CN111679554A - 一种双腔式匀压纳米压印机构、纳米压印设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双腔式匀压纳米压印机构、纳米压印设备及方法，包括内含有上腔室的上机壳和内含有下腔室的下机壳，上机壳和下机壳之间设有压印夹具，压印模板夹于压印夹具内，衬底通过载片台设置于所述的下腔室内，所述上机壳和下机壳至少有一个部件设有两个气路通道，所述气路通道连接气体控制装置。本发明通过气体控制装置将压印模板紧紧压于衬底之上，实现压印过程，工序简易，压印压力均匀。
Description
技术领域
本发明涉及微纳米级结构和器件的加工技术领域，尤其涉及一种双腔式匀压纳米压印机构、纳米压印设备及方法。
背景技术
纳米压印是一种全新的纳米图形复制方法。在纳米压印中，压印模具就是预先刻蚀有预制图案的模板，图案凸凹结构的尺寸在微纳米量级，将具有凸凹微纳米结构的模板与表面涂有高分子薄膜(光刻胶)的待加工基板接触加压，使模板与高分子薄膜充分接触并保压，随后通过紫外曝光等方法使微纳米结构定型，之后移去模板，再通过其它工艺将纳米结构转移至待加工基板上，此过程称为纳米压印。
纳米压印技术的难点在于提供纳米级压平装置，及最合理的模板、基板驱动机构及可操作性。目前，传统的纳米压印机普遍采用机械冲压方式，即将模板、涂有高分子薄膜基板分置上下两端，通过机械式移动使两者接近。此种结构对机械驱动机构精度要求较高，容易存在压力分布不均的问题。同时，机械式加工过程中，上下两端移动接触需要一定移动距离和时间，导致加工效率较低。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种双腔式匀压纳米压印机构、纳米压印设备及压印方法，通过气体控制装置将压印模板紧紧压于衬底之上，实现压印过程，工序简易，整个衬底表面压印压力均匀，控制系统简单方便，以解决现有技术中纳米压印机存在的问题。
本发明采用以下技术方案：
一种双腔式匀压纳米压印机构，包括相互对应设置的上机壳和下机壳，下机壳上设有承载衬底的载片台，上机壳和下机壳之间设有压印夹具，压印夹具分为左右两个夹具并用于夹装压印模板，所述上机壳和下机壳至少一个部件上设有气路通道，所述气路通道连接具有抽真空和充气的气体控制装置。
作为优选，所述压印夹具单个夹具在内侧面设有夹持凹槽，凹槽壁上设有压力调节装置。
作为优选，所述压印夹具为翻盖式夹具，所述压印夹具的上盖为铰接。
作为优选，单个夹具内侧面以夹持凹槽为中心设有缓冲斜坡，缓冲斜坡顶角为圆角。
作为优选，单个夹具内侧面以夹持凹槽为中心设有辐射状的上下对称两个缓冲斜坡。
作为优选，所述压印模板将压印机构分隔成上腔室和下腔室，当下机壳设有气路通道时，所述压印夹具下表面与气路通道接触的部分设有抽气管道，所述抽气管道一直延伸到下腔室。
作为优选，所述压印模板固定于弹性膜上，弹性膜夹装在压印夹具上。
一种纳米压印设备，包括曝光装置、驱动装置，还包括上述的任意一种双腔式匀压纳米压印机构。
一种纳米压印模板生产设备，包括内含有上腔室的上机壳和内含有下腔室的下机壳，上机壳和下机壳之间设有压印夹具，模板基材夹于压印夹具内，所述上机壳和下机壳至少有一个部件设有两个气路通道，所述气路通道连接气体控制装置，母模板通过载片台设置于所述的下腔室内。
一种双腔式匀压纳米压印方法，包括以下步骤：
(1)设置，将表面涂有压印胶的待压印衬底设于载片台上；
(2)夹装，将压印模板夹于压印夹具内，上机壳、压印夹具、下机壳依次接触，使上机壳、压印夹具、压印模板构成密闭的上腔室，下机壳、压印夹具、压印模板构成密闭的下腔室；
(3)压印过程，利用抽真空、充气作用的气体控制装置对上腔室、下腔室气压同时或者单独调节，使上腔室气压大于下腔室的气压，使得压印模板紧贴衬底进行压印过程；
