CN107367901B - 一种基于可升降平台的辊对平面紫外纳米压印装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于可升降平台的辊对平面紫外纳米压印装置及方法，属于紫外纳米压印光刻领域。调节装置通过螺钉固定在主机架上部的滑块三和滑块四上，可升降平台的步进电机一固定于机架内部，并通过与支撑杆轴承配合固定于机架上，工作平台的Y轴工作平台方向指向可升降平台，工作平台通过螺钉固定于机架中央的底板上，运输装置一和运输装置二通过螺栓分别固定于机架的两侧，紫外灯固定于机架的支撑梁上，干蚀刻装置与机架由螺钉连接，固定于机架右侧的通道中。优点是结构新颖，压印装置相较于以往的滚对平面压印装置有更高的生产效率；使得模板与衬底更好的共形接触；减少了紫外曝光过程中热应力较大对模板和衬底的损伤。

Description

一种基于可升降平台的辊对平面紫外纳米压印装置及方法

技术领域

本发明涉及紫外纳米压印光刻领域，尤指一种基于可升降平台的辊对平面紫外纳米压印装置及方法。

背景技术

纳米压印光刻技术是由周郁教授于1995年提出的，因其具有低成本、高效率的特点，在制作大面积微纳结构等方面具有突出的优势，有很大的市场前景。

辊对平面纳米压印是一种采用滚轮型的模具进行压印，以此来实现纳米压印的连续图案化。因其模版与衬底之间的接触为线接触，具有能够实现大面积硬衬底压印和脱模容易的优点。辊对平面纳米压印虽能完成辊对辊纳米压印无法完成压印硬衬底的能力，但其连续性和生产效率却远不如辊对辊纳米压印技术，加工效率低。

纳米压印技术作为接触式复形工艺，模板与衬底之间的共形接触在整个流程中有着举足轻重的作用。若模板与衬底间不能实现良好的共形接触，将会造成图案的转印失败，甚至对模板造成破坏。针对此问题，公告号为CN 103246161 B的专利提出了一种用于大面积纳米压印的自适应压印头，以解决辊对平面压印过程中的共形接触问题。但其仅仅是解决了辊与平面之间的共形接触问题，却未能提高辊对平面纳米压印的加工效率与连续性。

紫外压印相较于热压印，所需的环境相对而言并没有热压印苛刻，成为现在较为主流的压印方式。但是，在紫外曝光过程中，光刻胶会吸收紫外光的能量而固化。在固化的过程中，光刻胶因吸收能量而升温，且通过热传递传递给衬底及模板，胶层、模板及衬底的中心部位由于不能及时散热，热量堆积，将会产生较大的热应力，从而破坏压印图案，甚至对模板及衬底造成破坏。若不加入相应的冷却装置，将会需要以牺牲加工效率为代价来换取压印图案的精度和模板的寿命。且光刻胶在温度升高的情况下，将会产生一定程度的收缩，从而影响压印精度。

综上所述，目前辊对平面紫外纳米压印需要解决以下问题：

1、需要辊对平面紫外纳米压印的连续性与加工效率；

2、需要解决压印辊与衬底之间的共形接触问题；

3、降低紫外固化过程中热应力对压印图案、衬底及模板的损伤。

发明内容

本发明提供一种基于可升降平台的辊对平面紫外纳米压印装置及方法，以解决目前辊对平面紫外纳米压印连续性与加工效率低，压印辊与衬底之间的难以良好的共形接触，紫外固化过程中热应力易对压印图案、衬底及模板的损伤的问题。

本发明采取的技术方案是：包括调节装置，滚筒装置，可升降平台,运输装置一，工作平台，紫外灯，干刻蚀装置，运输装置二，机架，其中，调节装置通过螺钉固定在主机架上部的滑块三和滑块四上，可升降平台的步进电机一固定于机架内部，并通过与支撑杆轴承配合固定于机架上，工作平台的Y轴工作平台方向指向可升降平台，工作平台通过螺钉固定于机架中央的底板上，运输装置一和运输装置二通过螺栓分别固定于机架的两侧，紫外灯固定于机架的支撑梁上，干蚀刻装置与机架由螺钉连接，固定于机架右侧的通道中。

