CN111522197B - 一种紫外纳米压印光刻自动脱模系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种紫外纳米压印光刻自动脱模系统和方法，该系统用于紫外纳米压印光刻中实现样片与掩模的自动脱模。该系统以掩模架和掩模板为水平基准，利用升降驱动机构带动三点弹性支撑机构、承片台、基片上升，基片与基准掩模板接触调平后，气动及控制机构锁紧三点弹性支撑机构，同时升降驱动机构停止上升。然后在基片的下表面通正压，通过“气压压印+紫外固化”的形式进行图像转移，接着通过承片台上的三个升降气缸实现基片与掩模的自动脱模。

Description

一种紫外纳米压印光刻自动脱模系统和方法

技术领域

本发明涉及微电子专用设备技术领域，具体涉及一种紫外纳米压印光刻自动脱模工件台系统和方法，尤其适用于紫外纳米压印光刻机中实现样片与掩模板压印曝光后自动脱模的一种系统和方法。

背景技术

纳米压印技术是由普林斯顿大学的华裔科学家周郁在1996年首先提出的。这是一种不同于传统光学投影光刻的全新图像转移技术，它不通过成像方式实现图形转移，而是利用具有表面浮雕结构的模版通过直接施加作用力将图形转移到相应的基底上，类似我国四大发明之一的“印刷”术。纳米压印技术与传统投影光刻在加工原理上有本质的区别，由于不需要使用技术难度极大的光源和光学成像系统，不受“衍射极限限制”，成本低且使用方便，从根本上开辟了从微米到纳米尺度的结构器件的广阔前景。

经过十几年的发展，根据压印模板和压印胶的不同，纳米压印技术已发展出多种压印形式，包括热压印技术、紫外固化压印技术、软印刷技术等。最早提出的纳米压印方式是热压纳米压印技术，该技术需要在压印过程中施加高温、高压，使充当图形记录介质的聚合物软化，以形成所需图形。高温高压的使用条件，严重限制了其应用范围。在此背景下，1996年飞利浦实验室Haisma提出了紫外压印技术，采用紫外光固化的液体聚合物取代热压材料作为压印胶，同时使用透明的压印模板，透过紫外光作用于压印胶实现固化。

目前的紫外纳米压印技术，受模板材料、尺寸、涂胶面积等的限制，仍存在一些问题需要。如进行紫外纳米压印固化后的脱模问题。目前传统的压印脱模主要为手动揭开式脱模形式，对于操作者而言难以控制好每次脱模的一致性，从而导致模板与胶层分离时容易出现图形缺陷。

发明内容

为了避免紫外纳米压印后进行脱模操作时由于人为因素揭开式脱模的形式导致的图形缺陷，实现掩模板寿命长，图形缺陷少，本发明的目的是提供一套应用于紫外纳米压印光刻样片与掩模自动脱模系统和方法。

本发明采用的技术方案为：一种紫外纳米压印光刻自动脱模系统，包括掩模架、掩模板、承片台、基片、三点弹性支撑机构、锁紧气缸、升降驱动机构、主控制器、控制电路板、正压输入端、负压输入端、电控阀门、限位机构、第一升降气缸、第一密封圈、第一气流通道、第二升降气缸、第二气流通道、第一气嘴、第二气嘴、第三气嘴、第四气嘴、第五气嘴、第六气嘴、真空吸孔、第三升降气缸、第二密封圈、第三密封圈、第三气流通道；

所述掩模板位于掩模架下方并固接；所述掩模架下表面有真空槽，用于吸紧掩模；所述承片台设置有真空槽，用于吸附固定基片，承片台内部嵌有三个升降气缸，第一升降气缸、第二升降气缸、第三升降气缸；所述三点弹性支撑结构与承片台通过柔性铰链连接，用于基片调平；所述气缸包括第一升降气缸、第二升降气缸、第三升降气缸和锁紧气缸，用于基片与掩模的脱模和锁紧三点弹性支撑结构；所述升降驱动机构设置有限位机构，用于停止升降驱动机构运动；所述正压输入端经过电控阀门分别与锁紧气缸和第一升降气缸、第二升降气缸、第三升降气缸、承片台连接；所述负压输入端通过电控阀门分别于掩模架和承片台连接；所述驱动控制板分别与电控阀门和主控制器连接。

其中，所述掩模架为水平基准面，下表面有真空槽，通过负压将掩模板固定于掩模架下方，但不限于以上模板固定机构。

其中，所述承片台内腔中三处升降气缸之间沿径向以120°夹角均匀分布。

其中，所述第一升降气缸、第二升降气缸、第三升降气缸的活塞选用材料铜或者其他耐磨性材料，第一升降气缸、第二升降气缸、第三升降气缸分别与第一气嘴、第二气嘴、第三气嘴连通。