(4)固化过程，让气体控制装置持续工作，使压印模板紧贴衬底保持一段时间，开启紫外固化灯，进行固化，固化后关闭紫外固化灯；
(5)脱模过程，利用气体控制装置通过气路通道使上腔室气压小于下腔室的气压、或者上腔室与下腔室的气压平衡，使得压印模板脱离衬底。
作为优选，步骤3压印过程，利用气体控制装置通过气路通道将下腔室抽成真空状态同时/或者将上腔室注入气体使得上腔室内气压增大，使得压印模板紧贴衬底进行压印过程；
步骤5脱模过程，利用气体控制装置通过气路通道让下腔室注入气体同时/或者对上腔室抽取气体将上腔室抽成真空状态，使得压印模板脱离衬底。
作为优选，步骤3压印过程，上腔室与下腔室的压力差在0～6个大气压之间，压力差保持时间在20s以内。
一种压印模板加工方法，用于加工上述的所述的压印模板，包括以下步骤：
(1)设置，将母模板设于载片台上；
(2)夹装，将涂有紫外固化胶的模板基材夹于压印夹具内，涂有紫外固化胶面向下，上机壳、压印夹具、下机壳依次接触，使上机壳、压印夹具、模板基材构成密闭的上腔室，下机壳、压印夹具、模板基材构成密闭的下腔室；
(3)压印过程，利用抽真空、充气作用的气体控制装置对上腔室、下腔室气压同时或者单独调节，使上腔室气压大于下腔室的气压，使得模板基材紧贴母模板进行压印过程；
(4)固化过程，让气体控制装置持续工作，使模板基材紧贴衬底保持一段时间，开启紫外固化灯，进行固化，固化后关闭紫外固化灯；
(5)脱模过程，利用气体控制装置通过气路通道使上腔室气压小于下腔室的气压、或者上腔室与下腔室的气压平衡，使得使得由模板基材加工后的压印模板紧贴母模板。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过气体控制装置将压印模板紧紧压于衬底之上，实现压印过程，工序简易，压印压力均匀。当空气抽取装置工作使得上腔室或者下腔室为真空状态时，压印模板紧贴于缓冲斜坡的内表面，防止压印模板弯折过大发生断裂。并且本发明还可以将母模板安装于载片台用于生产压印模具。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例1隐去压印模板的结构示意图；
图3为实施例1的压印状态示意图；
图4为实施例1的脱模状态示意图；
图5为实施例2的结构示意图；
图6为实施例3的结构示意图。
图中，上机壳1、上腔室101、下机壳2、下腔室201、压印夹具3、缓冲斜坡303、抽气管道305、压印模板4、衬底5、载片台6、气路通道7。
具体实施方式
为了便于理解本发明技术方案，以下结合附图与具体实施例进行详细说明。
实施例1
如图1-4所示，一种双腔式匀压纳米压印机构，包括内含有上腔室101的上机壳1和内含有下腔室201的下机壳2，上机壳1和下机壳2之间设有压印夹具3，所述压印夹具3可拆卸的设置于上机壳1和下机壳2之间。压印模板4将压印机构分隔成上腔室101和下腔室102。
压印夹具3分为左右两个夹具并用于夹装压印模板4。所述压印夹具3为翻盖式夹具，所述压印夹具3的上盖为铰接。所述压印夹具3单个夹具在内侧面设有夹持凹槽。本实施例中压印模板4使用纯PET材料，由于PET材料拉伸后不能复原，故所述压印模板4尺寸略大于压印夹具3左右两个夹具之间的距离。即压印模板4夹于压印夹具3内时留有余量，并未完全张紧，压印模板4处于一个微微向下凹陷的状态。若压印模板4采用弹性材料制成，则此处可不需要留有余量。所述压印夹具3的内表面设有缓冲斜坡303，单个夹具内侧面以夹持凹槽为中心设有辐射状的上下对称两个缓冲斜坡303。
衬底5通过承片台6固定在所述的下腔室内，所述上机壳1和下机壳2均设有两个气路通道7，所述气路通道7连接气体控制装置，所述气体控制装置可通过气路通道7往上机壳1和下机壳2内注入气体或者抽走气体。使用时，上机壳1或者下机壳2中的任意一个部件的两个气路通道7的其中一个气路通道7为进气通道，另一个气路通道7为出气通道。