本发明所述的调节装置包括伺服电机一、减速器一、滚珠丝杠一、滑板、导轨一和承重板,其中，伺服电机一与减速器相连，滚珠丝杠与减速器和承重板相连，滑板与滚珠丝杠螺纹连接、并和导轨一滑动连接。

本发明所述的滚筒装置包括光辊、集热片、帕尔帖制冷片和芯辊，其中，芯辊和光辊内夹有集热片和帕尔帖制冷片，光辊外包有PMMA软模板。

本发明所述的可升降平台，包括支撑板、上底板、步进电机一、支撑杆、下底板、上底板滑动轮和下底板滑动轮，其中，上底板滑动轮通过螺钉固定于上底板下方，下底板滑动轮通过螺钉固定于下底板下方，上底板放置于支撑板上部的通孔中，下底板放置于支撑板下部的通孔中，步进电机一输出轴与支撑杆固定连接，支撑杆与支撑板固定连接。

本发明所述的运输装置一，包括传送带、运输装置外壳和步进电机二，步进电机二通过螺钉固定于运输装置外壳，运输装置外壳内有传输辊，传送带覆于传输辊上。

本发明所述的工作平台包括取放装置、Y轴工作平台和X轴工作平台，其中，所述的取放装置包括液压杆、真空吸盘、齿轮一、齿轮二、步进电机三,真空吸盘包括进气孔、出气孔，真空吸盘与液压杆相连，步进电机三与齿轮一连接，齿轮一与齿轮二啮合，Y轴工作平台包括滑块一、伺服电机二、联轴器一、滚珠丝杠二、丝杠支撑座一和导轨二，伺服电机二与联轴器一相连，滚珠丝杠二与联轴器一相连，滑块一与滚珠丝杠二螺纹连接并和导轨二滑动连接，X轴工作平台包括滑块二、滚珠丝杠三、导轨三、丝杠支撑座、联轴器二和伺服电机三，伺服电机三与联轴器二相连，滚珠丝杠三与联轴器二相连，滑块二与滚珠丝杠三螺纹连接并和导轨三滑动连接。

本发明所述的干刻蚀装置包括干刻蚀装置进气孔和干刻蚀装置出气孔。

本发明所述的机架包括支撑梁、滑块三、导轨四、滚珠丝杠四、丝杠支撑座三、联轴器三、伺服电机四、滑块四、导轨五、滚珠丝杠五、丝杠支撑座四、联轴器四和伺服电机五，其中，伺服电机四与联轴器三相连，滚珠丝杠四与联轴器三相连，滑块三与滚珠丝杠四螺纹连接并和导轨四滑动连接，滚珠丝杠四与丝杠支撑座三转动连接，伺服电机五与联轴器四相连，滚珠丝杠五与联轴器四相连，滑块四与滚珠丝杠五螺纹连接并和导轨五滑动连接，珠丝杠五与丝杠支撑座四转动连接。

一种基于可升降平台的辊对平面紫外纳米压印装置的压印方法，其特征在于，包括下列步骤：

(一)、将在外部涂胶处理后的衬底，放置于运输装置一上，经由运输装置一传输，工作平台将取放装置移动至传输装置一处，真空吸盘吸取衬底，经由工作平台传输至可升降平台处，通过步进电机三和液压杆的配合运作，将衬底安放至可升降平台下底板的卡槽中，步进电机一控制可升降平台旋转，使得上下底板进行翻转，工作平台再次返回传输装置一处吸取衬底；

