CN115308993A - 一种纳米压印装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳米压印装置和方法，属于纳米压印技术领域，解决了现有技术中纳米压印装置和方法会导致波导片内不同位置的结构一致性、不同片的结构一致性都不佳的问题。包括张力控制系统、软膜移动装置和软膜固定装置；带有表面浮雕图案的软膜的一端与软膜固定装置连接，另一端依次与软膜移动装置和张力控制系统连接，张力控制系统控制软膜张力恒定。本发明的装置能使玻璃晶圆上图案具有较高结构填充一致性。
Description
技术领域
本发明涉及纳米压印技术领域，尤其涉及一种纳米压印装置和方法。
背景技术
纳米压印技术是制作AR衍射光波导表面浮雕图案的主流技术之一。它利用纳米压印技术把母版上的表面浮雕图案大批量、低成本的复制到玻璃晶圆上，从而制造出AR衍射光波导片。
纳米压印装置包括多个组件，纳米压印过程涉及施加压力、图案接触、压印辊移动、图案分离等，由于压印过程中多个参数都会变化，且压印不同批次之间参数也会有变化，会导致波导片内不同位置的结构一致性、不同片的结构一致性都不佳。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种纳米压印装置和方法，用以解决现有纳米压印装置和方法会导致波导片内不同位置的结构一致性、不同片的结构一致性都不佳的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种纳米压印装置，所述纳米压印装置包括张力控制系统、软膜移动装置和软膜固定装置；
带有表面浮雕图案的软膜的一端与所述软膜固定装置连接，软膜的另一端依次与所述软膜移动装置和所述张力控制系统连接，所述张力控制系统控制软膜张力恒定；
优选地，所述软膜移动装置为软膜移动辊，所述张力控制系统包括导轮、张力轮和软膜张力调节轮，所述导轮的高度高于所述软膜移动辊可移动的最高高度，所述张力轮的高度低于所述导轮的高度，所述软膜依次绕过所述软膜移动辊的下方、所述导轮的上方和所述张力轮的下方后与所述软膜张力调节轮连接。
优选地，所述软膜移动装置为软膜框，所述张力控制系统包括软膜固定杆，所述软膜固定杆位于所述软膜框中，所述软膜的另一端与所述软膜固定杆连接，所述软膜固定杆上设置有张力传感器，所述软膜固定杆能够在软膜延伸方向上来回移动。
优选地，所述张力控制系统还包括电机，所述电机分别与所述软膜固定杆和所述张力传感器连接。
优选地，所述纳米压印装置还包括UV曝光装置、压印辊和恒定压印角度控制系统；
所述UV曝光装置设置在所述软膜的上方，所述压印辊位于软膜与UV曝光装置之间，且能够自由移动。
所述恒定压印角度控制系统包括压印辊移动速度控制单元和软膜移动装置移动速度控制单元，所述软膜移动装置移动速度控制单元中设置有第一计算模块，所述第一计算模块根据式(I)计算软膜移动装置移动速度：
VY＝tanA×VX 式(I)。
其中，VY为软膜移动装置移动速度；A为软膜与玻璃晶圆之间夹角的角度，为恒定值；VX为压印辊移动速度，为已知参数值。
优选地，所述纳米压印装置还包括恒定压印压强控制系统，所述恒定压印压强控制系统用于控制玻璃晶圆所受的压强恒定。
优选地，所述恒定压印压强控制系统包括压印辊压力数据组计算单元、PLC控制器、电气比例阀和气源装置，所述气源装置与所述压印辊连接，所述电气比例阀设置在所述气源装置和所述压印辊之间，所述压印辊压力数据组计算单元与所述PLC控制器连接，所述PLC控制器与所述电气比例阀连接；所述压印辊压力数据组计算单元中设置有第二计算模块，所述第二计算模块根据式(II)和式(III)计算压印辊压力：
F1＝F2Y+P×S 式(II)。
其中，F1为压印辊压力；F2Y为软膜张力在Y轴上的分力；P为设定恒定压强值；S为玻璃晶圆受压的面积；L为压印辊与玻璃晶圆接触宽度；R为玻璃晶圆半径；X为压印距离。
优选地，所述恒定压印压强控制系统包括垫片，垫片设置在玻璃晶圆的周围，所述垫片与玻璃晶圆形成一边与所述压印辊平行的方形。
第二方面，本发明还提供了一种纳米压印方法，采用上述纳米压印装置，所述纳米压印方法包括：压印辊对软膜施加压力，使软膜上的表面浮雕图案和晶圆上的压印胶实现线接触；压合后，压印辊自软膜固定装置向软膜移动装置滚动对软膜施压，使软膜上的表面浮雕图案和玻璃晶圆上的压印胶实现面接触，同时软膜移动装置随着压印辊的滚动而向下移动；通过UV曝光装置的UV光使转印好的微结构定型；软膜移动装置向上移动，同时压印辊自软膜移动装置向软膜固定装置滚动，使软膜上的表面浮雕图案和玻璃晶圆上的压印图案分离。