当空气抽取装置工作使得上腔室101或者下腔室102为真空状态时，压印模板4紧贴于缓冲斜坡303，缓冲斜坡303顶角为圆角。
所述压印夹具3下表面与气路通道7接触的部分设有抽气管道305，所述抽气管道305一直延伸到下腔室102，防止压印夹具3堵住气路通道7。
所述上机壳1的下表面设置有固化装置，所述固化装置具体为紫外固化灯，紫外固化灯照射于压印模板4上进行固化工序。
本发明在工作时，首先将压印模板4夹于压印夹具3内，将压印夹具3安装于下机壳2上，再将上机壳1往下运动或上机壳2向上运动，使得整个腔室处于密闭状态，然后打开气体控制装置，将下腔室201抽成真空状态，往上腔室101内注入气体，提高压强至2个大气压，将压印模板4紧紧压于衬底5之上，此时，由于压印模板4存在一定的余量，压印模板4会呈现一个倾斜状态，紧贴于缓冲斜坡303上，形成一个缓冲的斜面，不会让压印模板4发生断裂，此时，位于上腔室101下表面的紫外固化灯开启进行固化，固化完成后利用气体控制装置反向工作，将下腔室201注入气体，将上腔室101抽成真空状态，此时，压印模板紧贴上机壳1的下表面，关闭气体控制装置，上升上机壳1，打开压印夹具的上盖，换上未加工的衬底5，重复上述步骤。
一种纳米压印设备，包括曝光装置、驱动装置，还包括上述的一种双腔式匀压纳米压印机构。
一种纳米压印模板生产设备，包括内含有上腔室101的上机壳1和内含有下腔室201的下机壳2，上机壳1和下机壳2之间设有压印夹具3，压印模板4夹于压印夹具3内，所述上机壳1和下机壳2均设有两个气路通道7，所述气路通道7连接气体控制装置，母模板通过载片台6设置于所述的下腔室201内。
一种压印模板加工方法，用于加工压印模板4，包括以下步骤：
(1)设置，将母模板设于载片台6上；
(2)夹装，将涂有紫外固化胶的模板基材夹于压印夹具内，涂有紫外固化胶面向下，上机壳1、压印夹具3、下机壳2依次接触，使上机壳1、压印夹具3、模板基材构成密闭的上腔室101，下机壳2、压印夹具3、模板基材构成密闭的下腔室102；
(3)压印过程，利用抽真空、充气作用的气体控制装置对上腔室101、下腔室201气压同时或者单独调节，使上腔室101气压大于下腔室201的气压，使得模板基材紧贴母模板进行压印过程；
(4)固化过程，让气体控制装置持续工作，使模板基材紧贴衬底保持一段时间，开启紫外固化灯，进行固化，固化后关闭紫外固化灯；
(5)脱模过程，利用气体控制装置通过气路通道7使上腔室101气压小于下腔室201的气压、或者上腔室101与下腔室201的气压平衡，使得由模板基材加工后的压印模板4紧贴母模板。
一种纳米压印方法，包括以下步骤：
(1)设置，将表面涂有压印胶的待压印衬底5设于载片台6上。
(2)夹装，将压印模板4夹于压印夹具3内，上机壳1、压印夹具3、下机壳2依次接触，使上机壳1、压印夹具3、压印模板4构成密闭的上腔室101，下机壳2、压印夹具3、压印模板4构成密闭的下腔室102，压印模板4无需完全加紧，预留部分余量。
(3)压印过程，利用抽真空、充气作用的气体控制装置对上腔室101、下腔室201气压同时或者单独调节，使上腔室101气压大于下腔室201的气压，使得压印模板4紧贴衬底5进行压印过程。
(4)固化过程，让气体控制装置持续工作，使压印模板4紧贴衬底5保持一段时间，开启紫外固化灯，进行固化，固化后关闭紫外固化灯。本实施例中，使得压印模板4紧贴衬底5上的时间为10秒。
(5)脱模过程，利用气体控制装置通过气路通道7使上腔室101气压小于下腔室201的气压、或者上腔室101与下腔室201的气压平衡，使得压印模板4脱离衬底5。
