成与进给方向相反地在按压区域上方滑动，同时使箔在压辊下方以及脱模辊上方滚动，以在压印图案之后使箔与印模分离。

Description

安装和脱模装置

技术领域

本发明涉及一种在用于微米和纳米压印光刻技术的图案转移工艺中使用的装置，其涉及将图案从具有结构化表面的模板转移至基板的目标表面。更具体地，本发明涉及一种用于将基板安装在模板处，并在压印之后将模板从基板上脱模的装置。

背景技术

纳米压印光刻技术(NIL)已存在了超过十年之久。已对将微米和纳米级结构从印模或模板转移至基板进行了许多改进。用于微米和纳米级图案转移的大批量制造工具通过卷对卷工艺实现。已在许多工业应用中部署了该项技术，包括医学科学、微电子学、微观力学等。

Obducat AB是九十年代后期使纳米压印光刻设备商业化的先驱之一，其在这种纳米压印光刻设备中利用自己的从模板转移微米和纳米级图案的技术，通过两步压印工艺来生产最终产品基板。第一步，通过将模板压印入聚合物箔中形成中间聚合物印模(IPS)。压印第二步，在将IPS从模板脱模后，随即利用IPS将压印图案转移至最终基板。

在压印工艺中，对压印箔表面(例如，IPS)进行保护是非常重要的。这与对最终基板进行压印的单步压印以及在两步工艺的第一步压印之后(其中在第二步压印之前压印箔保持完好无损至关重要)均相关。

存在许多使模板(有时被称为印模或模具)与压印基板分离的脱模装置。

US2007/0092594Al描述了一种在完成压印工艺之后使模具和基板分离的脱模方法和装置。在该工艺中，模具与基板之间插有刀片模块，当空气被吸入间隙从而消除了真空效应施加于模具与基板之间的附着力时，进一步应用刀片模块使模具与基板完全分离。

US2012/029992Al公开了一种整片晶圆纳米压印光刻技术。在该文献中，就对着模具与基板之间的接口施加来自脱模喷嘴的压缩空气时连接在模具最外侧的真空通道，对脱模工艺进行了描述。模具上的压力逐渐从两侧朝模具中心转变成真空，以连续剥离脱模。

US8550801公开了一种在大基板上重复进行步进压印的压印器械，包括脱模控制装置。该脱模控制装置配置成基于靠近晶圆边缘的压射区域(shot region)的位置控制脱模速度或模板角度。

US2013/0323347Al示出了一种用于压印装置的脱模装置。该脱模装置使片状模具与模压产品分离。脱模装置放置成远离转移装置，即压印工位。其工艺如下：在转移装置处将图案转移之后，将模压产品粘附至片状模具并移动至分离装置。将模压产品放置在模压产品保持器上，保持器设有通过吸力保持模压产品的多个真空保持槽。为了使模压产品与片状模具分离，分离辊单元从保持器上水平移动通过。

发明内容

本发明旨在改进本领域的压印机和工艺。该目的一个方面是提供一种耗时少的脱模解决方案，以提高产量并降低生产成本。该目的的另一方面是提供确保对压印表面进行适当处理并确保压印表面的重复性的解决方案。

本发明涉及一种用于压印机的脱模装置，在该压印机中，箔间歇性地在进给方向上通过按压区域，印模在按压区域被抵靠箔按压以将图案压印到箔表面上，该脱模装置包括：载体和安装在载体内的压辊，其中载体配置成与进给方向相反地滑动通过按压区域，同时使箔在压辊下方以及脱模辊上方滚动，以在压印图案之后使箔与配合表面分离。

在一个实施方案中，脱模辊具有轴向外部部分，轴向外部部分具有第一直径，配置成与箔接合；和中央槽，中央槽具有第二直径，第二直径小于第一直径以避免槽面与箔上的压印图案接触。