其中，所述承片台上表面从里到外分布着3组气流通道：第三气流通道、第二气流通道、第一气流通道和对应的第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈。密封圈上表面分别高出承片台上表面0.2mm或在密封圈弹性范围内的其他值。第三气流通道、第二气流通道、第一气流通道通过三个真空吸孔分别与第四气嘴、第五气嘴、第六气嘴连通；当第四气嘴、第五气嘴、第六气嘴通过电控阀门与负压输入端连通时，通过负压将基片固定于承片台上方。当第四气嘴、第五气嘴、第六气嘴通过电控阀门与正压输入端连通时，通过正压进行纳米压印。

其中，所述升降驱动机构为用电机、气缸之一驱动；所述电控阀门、锁紧气缸、升降驱动机构的动作都由主控器驱动控制。

其中，所述主控制器可选用微控制器、单片机之一。

根据本发明的另一方面，还提出一种紫外纳米压印光刻自动脱模方法，包括如下步骤：

步骤1、首先将掩模板放在掩模架下方，通过负压将掩模板固定在掩模架的下表面上；

步骤2、放好涂好压印胶的基片后通过负压将基片固定在承片台上，通过控制电路板启动升降驱动机构带动基片上升，通过三点弹性支撑机构使得基片与掩模板接触后调平，升降驱动机构停止运动；

步骤3、接着承片台上的第三气流通道、第二气流通道、第一气流通道在电控阀门的控制下从里到外依次接通设定好的正压气体，进行压印操作，压印完成后在紫外光下进行紫外固化；

步骤4、随后控制阀门将承片台第三气流通道、第二气流通道、第一气流通道的正压气体切换为负压气体，接着承片台上的三个第一升降气缸、第二升降气缸、第三升降气缸通过控制阀门接通设定好的正压气体，活塞向上伸出并且与掩模架的下表面接触，使得承片台和掩模板在第一升降气缸、第二升降气缸、第三升降气缸的作用下进行自动分开和脱模。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明所述紫外纳米压印光刻自动脱模工件台系统工作时，承片台上的经特殊设计的第二气流通道、第二气流通道、第三气流通道，通负压时可以吸住样片，切换为通正压时可以给样片施加一个均匀的压力；

2、本发明所述紫外纳米压印光刻自动脱模工件台系统工作时，承片台上的三组经特殊设计的第一气流通道、第二气流通道、第三气流通道以及三个对应的第三密封圈、第二密封圈、第一密封圈，在压印操作时第三气流通道、第二气流通道、第一气流通道从里到外依次通正压气体，可以实现样片与掩模从中心到四周依次进行压印操作，使得压力均匀一致，且可有效避免样片与掩模板间产生气泡。

3、本发明所述紫外纳米压印光刻自动脱模工件台系统工作时，通过嵌在承片台上的第一升降气缸、第二升降气缸、第三升降气缸三个气缸进行伸缩运动，实现样片和掩模板间的自动脱模，结构紧凑。同时三个升降气缸既可以同时控制运动，也可以进行分别控制运动，形成一定的脱模角度，从而既可以实现样片与模板间的平行式自动脱模，也可以实现样片与模板间的揭开式自动脱模。

附图说明

图1为本发明的结构原理图；

图2为承片台的结构示意图；

图3为升降气缸的结构示意图；

图中，1-掩模架、2-掩模板、3-承片台、4-基片、5-三点弹性支撑机构、6-锁紧气缸、7-升降驱动机构、8-主控制器、9-控制电路板、10-正压输入端、11-负压输入端、12-电控阀门、13-限位机构、16-第一升降气缸、17-第一密封圈、18-第一气流通道、19-第二升降气缸、20-第二气流通道、21-第一气嘴、22-第二气嘴、23-第三气嘴、24-第四气嘴、25-第五气嘴、26-第六气嘴、27-真空吸孔、28-第三升降气缸、29-第二密封圈、30-第三密封圈、31-第三气流通道、32-活塞、33-气缸挡片、34-气缸密封圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1-3所示，本发明提出一种紫外纳米压印光刻自动脱模系统，其为用于紫外纳米压印光刻中实现样片与掩模板自动脱模的一种系统，包括掩模架1、掩模板2、承片台3、基片4、三点弹性支撑机构5、锁紧气缸6、升降驱动机构7、主控制器8、控制电路板9、正压输入端10、负压输入端11、电控阀门12、限位机构13、第一升降气缸16、第一密封圈17、第一气流通道18、第二升降气缸19、第二气流通道20、第一气嘴21、第二气嘴22、第三气嘴23、第四气嘴24、第五气嘴25、第六气嘴26、真空吸孔27、第三升降气缸28、第二密封圈29、第三密封圈30、第三气流通道31、活塞32、气缸挡片33、气缸密封圈34。