(二)、调节装置控制滚筒装置下压，在机架伺服电机四和伺服电机五的控制下，沿X轴进行位移，对衬底进行压印，衬底上被压印完毕的图案在紫外灯的曝光下固化，滚筒装置内的集热片吸收衬底上受紫外灯曝光而产生的热量，经由帕尔帖制冷片进行冷却，在此期间，工作平台将从传输装置一处将衬底取出，插入可升降平台的下底板的卡槽中；

(三)、在压印完毕后，可升降平台进行旋转，将未压印的衬底旋转至滚筒装置下进行压印，工作平台将压印完毕的衬底取出，放置于运输装置二上，经由运输装置二的传输，运送至干刻蚀装置处进行刻蚀，工作平台再次返回运输装置一处，将衬底取出，安放至可升降平台的下底板的凹槽处；

四、反复执行以上操作。

本发明的优点是结构新颖，压印装置相较于以往的滚对平面压印装置有更高的生产效率；使得模板与衬底更好的共形接触；减少了紫外曝光过程中热应力较大对模板和衬底的损伤。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的后视图；

图3是本发明调节装置的结构示意图；

图4是本发明滚筒装置的结构示意图；

图5是本发明可升降平台的结构示意图；

图6是本发明可升降平台的左视图；

图7是本发明运输装置一的结构示意图；

图8是本发明工作平台的结构示意图；

图9是本发明取放装置的结构示意图；

图10是本发明真空吸盘的结构示意图；

图11是本发明干刻蚀装置的结构示意图；

图12是本发明机架的俯视图；

其中：调节装置‐1，滚筒装置‐2，可升降平台‐3,运输装置一‐4，工作平台‐5，紫外灯‐6，干刻蚀装置‐7，运输装置二‐8，机架‐9，伺服电机一‐101，减速器‐102，滚珠丝杠一‐103，滑板‐104，导轨一‐105，承重板‐106，光辊‐201，集热片‐202，帕尔帖制冷片‐203，芯辊‐204，支撑板‐301，上底板‐302，步进电机一‐303，支撑杆‐304，下底板‐305，上底板滑动轮‐306，下底板滑动轮‐307，传送带‐401，运输装置外壳‐402，步进电机二‐403，取放装置‐501，Y轴工作平台‐502，X轴工作平台‐503，液压杆‐50101，真空吸盘‐50102，齿轮一‐50103，齿轮二‐50104，步进电机三‐50105，滑块一‐50201，伺服电机二‐50202，联轴器一‐50203，丝杠支撑座一‐50204，滚珠丝杠二‐50205，导轨二‐50206，滑块二‐50301，滚珠丝杠三‐50302，导轨三‐50303，丝杠支撑座二‐50304，联轴器二‐50305，伺服电机三‐50306，真空吸盘进气孔‐5010201，真空吸盘出气孔‐5010202，干刻蚀装置进气孔‐701，干刻蚀装置出气孔‐702，支撑梁‐901，滑块三‐902，导轨四‐903，滚珠丝杠四‐904，丝杠支撑座三‐905，联轴器三‐906，伺服电机四‐907，滑块四‐908，导轨五‐909，滚珠丝杠五‐910，丝杠支撑座四‐911，联轴器四‐912，伺服电机五‐913。

具体实施方式

包括调节装置1，滚筒装置2，可升降平台3,运输装置一4，工作平台5，紫外灯6，干刻蚀装置7，运输装置二8，机架9，其中，调节装置1通过螺钉固定在主机架9上部的滑块三902和滑块四908上，可升降平台3的步进电机一303固定于机架9内部，并通过与支撑杆304轴承配合固定于机架9上，工作平台5的Y轴工作平台502方向指向可升降平台3，工作平台5通过螺钉固定于机架9中央的底板上，运输装置一4和运输装置二8通过螺栓分别固定于机架9的两侧，紫外灯6固定于机架9的支撑梁901上，干蚀刻装置7与机架9由螺钉连接，固定于机架9右侧的通道中；