在一个实施方案中，所述槽的轴向宽度构造成超过压印图案的宽度。

在一个实施方案中，所述载体配置成在进给方向上向前滑动通过按压区域，以在按压区域处将箔施加于配合表面上方。

在一个实施方案中，载体包括滑动连接至两个平行拖架的配件，拖架沿进给方向在按压区域的相对侧延伸。

在一个实施方案中，脱模装置包括马达，马达配置成沿拖架驱动载体。

在一个实施方案中，脱模装置包括接触辊，接触辊悬置于载体内位于脱模辊上方，其中箔在接触辊与脱模辊之间行进。

在一个实施方案中，所述接触辊配置成抵靠脱模辊的轴向外部部分夹持箔。

在一个实施方案中，载体可在位于按压区域前面的第一张力压机与位于按压区域后面的第二张力压机之间滑动，所述第一张力压机和所述第二张力压机配置成在使载体滑动的同时使聚合物箔上的预定张力保持恒定。

在一个实施方案中，箔在第一张力压机内的第一张力辊与第一张力块之间通过，并在第二张力压机内的第二张力辊与第二张力块之间通过。

在一个实施方案中，所述压辊和所述接触辊涂覆橡胶。

在一个实施方案中，所述脱模辊具有金属表面。

在一个实施方案中，利用相当于0.2-4.0kg的力向下偏压压辊。

在一个实施方案中，利用相当于0-2.0kg的力朝压辊偏压脱模辊。

在一个实施方案中，利用相当于0.2-2.0kg的力朝脱模辊偏压接触辊。

在一个实施方案中，所述配合表面为具有被压印到所述箔层表面上的图案的模板表面。

在一个实施方案中，所述箔层表面具有一连串具有图案的印模表面，且所述配合表面为基板，由此所述图案在按压区域被转移至所述基板。

附图说明

根据本发明的以下详细描述，本发明的进一步的目的、特征和优点将显现，以下将参考附图更详细地描述本发明的实施方案，在附图中：

图1示出了连接至压印机的脱模装置的示意图。

图2示意性地示出了与脱模装置间隔的多个辊。

图3图示了聚合物箔如何通过脱模装置的辊。

图4从另一个角度示出了图3中的元件，且还包括用于向辊轴上施加压力的构件。

图5示意性地图示了放置在压印机的安装位置处的脱模装置的侧视图。

图6示意性地示出了压印聚合物箔。

具体实施方式

以下将参考附图更详细地描述本发明的实施方案。然而，本发明可以许多不同形式体现，而不应理解为局限于本文阐述的实施方案。更确切地说，提供这些实施方案是为了使本公开全面且完整，并且向本领域的技术人员充分传达本发明的范围。除非另外指出，否则本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)的意义与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意义相同。将进一步理解的是，本文使用的术语应解释为其意义与其在本说明书和相关领域的上下文中的意义相一致，并且除非文中明确定义，否则不应作理想化或过度形式化的意义来理解。本文使用的术语仅用于描述特定实施方案，而非意在限制本发明。除非上下文另有明确说明，否则文中使用的单数形式“一”、“一个”和“该”还意在包括复数形式。将进一步理解的是，本文使用的术语“包括”和/或“包含”(“comprises”,“comprising”,“includes”and/or“including”)是说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其构成的组。

将微米和纳米级图案从印模转移至基板是一项众所周知且成熟的技术。纳米压印光刻(NIL)是这些技术之一，其在行业中的应用广泛。在卷对卷微米和纳米压印光刻工艺中，图案转移分两个压印步骤利用中间聚合物印模(IPS)在两个压印工位进行，在第一步压印步骤中中间聚合物印模由聚合物箔形成。卷对卷压印工艺中的问题之一是在两个压印工位内将聚合物箔施加于印模和基板上并将聚合物箔从印模和基板脱模。本发明公开了一种以非常简单容易的方式解决该问题的方案，稍后将对此进行详细描述。

