CN113031391B - 一种简易紫外纳米压印光刻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种简易紫外纳米压印光刻装置,包括气动压印系统、紫外照明系统、气控系统、电控系统和壳体。气动压印系统通过球头紧锁螺钉定位夹紧及弹性薄膜均匀布压,保证了压印过程中图案转移的横纵向精准度;紫外照明系统通过紫外LED灯照明及匀光器布光实现压印过程中光刻胶的均衡交联固化;气控系统用于控制压印夹紧操作;电控系统主要用于控制曝光时间、触控面板操作;壳体为不锈钢材质,对整个装置起保护集成作用。本发明可实现快速连续图案化结构生产,加工精度不受“衍射极限限制”且结构紧凑、操作方便,具有低成本、高精度和高通量的优点。
Description
技术领域
本发明涉及纳米尺度图形加工技术领域,尤其涉及一种简易紫外纳米压印光刻装置。
背景技术
纳米压印技术由美国普林斯顿大学华裔科学家周郁在1995年首次提出,作为基于机械压印原理的非传统光刻技术,克服了光学曝光技术中光衍射现象造成的分辨率极限问题,具备高分辨率、高效率、低成本、适合工业化生产等优势,在众多微纳米结构制备工艺种脱颖而出,成为纳米结构大规模批量化制备最有潜力的技术之一。
经过二十几年的发展,当今常见的纳米压印方式包括热压印、紫外光固化压印技术、软印刷技术等。其中,紫外纳米压印技术由德州大学教授C GWillson首次提出,该技术可在低温低压条件下工作,消除了由于热膨胀系数差异而产生的畸变误差,模板与基片变形小,图形分辨率高,广泛应用于高密度存储、光子晶体、太阳能电池、微传感器、生物芯片、微电子器件等领域。当前,国内已成功研制一些纳米压印装置,但也存在气泡排除困难而导致的结构成型缺陷问题、压印装置设计缺陷而导致的图案转移准确度和精确度不足问题、以及装置结构复杂而导致的成本和重量问题。
发明内容
本发明目的在于提出一种简易紫外纳米压印光刻装置,该装置在小型化、轻量化的同时可实现纳米级图案的精准转移,具有结构紧凑、成本低、操作方便、模板基片对准精度高、结构成型均匀的优点。
为解决上述技术问题,本发明提供一种简易紫外纳米压印光刻装置,包括:气动压印系统、紫外照明系统、气控系统、电控系统和壳体。所述气动压印系统位于紫外照明系统上方,与气控系统相连,通过弹性薄膜均匀布压,保证微纳结构的均匀成型;所述紫外照明系统与电控系统连接,在紫外LED灯照明及匀光器作用下实现压印胶的均匀固化;所述壳体用于整机的智能化操作与集成保护。
进一步地,所述气动压印系统由气嘴、压力腔室、压力腔室定位槽、压力腔室球头紧锁螺钉、压力腔室螺母、压力腔室把手、压力腔室铰链、弹性薄膜、上腔体密封压圈组成。所述气嘴安装于压力腔室顶面,与气控系统连接,向压力腔室输入气流;所述压力腔室与LED照明腔室通过铰链连接,并由压力腔室球头紧锁螺钉与压力腔室螺母配合紧锁,确保压印地精确夹紧定位;所述压力腔室位槽含三个,沿径向以120°夹角均匀分布,用于压力腔室球头紧锁螺钉与压力腔室螺母安装;所述压力腔室把手包含两个,呈1800夹角安装于压力腔室顶面;所述弹性薄膜位于压力腔室下表面,用于均布气压,保证压印图案的精准转移;所述上腔体密封压圈位于弹性薄膜下方,用于压力腔室密封。
进一步地,所述弹性薄膜位于压力腔室与上腔体密封压圈之间;所述压力腔室与上腔体密封压圈边缘设置有螺纹孔,压力腔室通过上腔体密封压圈突起密封环压紧并由螺钉密封。
进一步地,所述紫外照明系统由紫外LED灯、LED转接板、匀光器、LED照明罩壳、LED照明基板连接杆、LED照明腔室、石英基底、模板、压印胶、基片组成。所述紫外LED灯固定于LED转接板,与电控系统连接,为紫外压印胶固化光源;所述匀光器安装在LED照明罩壳内壁,均布紫外光进而保证压印胶的均衡交联固化;所述LED照明罩壳通过LED照明基板连接杆固定于LED照明腔室与LED转接板之间;所述LED转接板由螺母紧锁,固连于LED照明罩壳下方;所述LED照明基板连接杆包含四个,呈900夹角正方排列,用于照明腔室的密封和固定;所述石英基底内嵌于LED照明腔室,允许紫外光透过,作为压印基底;所述模板为带有转移图案对象;所述压印胶为紫外固化压印胶;所述基片为待转移图案对象。
进一步地,所述气控系统位于装置底部,与压力腔室顶面气嘴连接进而通入气流,充分利用气体各向同性特性,有效保证纳米图形的均匀性。
进一步地,所述电控系统可实现紫外LED灯、触控面板及整机电路的综合控制。
进一步地,所述壳体由钣金外壳、外罩、触控面板组成。所述钣金外壳对整机保护集成作用;所述外罩为整机顶盖,与钣金外壳通过铰链连接,可实现开合,便于压印过程中的模板与基片装卸;所述触控面板为人机交互界面,用于压印过程的智能化操作。