本实施例中，步骤3压印过程，利用气体控制装置通过气路通道7将下腔室201抽成真空状态同时/或者将上腔室101注入气体使得上腔室101内气压增大，使得压印模板4紧贴衬底5进行压印过程；上腔室101与下腔室201的压力差为2个大气压，压力差保持时间在10s以内。
本实施例中，步骤5脱模过程，利用气体控制装置通过气路通道7让下腔室201注入气体同时/或者对上腔室101抽取气体将上腔室101抽成真空状态，使得压印模板4脱离衬底5，并紧贴上腔体1的下表面。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于所述上机壳1设有气路通道7，下机壳2没有气路通道7。工作时，气体控制装置通过气路通道7往上腔室101内注入气体，提高压强，将压印模板4紧紧压于衬底5上表面，进行压印工作，压印完成后，气体控制装置将上腔室101内气体抽走，形成真空状态，压印模板4贴于上机壳1的下表面，关闭气体控制装置，上升上机壳1和压印夹具3，再换上未加工的衬底5，重复上述步骤。
实施例3
实施例3与实施例1和2的区别在于所述下机壳2设有气路通道7，上机壳1没有气路通道7。所述压印夹具3下表面与气路通道7接触的部分设有抽气管道305，所述抽气管道305一直延伸到下腔室102，防止压印夹具3堵住气路通道7。工作时，气体控制装置通过气路通道7往下腔室201抽走气体，形成真空状态，将压印模板4紧紧压于衬底5上表面，进行压印工作，压印完成后，气体控制装置将下腔室201内注入气体，提高压强，压印模板4贴于上机壳1的下表面，关闭气体控制装置，上升上机壳1和压印夹具3，再换上未加工的衬底5，重复上述步骤。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围以权利要求所限定的范围为准，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内做出的若干改进和润饰，也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种双腔式匀压纳米压印机构，包括相互对应设置的上机壳(1)和下机壳(2)，下机壳上设有承载衬底(5)的载片台(6)，其特征在于，上机壳(1)和下机壳(2)之间设有压印夹具(3)，压印夹具(3)分为左右两个夹具并用于夹装压印模板(4)，所述上机壳(1)和下机壳(2)至少一个部件上设有气路通道(7)，所述气路通道(7)连接具有抽真空和充气的气体控制装置。
2.根据权利要求1所述的一种双腔式匀压纳米压印机构，其特征在于，所述压印夹具(3)单个夹具在内侧面设有夹持凹槽。
3.根据权利要求2所述的一种双腔式匀压纳米压印机构，其特征在于，所述压印夹具(3)为翻盖式夹具，压印夹具(3)的上盖铰接于夹具本体上表面。
4.根据权利要求2所述的一种双腔式匀压纳米压印机构，其特征在于，单个夹具内侧面以夹持凹槽为中心设有缓冲斜坡(303)。
5.根据权利要求1所述的一种双腔式匀压纳米压印机构，其特征在于，所述压印模板(4)将压印机构分隔成上腔室(101)和下腔室(102)，当下机壳(2)设有气路通道(7)时，所述压印夹具(3)下表面与气路通道(7)接触的部分设有抽气管道(305)，所述抽气管道(305)一直延伸到下腔室(102)。
6.一种纳米压印设备，包括曝光装置、驱动装置，其特征在于，还包括如权利要求1所述的双腔式匀压纳米压印机构。
7.一种双腔式匀压纳米压印方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)设置，将表面涂有压印胶的待压印衬底(5)设于载片台(6)上；
(2)夹装，将压印模板(4)夹于压印夹具(3)内，上机壳(1)、压印夹具(3)、下机壳(2)依次接触，使上机壳(1)、压印夹具(3)、压印模板(4)构成密闭的上腔室(101)，下机壳(2)、压印夹具(3)、压印模板(4)构成密闭的下腔室(102)；