图案转移过程中的重要特征是消除空气混入、图案变形并使压印到目标上的图案保持清洁。这在两步压印工艺中特别重要，在该工艺中，聚合物箔通过第一步压印步骤将图案从模板转移至聚合物箔，以形成中间聚合物印模(IPS)，其中在随后使压印箔滚动通过第二转移工位之后，直接或稍后通过压印且有可能借助紫外线和/或加热进行固化而将其图案转移到最终基板上。因此，在两步工艺中防止IPS的图案受污染或变形特别重要，除非包含单独的清洗步骤(但这会增加时间和成本)。本领域已充分描述了在固化聚合物箔中压印以及注射模制压印，因此本文不再详细描述。此外，例如申请人的在先申请EP1795497Al中描述了通过形成并使用IPS进行的两步压印。

以下将通过对脱模装置及其作用进行详细描述来描述本发明，脱模装置的作用是在将聚合物箔脱模的同时满足上述特征，聚合物箔脱模是在第一压印工位对图案进行第一步压印之后、但在第二压印工位使用之前通过防止聚合物箔的图案面在该过程期间与任何表面或辊接触来进行。此外，将概述与作为第二压印步骤(其中压印聚合物箔用作中间聚合物印模)的脱模有关的实施方案。

图1示出了本发明的实施方案的示意图。金属底座平台1设有开口7，其构成按压区域7操作时，聚合物箔(未示出)从附图的右下方通过按压区域朝右上方移动。间歇地，停止供给箔，并在按压区域7进行压印步骤。在该工艺中，通过按压区域7上的开口向上按压具有图案化表面的主印模使之与聚合物箔的底面接触，同时从上方朝箔的顶面提供反压力。为了简单起见，印模和用于提供压力的构件未示出，这是因为其特定性质和功能并非本发明的一部分。底座平台1可形成压印机的一部分，或作为脱模装置的一部分安装至压印机。按压区域7的相对侧设有两个拖架2，例如附接至底座平台1并在箔进给方向上延伸。脱模模块3包括载体12，载体可通过连接至平行拖架2的配件相对于底座平台1滑动地附接。在所示的实施方案中，两个配件示为与最左边的拖架2接合，而相应的配件优选地布置成与最右边的拖架2接合。脱模模块可从底座平台1上拆卸下来。图1还示出了带槽脱模辊8，按压涂覆橡胶辊9和接触涂覆橡胶辊10。另外两个辊5和13为张力辊。载体12由马达4驱动，马达4可以是例如电动、气动或液压。马达4可安装在位于底座平台1一侧的拖架2的一侧。

图2示出了脱模装置的脱模模块的辊设置。脱模模块3包括安装在滑动载体12上的一组辊，该一组辊包括压辊9、脱模辊8和接触辊10。在优选实施方案中，脱模辊8具有槽18。更具体地，如从图2中的实施方案最佳可见，脱模辊具有轴向外部部分28和中央槽18，轴向外部部分28具有第一直径，中央槽18具有第二直径，第二直径小于第一直径。在本实施方案中，脱模辊8配置成与处于外部部分28而非带槽内部部分18的箔接合。如此，避免了槽18的面与箔上的压印图案接触。因此，槽18构造成其轴向宽度超过压印图案的宽度，压印图案的宽度取决于压印机中使用的模板。

图3示意性地图示了聚合物箔31如何穿过脱模模块3的辊。更具体地，聚合物箔从压辊9下方以及脱模辊8上方通过，且其进给方向在脱模模块3的前面和后面基本相同。接触辊10在脱模辊13的轴向外部部分处朝脱模辊8夹持聚合物箔31，但脱模辊8与槽18处的聚合物箔之间无接触。

通过马达4的作用，脱模模块配置成向前滑动，即在聚合物箔31的进给方向上滑动，以放置聚合物箔31进行压印以便将模板图案转移到聚合物箔31上。此时，脱模模块放置在按压区域7的“下游”，如图1所示，由此聚合物箔借助压辊9被引导至非常靠近底座平台1或与之接触。聚合物箔31的待压印部分定位在按压区域7的开口处，然而因此不与底座平台1接触。在压印之后，脱模模块3向后滑动通过并超过按压区域7，由此通过使脱模辊8滚动向上提升现已压印的聚合物箔31。然后，将脱模模块定位在按压区域7的“上游”。现在，可向前进给聚合物箔31，以将聚合物箔31的新部分放置在按压区域7之上。之后，可使脱模模块3再次通过按压区域7到达图1中的位置。一旦脱模模块3返回图1所示的位置，便可重复概述的过程步骤以为聚合物箔31提供一排压印图案，每一个压印图案均可用作IPS。