本发明与现有技术相比的优势在于:
(1)、本发明结构精巧,可实现基片多尺寸压印,压印尺寸范围大,同时具备纳米尺度高分辨力,最高精度可达50nm,具有结构紧凑、操作方便,低成本、高精度和高通量的优点。
(2)、本发明充分利用气体各向同性优势,运用气压方式进行压紧操作;同时采用触摸屏人机交互界面,能精确检测并操纵压印操作流程。
附图说明
图1为本发明实施例的简易紫外纳米压印光刻装置侧剖总体结构示意图,其中,100为气动压印系统,200为紫外照明系统,300为气控系统,400为电控系统,500为壳体;
图2为本发明实施例的气动压印系统结构示意图,其中,101为气嘴,102为压力腔室,103为压力腔室定位槽,104为压力腔室球头紧锁螺钉,105为压力腔室螺母,106为压力腔室把手,107为压力腔室铰链,108为弹性薄膜,109为上腔体密封压圈;
图3为本发明实施例的压力腔室密封的结构示意图,其中,102为压力腔室,108为弹性薄膜,109为上腔体密封压圈;
图4(a)为本发明实施例的紫外照明系统主视图,其中,204为LED照明罩壳,205为LED照明基板连接杆,206为LED照明腔室;
图4(b)为图4(a)中A-A向的剖视图,其中,201为紫外LED灯,202为LED转接板,203为匀光器,207为石英基底,208为模板,209为压印胶,210为基片;
图5为本发明实施例的壳体结构示意图,其中,501为钣金外壳,502为外罩,503为触控面板。
具体实施方式
为使本发明的特征、优势更明显易懂,下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
如图1所示,本发明一种简易紫外纳米压印装置包括气动压印系统100、紫外照明系统200、气控系统300、电控系统400和壳体500。所述气动压印系统100位于紫外照明系统200上方,与气控系统300相连,通过弹性薄膜均匀布压,保证微纳结构的均匀成型;所述紫外照明系统200与电控系统400连接,在紫外LED灯照明及匀光器作用下实现压印胶的均匀固化;所述壳体500用于整机的智能化操作与集成保护。
其中,气控系统300位于装置底部,与压力腔室102顶面气嘴101连接进而通入气流,充分利用气体各向同性特性,有效保证纳米图形的均匀性。
其中,电控系统400可实现紫外LED灯201、触控面板503及整机电路的综合控制。
如图1-2所示,气动压印系统100由气嘴101、压力腔室102、压力腔室定位槽103、压力腔室球头紧锁螺钉104、压力腔室螺母105、压力腔室把手106、压力腔室铰链107、弹性薄膜108、上腔体密封压圈109组成;所述气嘴101安装于压力腔室102顶面,与气控系统300连接,向压力腔室102输入气流;所述压力腔室102与LED照明腔室206通过铰链107连接,并由压力腔室球头紧锁螺钉104与压力腔室螺母105配合紧锁,确保压印地精确夹紧定位;所述压力腔室位槽103包含三个,沿径向以120°夹角均匀分布,用于压力腔室球头紧锁螺钉104与压力腔室螺母105安装;所述压力腔室把手106包含两个,呈1800夹角安装于压力腔室102顶面;所述弹性薄膜108位于压力腔室102下表面,用于均布气压,保证压印图案的精准转移;所述上腔体密封压圈109位于弹性薄膜108下方,用于压力腔室密封。
如图3所示,弹性薄膜108位于压力腔室102与上腔体密封压圈109之间;压力腔室102与上腔体密封压圈109边缘设置有螺纹孔,压力腔室102通过上腔体密封压圈109突起密封环压紧并由螺钉密封。
如图1、4所示,紫外照明系统200由紫外LED灯201、LED转接板202、匀光器203、LED照明罩壳204、LED照明基板连接杆205、LED照明腔室206、石英基底207、模板208、压印胶209、基片210组成。所述紫外LED灯201固定于LED转接板202,与电控系统400连接,为紫外压印胶固化光源;所述匀光器203安装在LED照明罩壳内壁204,均布紫外光进而保证压印胶209的均衡交联固化;所述LED照明罩壳204通过LED照明基板连接杆205固定于LED照明腔室206与LED转接板202之间;所述LED转接板202由螺母紧锁,固连于LED照明罩壳204下方;所述LED照明基板连接杆205包含四个,呈900夹角正方排列,用于照明腔室206的密封和固定;所述石英基底207内嵌于LED照明腔室206,允许紫外光透过,作为压印基底;所述模板208为带有转移图案对象;所述压印胶209为紫外固化压印胶;所述基片210为待转移图案对象。