(3)压印过程，利用抽真空、充气作用的气体控制装置对上腔室(101)、下腔室(201)气压同时或者单独调节，使上腔室(101)气压大于下腔室(201)的气压，使得压印模板(4)紧贴衬底(5)进行压印过程；
(4)固化过程，让气体控制装置持续工作，使压印模板(4)紧贴衬底(5)保持一段时间，开启紫外固化灯，进行固化，固化后关闭紫外固化灯；
(5)脱模过程，利用气体控制装置通过气路通道(7)使上腔室(101)气压小于下腔室(201)的气压、或者上腔室(101)与下腔室(201)的气压平衡，使得压印模板(4)脱离衬底(5)。
8.根据权利要求7所述的一种双腔式匀压纳米压印方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤3压印过程，利用气体控制装置通过气路通道(7)将下腔室(201)抽成真空状态同时/或者将上腔室(101)注入气体使得上腔室(101)内气压增大，使得压印模板(4)紧贴衬底(5)进行压印过程；
步骤5脱模过程，利用气体控制装置通过气路通道(7)让下腔室(201)注入气体同时/或者对上腔室(101)抽取气体将上腔室(101)抽成真空状态，使得压印模板(4)脱离衬底(5)。
9.根据权利要求7所述的一种双腔式匀压纳米压印方法，其特征在于，步骤3压印过程，上腔室(101)与下腔室(201)的压力差在0～6个大气压之间，压力差保持时间在20s以内。
10.一种压印模板加工方法，其特征在于，用于加工如权利要求1所述的压印模板(4)，包括以下步骤：
(1)设置，将母模板设于载片台(6)上；
(2)夹装，将涂有紫外固化胶的模板基材夹于压印夹具(3)内，涂有紫外固化胶面向下，上机壳(1)、压印夹具(3)、下机壳(2)依次接触，使上机壳(1)、压印夹具(3)、模板基材构成密闭的上腔室(101)，下机壳(2)、压印夹具(3)、模板基材构成密闭的下腔室(102)；
(3)压印过程，利用抽真空、充气作用的气体控制装置对上腔室(101)、下腔室(201)气压同时或者单独调节，使上腔室(101)气压大于下腔室(201)的气压，使得模板基材紧贴母模板进行压印过程；
(4)固化过程，让气体控制装置持续工作，使模板基材紧贴衬底(5)保持一段时间，开启紫外固化灯，进行固化，固化后关闭紫外固化灯；
(5)脱模过程，利用气体控制装置通过气路通道(7)使上腔室(101)气压小于下腔室(201)的气压、或者上腔室(101)与下腔室(201)的气压平衡，使得由模板基材加工后的压印模板(4)紧贴母模板。
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2020
- 2020-06-03 CN CN202010492899.9A patent/CN111679554B/zh active Active
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Denomination of invention: A dual cavity uniform pressure nanoimprinting mechanism, nanoimprinting equipment and method Granted publication date: 20210427 Pledgee: Cultural and creative sub branch of Bank of Hangzhou Co.,Ltd. Pledgor: Puyu Technology (Hangzhou) Co.,Ltd. Registration number: Y2024330000826 |
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