所述掩模板2位于掩模架1下方并固接；所述掩模架1下表面有真空槽，用于吸紧掩模2；所述承片台3设置有真空槽，用于吸附固定基片4，承片台3内部嵌有三个第一升降气缸16、第二升降气缸19、第三升降气缸28、第一气嘴21、第二气嘴22、第三气嘴23、第四气嘴24、第五气嘴25、第六气嘴26；所述三点弹性支撑结构5与承片台3通过柔性铰链连接，用于基片4调平；所述气缸包括第一升降气缸16、第二升降气缸19、第三升降气缸28和锁紧气缸6，用于基片4与掩模2的脱模和锁紧三点弹性支撑结构5；所述升降驱动机构7设置有限位机构13，用于停止升降驱动机构7运动；所述正压输入端10经过电控阀门12分别与锁紧气缸6和第一升降气缸16、第二升降气缸19、第三升降气缸28、承片台3连接；所述负压输入端11通过电控阀门12分别与掩模架1和承片台3连接；所述驱动控制板9分别与电控阀门12和主控制器8连接。

所述掩模架1为水平基准面，下表面有真空槽，通过负压将掩模板2固定于掩模架1下方，但不限于以上模板固定机构。所述承片台3内腔中三处升降气缸之间沿径向以120°夹角均匀分布。所述第一升降气缸16、第二升降气缸19、第三升降气缸28中的活塞32选用材料铜或者其他耐磨性材料，第一升降气缸16、第二升降气缸19、第三升降气缸28分别与第一气嘴21、第二气嘴22、第三气嘴23连通，通过电控阀门12控制既可以通负压也可以通正压。所述电控阀门12可同时控制第一升降气缸16、第二升降气缸19、第三升降气缸28运动，也可以分别控制其运动。

所述承片台3上表面从里到外分布着三组气流通道：第三气流通道31、第二气流通道20、第一气流通道18和三个密封圈：第一密封圈17、第一密封圈29、第一密封圈30。所述密封圈上表面高出承片台上表面0.2mm或在密封圈弹性范围内的其他值。第三气流通道31、第二气流通道20、第一气流通道18通过三个真空吸孔27分别与第四气嘴24、第五气嘴25、第六气嘴26连通。当第四气嘴24、第五气嘴25、第六气嘴26通过电控阀门12与负压输入端11连通时，通过负压将基片4固定于承片台3上方。当第四气嘴24、第五气嘴25、第六气嘴26通过电控阀门12与正压输入端10连通时，通过正压进行纳米压印。

所述升降驱动机构7可选用电机、气缸或其他具有同等功能的驱动机构；所述电控阀门12、锁紧气缸6、升降驱动机构7的动作都由主控器8驱动控制。所述主控制器8可选用微控制器、单片机或其他控制模块。

本发明所述紫外纳米压印光刻自动脱模系统工作流程如下：

首先将掩模板2放在掩模架1下方，通过负压11将掩模板2固定在掩模架1的下表面上；放好涂好压印胶的基片4后通过负压11将基片4固定在承片台3上，通过控制电路板9启动升降驱动机构7带动基片4上升，通过三点弹性支撑机构使得基片4与掩模板2接触后调平，升降驱动机构7停止运动；接着承片台3上的第三气流通道31、第二气流通道20、第一气流通道18在电控阀门12的控制下从里到外依次接通设定好的正压气体，进行压印操作，压印完成后在紫外光下进行紫外固化；随后控制阀门12将承片台3第三气流通道31、第二气流通道20、第一气流通道18的正压气体切换为负压气体，接着承片台上的三个第一升降气缸16、第二升降气缸19、第三升降气缸28通过控制阀门12接通设定好的正压气体，活塞32向上伸出并且与掩模架1的下表面接触，使得承片台3和掩模板2在第一升降气缸16、第二升降气缸19、第三升降气缸28的作用下进行自动分开和脱模。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (8)

1.一种紫外纳米压印光刻自动脱模系统，其特征在于，包括：

掩模架（1）、掩模板（2）、承片台（3）、基片（4）、三点弹性支撑机构（5）、锁紧气缸（6）、升降驱动机构（7）、主控制器（8）、控制电路板（9）、正压输入端（10）、负压输入端（11）、电控阀门（12）、限位机构（13）、第一升降气缸（16）、第一密封圈（17）、第一气流通道（18）、第二升降气缸（19）、第二气流通道（20）、第一气嘴（21）、第二气嘴（22）、第三气嘴（23）、第四气嘴（24）、第五气嘴（25）、第六气嘴（26）、真空吸孔（27）、第三升降气缸（28）、第二密封圈（29）、第三密封圈（30）、第三气流通道（31）；