如图4、5所示,壳体由钣金外壳501、外罩502、触控面板503组成;所述钣金外壳501对整机保护集成作用;所述外罩502为整机顶盖,与钣金外壳501通过铰链连接,可实现开合,便于压印过程中的模板208与基片210装卸;所述触控面板503为人机交互界面,用于压印过程的智能化操作。
上述描述仅是对本发明具体实施例的阐述,并非对本发明范围的任何限定。凡依本发明权利要求范围所作的均等变化与修饰,皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种简易紫外纳米压印光刻装置,其特征在于,包括气动压印系统(100)、紫外照明系统(200)、气控系统(300)、电控系统(400)和壳体(500),所述气动压印系统(100)位于紫外照明系统(200)上方,与气控系统(300)相连,通过弹性薄膜均匀布压,保证微纳结构的均匀成型;所述紫外照明系统(200)与电控系统(400)连接,在紫外LED灯照明及匀光器作用下实现压印胶的均匀固化;所述壳体(500)用于整机的智能化操作与集成保护;
所述气动压印系统(100)由气嘴(101)、压力腔室(102)、压力腔室定位槽(103)、压力腔室球头紧锁螺钉(104)、压力腔室螺母(105)、压力腔室把手(106)、压力腔室铰链(107)、弹性薄膜(108)、上腔体密封压圈(109)组成,所述气嘴(101)安装于压力腔室(102)顶面,与气控系统(300)连接,向压力腔室(102)输入气流;所述压力腔室(102)与LED照明腔室(206)通过铰链(107)连接,并由压力腔室球头紧锁螺钉(104)与压力腔室螺母(105)配合紧锁,确保压印地精确夹紧定位;所述压力腔室定位槽(103)包含三个,沿径向以120°夹角均匀分布,用于压力腔室球头紧锁螺钉(104)与压力腔室螺母(105)安装;所述压力腔室把手(106)包含两个,呈1800夹角安装于压力腔室(102)顶面;所述弹性薄膜(108)位于压力腔室(102)下表面,用于均布气压,保证压印图案的精准转移;所述上腔体密封压圈(109)位于弹性薄膜(108)下方,用于压力腔室密封。
2.根据权利要求1所述的一种简易紫外纳米压印光刻装置,其特征在于:所述弹性薄膜(108)位于压力腔室(102)与上腔体密封压圈(109)之间;所述压力腔室(102)与上腔体密封压圈(109)边缘设置有螺纹孔,压力腔室(102)通过上腔体密封压圈(109)突起密封环压紧并由螺钉密封。
3.根据权利要求1所述的一种简易紫外纳米压印光刻装置,其特征在于:所述紫外照明系统(200)由紫外LED灯(201)、LED转接板(202)、匀光器(203)、LED照明罩壳(204)、LED照明基板连接杆(205)、LED照明腔室(206)、石英基底(207)、模板(208)、压印胶(209)、基片(210)组成,所述紫外LED灯(201)固定于LED转接板(202),与电控系统(400)连接,为紫外压印胶固化光源;所述匀光器(203)安装在LED照明罩壳(204)内壁,均布紫外光进而保证压印胶(209)的均衡交联固化;所述LED照明罩壳(204)通过LED照明基板连接杆(205)固定于LED照明腔室(206)与LED转接板(202)之间;所述LED转接板(202)由螺母紧锁,固连于LED照明罩壳(204)下方;所述LED照明基板连接杆(205)包含四个,呈900夹角正方排列,用于照明腔室(206)的密封和固定;所述石英基底(207)内嵌于LED照明腔室(206),允许紫外光透过,作为压印基底;所述模板(208)为带有转移图案对象;所述压印胶(209)为紫外固化压印胶;所述基片(210)为待转移图案对象。
4.根据权利要求1所述的一种简易紫外纳米压印光刻装置,其特征在于:所述气控系统(300)位于装置底部,与压力腔室(102)顶面气嘴(101)连接进而通入气流,充分利用气体各向同性特性,有效保证纳米图形的均匀性。
5.根据权利要求1所述的一种简易紫外纳米压印光刻装置,其特征在于:所述电控系统(400)可实现紫外LED灯(201)、触控面板(503)及整机电路的综合控制。
6.根据权利要求1所述的一种简易紫外纳米压印光刻装置,其特征在于:所述壳体(500)由钣金外壳(501)、外罩(502)、触控面板(503)组成,所述钣金外壳(501)对整机保护集成作用;所述外罩(502)为整机顶盖,与钣金外壳(501)通过铰链连接,可实现开合,便于压印过程中的模板(208)与基片(210)装卸;所述触控面板(503)为人机交互界面,用于压印过程的智能化操作。
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