所述的调节装置包括伺服电机一101、减速器一102、滚珠丝杠一103、滑板104、导轨一105和承重板106,其中，伺服电机一101与减速器102相连，滚珠丝杠与减速器102和承重板106相连，滑板104与滚珠丝杠103螺纹连接、并和导轨一105滑动连接。

所述的滚筒装置2包括光辊201，集热片202，帕尔帖制冷片203和芯辊204，其中，芯辊204和光辊201内夹有集热片202和帕尔帖制冷片203，光辊201外包有PMMA软模板，所述滚筒装置2配合调节装置1和可升降平台3将纳米结构的图案压印到紫外光刻胶上；

本发明所述的可升降平台3包括支撑板301、上底板302、步进电机一303、支撑杆304、下底板305、上底板滑动轮306和下底板滑动轮307，其中，上底板滑动轮306通过螺钉固定于上底板302下方，下底板滑动轮307通过螺钉固定于下底板305下方，上底板302放置于支撑板301上部的通孔中，下底板305放置于支撑板301下部的通孔中，步进电机一303输出轴与支撑杆304固定连接，支撑杆304与支撑板301固定连接，可升降平台3可基于衬底的自重保持相对的水平，实现衬底平行度的调节，使得模板与衬底更好的共形接触，并通过上下底板的转换，提高辊对平面紫外纳米压印装置生产连贯性和生产效率；

所述的运输装置一4，包括传送带401、运输装置外壳402和步进电机二403，步进电机二403通过螺钉固定于运输装置外壳402，运输装置外壳402内有传输辊，传送带401覆于传输辊上，用于对衬底进行运输；

所述的工作平台5，包括取放装置501、Y轴工作平台502和X轴工作平台503，其中，所述的取放装置包括液压杆50101、真空吸盘50102、齿轮一50103、齿轮二50104、步进电机三50105,真空吸盘50102包括进气孔5010201、出气孔5010202，真空吸盘50102与液压杆50101相连，步进电机三50105与齿轮一50103连接，齿轮一50103与齿轮二50104啮合，Y轴工作平台502包括滑块一50201、伺服电机二50202、联轴器一50203、滚珠丝杠二50205、丝杠支撑座一50204和导轨二50206，伺服电机二50202与联轴器一50203相连，滚珠丝杠二50205与联轴器一50203相连，滑块一50201与滚珠丝杠二50205螺纹连接并和导轨二50206滑动连接，X轴工作平台包括滑块二50301、滚珠丝杠三50302、导轨三50303、丝杠支撑座50304、联轴器二50305和伺服电机三50306，伺服电机三50306与联轴器二50305相连，滚珠丝杠三50302与联轴器二50305相连，滑块二50301与滚珠丝杠三50302螺纹连接并和导轨三50303滑动连接，用于将衬底未压印的衬底从运输装置4取出，放置于可升降平台3的下底板305上，将压印完毕的衬底从可升降平台3的下底板305取出，运输至运输装置二8；

所述的干刻蚀装置7包括干刻蚀装置进气孔701和干刻蚀装置出气孔702，用于对运输装置二(8)上的衬底进行刻蚀；

所述的机架9包括支撑梁901、滑块三902、导轨四903、滚珠丝杠四904、丝杠支撑座三905、联轴器三906、伺服电机四907、滑块四908、导轨五909、滚珠丝杠五910、丝杠支撑座四911、联轴器四912和伺服电机五913，其中，伺服电机四907与联轴器三906相连，滚珠丝杠四904与联轴器三906相连，滑块三902与滚珠丝杠四904螺纹连接并和导轨四903滑动连接，滚珠丝杠四904与丝杠支撑座三905转动连接，伺服电机五913与联轴器四912相连，滚珠丝杠五913与联轴器四912相连，滑块四908与滚珠丝杠五913螺纹连接并和导轨五909滑动连接，珠丝杠五910与丝杠支撑座四911转动连接，用于实现调节装置X轴向的位移，在机架9后侧有传输通道，用于将处理过的衬底送至运输装置一4，通过运输装置二8将刻蚀完毕的衬底送出；