所述掩模板（2）位于掩模架（1）下方并固接；所述掩模架（1）下表面有真空槽，用于吸紧掩模（2）；所述承片台（3）设置有真空槽，用于吸附固定基片（4），承片台内部嵌有三个升降气缸，即第一升降气缸，（16）、第二升降气缸（19）、第三升降气缸（28），三个升降气缸既可以同时控制运动，也可以进行分别控制运动；所述承片台（3）上表面分布着3组气流通道，分别是第三气流通道（31）、第二气流通道（20）、第一气流通道（18），所述3组气流通道通负压时吸住基片，通正压时给基片施加均匀的压力；所述三点弹性支撑结构（5）与承片台（3）通过柔性铰链连接，用于基片（4）调平；所述气缸包括第一升降气缸（16）、第二升降气缸（19）、第三升降气缸（28）和锁紧气缸（6），用于基片（4）与掩模（2）的脱模和锁紧三点弹性支撑结构（5）；所述升降驱动机构（7）设置有限位机构（13），用于停止升降驱动机构（7）运动；所述正压输入端（10）经过电控阀门（12）分别与锁紧气缸（6）和第一升降气缸（16）、第二升降气缸（19）、第三升降气缸（28）、承片台（3）连接；所述负压输入端（11）通过电控阀门（12）分别于掩模架（1）和承片台（3）连接；所述驱动控制板（9）分别与电控阀门（12）和主控制器（8）连接。

2.根据权利要求1所述一种紫外纳米压印光刻自动脱模系统，其特征在于：所述掩模架（1）为水平基准面，下表面有真空槽，通过负压将掩模板（2）固定于掩模架（1）下方。

3.根据权利要求1所述一种紫外纳米压印光刻自动脱模系统，其特征在于：所述承片台（3）内腔中三处升降气缸之间沿径向以120°夹角均匀分布。

4.根据权利要求1所述一种紫外纳米压印光刻自动脱模系统，其特征在于：所述第一升降气缸（16）、第二升降气缸（19）、第三升降气缸（28）中的活塞（32）选用材料铜或者其他耐磨性材料，第一升降气缸（16）、第二升降气缸（19）、第三升降气缸（28）分别与第一气嘴（21）、第二气嘴（22）、第三气嘴（23）连通。

5.根据权利要求1所述一种紫外纳米压印光刻自动脱模系统，其特征在于：所述承片台（3）上表面从里到外分布着3组气流通道，第三气流通道（31）、第二气流通道（20）、第一气流通道（18）,三个密封圈，即第一密封圈（17）、第二密封圈（29）、第三密封圈（30）；密封圈上表面高出承片台上表面0.2mm；第三气流通道（31）、第二气流通道（20）、第一气流通道（18）通过三个真空吸孔（27）分别与第四气嘴（24）、第五气嘴（25）、第六气嘴（26）连通；当第四气嘴（24）、第五气嘴（25）、第六气嘴（26）通过电控阀门（12）与负压输入端（11）连通时，通过负压将基片（4）固定于承片台（3）上方；当第四气嘴（24）、第五气嘴（25）、第六气嘴（26）通过电控阀门（12）与正压输入端（10）连通时，通过正压进行纳米压印。

6.根据权利要求1所述一种紫外纳米压印光刻自动脱模系统，其特征在于：所述升降驱动机构（7）为用电机、气缸之一驱动；所述电控阀门（12）、锁紧气缸（6）、升降驱动机构（7）的动作都由主控器（8）驱动控制。

7.根据权利要求1所述一种紫外纳米压印光刻自动脱模系统，其特征在于：所述主控制器（8）选用微控制器、单片机之一。

8.一种利用权利要求1所述系统进行紫外纳米压印光刻自动脱模的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、首先将掩模板放在掩模架下方，通过负压将掩模板固定在掩模架的下表面上；

步骤2、放好涂好压印胶的基片后通过负压将基片固定在承片台上，通过控制电路板启动升降驱动机构带动基片上升，通过三点弹性支撑机构使得基片与掩模板接触后调平，升降驱动机构停止运动；

步骤3、接着承片台上的第三气流通道、第二气流通道、第一气流通道在电控阀门的控制下从里到外依次接通设定好的正压气体，进行压印操作，压印完成后在紫外光下进行紫外固化；

步骤4、随后控制阀门将承片台第三气流通道、第二气流通道、第一气流通道的正压气体切换为负压气体，接着承片台上的三个第一升降气缸、第二升降气缸、第三升降气缸通过控制阀门接通设定好的正压气体，活塞向上伸出并且与掩模架的下表面接触，使得承片台和掩模板在第一升降气缸、第二升降气缸、第三升降气缸的作用下进行自动分开和脱模。