在一个实施方案中，聚合物箔31受驱动通过放置在按压区域前面的第一张力压机和放置在按压区域7后面的第二张力压机。在第一张力压机中，箔在第一张力辊5与第一张力块6之间受引导。箔继续前进至覆盖底座平台上的按压区域7的压印开口，然后前进至压辊9下方，该压辊优选涂覆橡胶，并从脱模辊8上方通过。在图示的实施方案中，脱模辊8悬置在压辊9前面，即二者的轴在载体的滑动方向上移位。在替代实施方案中，脱模辊8可放置在压辊9上方，甚至放置在压辊9后面。脱模辊8优选带槽，如上所述，以便其借助其轴向外部部分在聚合物箔31的边缘处朝接触辊10夹持聚合物箔31。这使得压印图案面面对带槽脱模辊8上的槽18。此外，接触辊10优选涂覆橡胶。随后，箔通过第二张力压机的第二张力辊13及辊13的张力块11。两个张力辊5和13及其各自的张力块6和11将确保聚合物箔上的图案在其行程期间，或当张力压机配置成夹持并使聚合物箔31保持受张力时载体12在张力压机之间滑动期间，不会与辊或任何其它表面接触。随后，图案化箔可继续行进至第二压印工位。

在一个实施方案中，脱模装置可结合第一步压印步骤如下工作。在第一压印工位的按压区域7进行压印之后，安装在载体12上的脱模模块3向后滑动，而第一张力压机和第二张力压机的至少其中之一使聚合物箔的张力保持恒定，以使聚合物箔从模板上脱模。可利用聚合物箔与印模之间的预定角度启动脱模，以实现剥离效果，预定角度将由脱模期间模板在按压区域7的升高以及压辊9的升高位置限定。进行脱模时不与聚合物箔的图案面接触。张力压机释放聚合物箔使其移动至能够应用的下一个压印工位，并在按压区域7放置新的箔部分。将脱模模块3向前驱动至其初始位置。通过根据需要多次重复相同步骤来继续该工艺。

因此当箔离开脱模模块3时，形成了具有一连串具有图案的中间印模表面的聚合物箔33，为简化起见，如图3所指示。然而，技术人员将理解，压印并非在脱模模块3中进行，而是由压印机在按压区域7进行。在一个实施方案中，聚合物箔33继续行进至第二压印步骤，其中聚合物箔表面上的压印图案用作辅助印模，也称作IPS，如上文已描述。在该第二压印步骤中，可使用与用于第一步压印步骤相同类型的脱模装置，且因此本实施方案将使用相同附图标记，所述脱模装置可工作如下：

间歇性地将其面向下的表面上具有一连串中间聚合物印模的压印聚合物箔33供给通过压印机的第二按压区域7。第二按压区域7可构成第一压印步骤中的同一压印机的第二压印工位，或构成例如与第一压印机串联连接的第二压印机的按压区域7。聚合物箔33间歇性地在进给方向上通过第二按压区域7，在此处聚合物箔33的压印表面被按压抵靠基板的待压印配合表面。基板可通过压印装置中的任何已知构件悬置，例如通过真空吸引器。在第二按压区域7，朝涂覆有可变形材料的基板表面按压聚合物箔33的中间聚合物印模，以将中间聚合物印模的图案压印到箔的基板表面上。脱模装置可另外包括相应的特征件，即载体12、安装在载体内的压辊9，和安装成与载体内的压辊平行的脱模辊8。脱模装置可进一步配置成以针对第一步压印步骤描述的相应方式操作。如此，载体优选配置成与压印聚合物箔33的进给方向相反地滑动通过按压区域，同时使箔在压辊下方以及脱模辊上方滚动以在将图案从中间印模压印到基板上之后使箔与基板分离。