一种基于可升降平台的辊对平面紫外纳米压印装置的压印方法，包括下列步骤：

(一)、将在外部涂胶处理后的衬底，放置于运输装置一4上，经由运输装置一4传输，工作平台5将取放装置501移动至传输装置一4处，真空吸盘50102吸取衬底，经由工作平台5传输至可升降平台3处，通过步进电机三50105和液压杆50101的配合运作，将衬底安放至可升降平台3下底板305的卡槽中，步进电机一303控制可升降平台3旋转，使得上下底板进行翻转，工作平台5再次返回传输装置一4处吸取衬底；

(二)、调节装置1控制滚筒装置2下压，在机架9伺服电机四907和伺服电机五913的控制下，沿X轴进行位移，对衬底进行压印，衬底上被压印完毕的图案在紫外灯6的曝光下固化，滚筒装置2内的集热片202吸收衬底上受紫外灯6曝光而产生的热量，经由帕尔帖制冷片203进行冷却，在此期间，工作平台5将从传输装置一4处将衬底取出，插入可升降平台3的下底板305的卡槽中；

(三)、在压印完毕后，可升降平台3进行旋转，将未压印的衬底旋转至滚筒装置2下进行压印，工作平台5将压印完毕的衬底取出，放置于运输装置二8上，经由运输装置二8的传输，运送至干刻蚀装置7处进行刻蚀，工作平台再次返回运输装置一4处，将衬底取出，安放至可升降平台3的下底板305的凹槽处；

(四)、反复执行以上操作，直至将未压印的衬底压印完毕。

Claims (8)

1.一种基于可升降平台的辊对平面紫外纳米压印装置，其特征在于: 包括调节装置，滚筒装置，可升降平台,运输装置一，工作平台，紫外灯，干刻蚀装置，运输装置二，机架，其中，调节装置通过螺钉固定在机架上部的滑块三和滑块四上，滚筒装置通过芯辊的两端与调节装置的滑板固定连接，升降平台的步进电机一固定于机架内部，并通过与支撑杆轴承配合固定于机架上，工作平台的Y轴方向指向可升降平台，工作平台通过螺钉固定于机架中央的底板上，运输装置一和运输装置二通过螺栓分别固定于机架的两侧，紫外灯固定于机架的支撑梁上，干蚀刻装置与机架由螺钉连接，固定于机架右侧的通道中，调节装置位于可升降平台的上方，运输装置一和运输装置二分别位于工作平台的两侧，干刻蚀装置位于和运输装置二的上方；

所述的可升降平台，包括支撑板、上底板、步进电机一、支撑杆、下底板、上底板滑动轮和下底板滑动轮，其中，上底板滑动轮通过螺钉固定于上底板下方，下底板滑动轮通过螺钉固定于下底板下方，上底板放置于支撑板上部的通孔中，下底板放置于支撑板下部的通孔中，步进电机一输出轴与支撑杆固定连接，支撑杆与支撑板固定连接；

衬底放置到可升降平台的下底板的卡槽中，步进电机一控制可升降平台旋转，使得上下底板进行翻转，可升降平台可基于衬底的自重保持相对的水平，实现衬底平行度的调节，使得模板与衬底更好的共形接触，并通过上下底板的转换，提高辊对平面紫外纳米压印装置生产连贯性和生产效率。

2.根据权利要求1所述的一种基于可升降平台的辊对平面紫外纳米压印装置，其特征在于：所述的调节装置包括伺服电机一、减速器一、滚珠丝杠一、滑板、导轨一和承重板,其中，伺服电机一与减速器相连，滚珠丝杠与减速器和承重板相连，滑板与滚珠丝杠螺纹连接、并和导轨一滑动连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于可升降平台的辊对平面紫外纳米压印装置，其特征在于：所述的滚筒装置包括光辊、集热片、帕尔帖制冷片和芯辊，其中，芯辊和光辊内夹有集热片和帕尔帖制冷片，光辊外包有PMMA软模板。

4.根据权利要求1所述的一种基于可升降平台的辊对平面紫外纳米压印装置，其特征在于：所述的运输装置一，包括传送带、运输装置外壳和步进电机二，步进电机二通过螺钉固定于运输装置外壳，运输装置外壳内有传输辊，传送带覆于传输辊上。

5.根据权利要求1所述的一种基于可升降平台的辊对平面紫外纳米压印装置，其特征在于：所述的工作平台包括取放装置、Y轴工作平台和X轴工作平台，其中，所述的取放装置包括液压杆、真空吸盘、齿轮一、齿轮二、步进电机三,真空吸盘包括进气孔、出气孔，真空吸盘与液压杆相连，步进电机三与齿轮一连接，齿轮一与齿轮二啮合，Y轴工作平台包括滑块一、伺服电机二、联轴器一、滚珠丝杠二、丝杠支撑座一和导轨二，伺服电机二与联轴器一相连，滚珠丝杠二与联轴器一相连，滑块一与滚珠丝杠二螺纹连接并和导轨二滑动连接，X轴工作平台包括滑块二、滚珠丝杠三、导轨三、丝杠支撑座、联轴器二和伺服电机三，伺服电机三与联轴器二相连，滚珠丝杠三与联轴器二相连，滑块二与滚珠丝杠三螺纹连接并和导轨三滑动连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于可升降平台的辊对平面紫外纳米压印装置，其特征在于：所述的干刻蚀装置包括干刻蚀装置进气孔和干刻蚀装置出气孔。

7.根据权利要求1所述的一种基于可升降平台的辊对平面紫外纳米压印装置，其特征在于：所述的机架包括支撑梁、滑块三、导轨四、滚珠丝杠四、丝杠支撑座三、联轴器三、伺服电机四、滑块四、导轨五、滚珠丝杠五、丝杠支撑座四、联轴器四和伺服电机五，其中，伺服电机四与联轴器三相连，滚珠丝杠四与联轴器三相连，滑块三与滚珠丝杠四螺纹连接并和导轨四滑动连接，滚珠丝杠四与丝杠支撑座三转动连接，伺服电机五与联轴器四相连，滚珠丝杠五与联轴器四相连，滑块四与滚珠丝杠五螺纹连接并和导轨五滑动连接，珠丝杠五与丝杠支撑座四 转动连接。

8.采用如权利要求1至7所述的一种基于可升降平台的辊对平面紫外纳米压印装置的压印方法，其特征在于，包括下列步骤：

（一）、将在外部涂胶处理后的衬底，放置于运输装置一上，经由运输装置一传输，工作平台将取放装置移动至传输装置一处，真空吸盘吸取衬底，经由工作平台传输至可升降平台处，通过步进电机三和液压杆的配合运作，将衬底安放至可升降平台下底板的卡槽中，步进电机一控制可升降平台旋转，使得上下底板进行翻转，工作平台再次返回传输装置一处吸取衬底；

（二）、调节装置控制滚筒装置下压，在机架伺服电机四和伺服电机五的控制下，沿X轴进行位移，对衬底进行压印，衬底上被压印完毕的图案在紫外灯的曝光下固化，滚筒装置内的集热片吸收衬底上受紫外灯曝光而产生的热量，经由帕尔帖制冷片进行冷却，在此期间，工作平台将从传输装置一处将衬底取出，插入可升降平台的下底板的卡槽中；

（三）、在压印完毕后，可升降平台进行旋转，将未压印的衬底旋转至滚筒装置下进行压印，工作平台将压印完毕的衬底取出，放置于运输装置二上，经由运输装置二的传输，运送至干刻蚀装置处进行刻蚀，工作平台再次返回运输装置一处，将衬底取出，安放至可升降平台的下底板的凹槽处；

 （四）、反复执行以上操作。

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