在优选实施方案中，在第二按压区域7进行压印之后，安装在载体12上的脱模模块3向后滑动，而第一张力压机和第二张力压机的至少其中之一使聚合物箔的张力保持恒定，以使聚合物箔从模板上脱模。可利用聚合物箔与基板之间的预定角度启动脱模，以提供剥离效果，该预定角度将由脱模期间基板在按压区域7的升高以及压辊9的升高位置限定。进行脱模时优选不与聚合物箔的图案面接触。张力压机释放聚合物箔使其移动远离第二压印工位，且在第二按压区域7处放置具有另一中间聚合物印模的新的箔部分。将脱模模块3向前驱动至其初始位置。通过根据需要多次重复相同步骤来继续该工艺。基板优选要经过后处理，包括UV辐射、加热或辐射和加热，还有可能经过金属化等。然而，对基板进行处理并非本发明的一部分。

在一个实施方案中，可对接触辊10涂覆橡胶，并将其配置成以相当于0.2-2.0kg的力向下按压。压辊9也可涂覆橡胶，配置成以相当于0.2-4.0kg的力向下按压。脱模辊8优选为具有槽18的金属辊，并配置成以相当于0-2.0kg的力朝压辊9按压。

从图3可理解，聚合物箔31通过脱模模块3的辊8、9、10，使得图案化表面向下，面向脱模辊8上的槽18。聚合物箔31上的图案表面仅在箔的外边缘32处与脱模辊8接触，从而在每一侧的例如2-100mm处与脱模辊8的轴向外部部分28接触。优选地，聚合物箔31被接触辊35夹持至外部部分28以帮助保持聚合物箔的张力恒定。槽18的大小取决于图案大小，且辊的长度取决于聚合物箔的宽度。优选地，可使用不同辊组，可基于压印情况切换辊。使聚合物箔31的张力保持恒定有助于防止聚合物箔31与例如底座平台1接触。这借助脱模模块3的三个辊8、9和10，结合辊5、13和相应的张力块6、11实现。

图4示出了脱模模块3的一部分(确切地说是辊8、9、10)的另一视图。在优选实施方案中，压辊9和接触辊10均为涂覆橡胶辊。二者优选还可拆卸。在优选实施方案中，脱模辊8具有金属表面，金属表面的益处是更稳定，从而朝向箔31的图案化下表面提供更好的接合面。脱模辊8优选可旋转地固定至载体3。所有三个辊8、9、10的轴向两端均优选装配在弹簧41上，以便能够调节压力使聚合物箔31的张力保持恒定，并调节应用和脱模工艺中的压力。

图5示意性地图示了在压印机处的脱模装置的侧视图。在该图中，脱模模块3及其辊8、9、10放置在按压区域7的输出侧，聚合物箔31从右侧进给。当如图中所示那样放置脱模模块时，聚合物箔31在按压区域7保持接近下部配合表面51。在第一压印步骤的实施方案中，配合表面51通常是悬置在保持器52内的模板的结构化表面。保持器52与反作用件53结合使用以将聚合物箔31压靠在配合表面51上，以便将模板的图案压印到聚合物薄膜31的下表面上。

在另一个实施方案中，图5可表示第二压印工位的按压区域7。在这种实施方案中，从右侧进给的聚合物箔33已进行了压印，以便在其上形成一连串中间聚合物印模(参见图3中的聚合物箔33)。配合表面51可以是悬置在保持器52内的基板的涂覆表面。在本实施方案中，在按压区域7进行的压印步骤用于将聚合物箔33上的中间印模的图案压印在基板的涂覆表面上。

图6通过实例图示了在其内部部分的一个表面上具有压印部分61的聚合物箔33，然而聚合物箔33的外部部分32存在用于在辊8与10之间夹持的空间，如图3所示。本领域的技术人员将理解，这种聚合物箔33可能是如上所述的第一步压印步骤的结果，且还用作如所描述的第二压印步骤中的中间聚合物印模61。

本文提出的解决方案提供的优点是脱模工艺高效，其可直接用于压印位置，而不必在不同地方进行这些步骤。在优选实施方案中，提出的脱模装置进一步提供了用于在脱模和运输时保持压印图案的完整性以便进一步处理(例如第二压印步骤)的解决方案。如此，根据本发明优选实施方案的脱模装置保证了聚合物箔上的图案化表面从第一压印工位至工艺结束始终保持清洁和完好无损。

以上描述了本发明的原理、优选实施方案和操作模式。然而本发明应视为说明性而非限制性的，且并不局限于以上讨论的特定实施方案。本发明的各种实施方案的不同特征可以以不同于明确描述的组合方式的其他组合方式组合。因此应理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，本领域的技术人员可对这些实施方案进行变型。

Claims (14)

1.一种用在压印机中的脱模装置，在所述压印机中，箔(31)间歇性地在进给方向上通过按压区域(7)，所述箔的表面在所述按压区域(7)被按压抵靠配合表面以压印图案，所述脱模装置包括：

载体(12)，

安装在所述载体内的压辊(9)，以及

脱模辊(8)，安装成与所述载体内的所述压辊平行，

其中，所述载体配置成与所述进给方向相反地在所述按压区域上方滑动，同时使所述箔在所述压辊下方且在所述脱模辊上方滚动，以在压印图案之后使所述箔与所述配合表面分离，

其中，所述脱模辊具有：轴向外部部分(28)，所述轴向外部部分具有第一直径且配置成与所述箔接合；以及中央的槽(18)，所述槽具有第二直径，所述第二直径小于所述第一直径，以避免所述槽的面与所述箔上的压印图案接触。

2.根据权利要求1所述的脱模装置，其中，所述槽的轴向宽度构造成超过所述压印图案的宽度。

3.根据权利要求1或2所述的脱模装置，其中，所述载体配置成在所述进给方向上向前滑动并在所述按压区域上方通过，以在所述按压区域处将所述箔施加于所述配合表面上方。

4.根据权利要求1或2所述的脱模装置，其中，所述载体包括滑动地连接至两个平行拖架(2)的配件，这两个拖架沿所述进给方向在所述按压区域的相对侧延伸。

5.根据权利要求4所述的脱模装置，包括配置成沿所述拖架驱动所述载体的马达。

6.根据权利要求1或2所述的脱模装置，包括悬置于所述载体内位于所述脱模辊上方的接触辊(10)，其中，所述箔在所述接触辊与所述脱模辊之间行进。

7.根据权利要求6所述的脱模装置，其中，所述接触辊(10)配置成抵靠所述脱模辊的所述轴向外部部分(28)夹持所述箔。

8.根据权利要求1或2所述的脱模装置，其中，所述载体能在位于所述按压区域(7)前面的第一张力压机(5、6)与位于所述按压区域后面的第二张力压机(13、11)之间滑动，所述第一张力压机和所述第二张力压机配置成在使所述载体滑动的同时使在聚合物的所述箔中的预定张力保持恒定。

9.根据权利要求8所述的脱模装置，其中，所述箔(31)在所述第一张力压机内的第一张力辊(5)与第一张力块(6)之间通过，并在所述第二张力压机内的第二张力辊(13)与第二张力块(11)之间通过。

10.根据权利要求1或2所述的脱模装置，其中，用对应于0.2-4.0kg的力向下偏压所述压辊(9)。

11.根据权利要求1或2所述的脱模装置，其中，用对应于0-2.0kg的力朝所述压辊(9)偏压所述脱模辊(8)。

12.根据权利要求6所述的脱模装置，其中，用对应于0.2-2.0kg的力朝所述脱模辊(8)偏压所述接触辊(10)。

13.根据权利要求1或2所述的脱模装置，其中，所述配合表面为模板表面，该模板表面具有被压印到所述箔的表面上的图案。

14.根据权利要求1或2所述的脱模装置，其中，所述箔的表面具有一连串具有图案的印模表面，且所述配合表面为基板，由此所述图案在所述按压区域被转移至所述基板。