在压印过程中，通过张力轮监控软膜张力，根据张力轮实时反馈的张力信息控制软膜张力调节轮调整软膜张力，进而保持软膜张力的恒定。
优选地，所述纳米压印方法还包括：在压印过程中，始终保持软膜与玻璃晶圆之间夹角的角度为恒定值，软膜移动装置的移动速度根据式(I)计算：
VY＝tanA×VX 式(I)。
其中，VY为软膜移动装置移动速度；A为软膜与玻璃晶圆之间夹角的角度，为恒定值；VX为压印辊移动速度，为已知参数值。
优选地，所述纳米压印方法还包括：在压印过程中，PLC控制器根据压印辊压力数据组向电气比例阀输出电压数据组，电气比例阀根据电压数据组输出相应的气压数据组，压印辊根据气压数据组对软膜施加相应的压力，从而使玻璃晶圆所受的压强恒定，压印辊压力根据式(II)和式(III)计算：
F1＝F2Y+P×S 式(II)。
其中，F1为压印辊压力；F2Y为软膜张力在Y轴上的分力；P为设定恒定压强值；S为玻璃晶圆受压的面积；L为压印辊与玻璃晶圆接触宽度；R为玻璃晶圆半径；X为压印距离。
优选地，所述纳米压印方法还包括：在玻璃晶圆的周围设置垫片，所述垫片与所述玻璃晶圆形成一边与所述压印辊平行的方形，使玻璃晶圆在压印过程中所受的压强恒定。
第三方面，本发明还提供了一种纳米压印方法，采用上述纳米压印装置，所述纳米压印方法包括：压印辊对软膜施加压力，使软膜上的表面浮雕图案和晶圆上的压印胶实现线接触；压合后，压印辊自软膜固定装置向软膜移动装置滚动对软膜施压，使软膜上的表面浮雕图案和玻璃晶圆上的压印胶实现面接触，同时软膜移动装置随着压印辊的滚动而向下移动；通过UV曝光装置的UV光使转印好的微结构定型；软膜移动装置向上移动，同时压印辊自软膜移动装置向软膜固定装置滚动，使软膜上的表面浮雕图案和玻璃晶圆上的压印图案分离。
在压印过程中，通过软膜固定杆上的张力传感器监控软膜张力，电机根据张力传感器实时反馈的张力信息控制软膜固定杆在软膜框中来回移动，进而保持软膜张力的恒定。
优选地，所述纳米压印方法还包括：在压印过程中，始终保持软膜与玻璃晶圆之间夹角的角度为恒定值，软膜移动装置的移动速度根据式(I)计算：
VY＝tanA×VX 式(I)。
其中，VY为软膜移动装置移动速度；A为软膜与玻璃晶圆之间夹角的角度，为恒定值；VX为压印辊移动速度，为已知参数值。
优选地，所述纳米压印方法还包括：在压印过程中，PLC控制器根据压印辊压力数据组向电气比例阀输出电压数据组，电气比例阀根据电压数据组输出相应的气压数据组，压印辊根据气压数据组对软膜施加相应的压力，从而使玻璃晶圆所受的压强恒定，压印辊压力根据式(II)和式(III)计算：
F1＝F2Y+P×S 式(II)。
其中，F1为压印辊压力；F2Y为软膜张力在Y轴上的分力；P为设定恒定压强值；S为玻璃晶圆受压的面积；L为压印辊与玻璃晶圆接触宽度；R为玻璃晶圆半径；X为压印距离。
优选地，所述纳米压印方法还包括：在玻璃晶圆的周围设置垫片，所述垫片与所述玻璃晶圆形成一边与所述压印辊平行的方形，使玻璃晶圆在压印过程中所受的压强恒定。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1、本发明的装置包括张力控制系统，所述张力控制系统控制软膜张力恒定，从而实现软膜上的表面浮雕光栅的被拉伸程度一致以及压印结构填充的一致性。
2、本发明的装置还包括恒定压印角度控制系统，恒定压印角度控制系统可以控制压印角度为恒定值，从而使压印中排气速度以及软膜上表面浮雕图案的变形程度一致，进而使填充结构一致。
3、本发明的装置还包括恒定压印压强控制系统，恒定压印压强控制系统可以控制玻璃晶圆所受的压强恒定，从而使填充结构一致。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为一种纳米压印装置及其进行纳米压印的流程图。
图2为本发明的一种纳米压印装置。
图3为本发明的一种纳米压印装置中的张力轮的结构图。
图4为本发明的另一种纳米压印装置。
图5为本发明的另一种纳米压印装置的张力控制系统图。
图6为压印角度控制分析图。
图7为压印装置受力分析图。
图8为压印面积分析图。
图9为压印面积变化图。
图10为本发明的一种恒定压印压强控制系统。
图11为本发明的另一种恒定压印压强控制结构图。
图12为实施例1纳米压印制备的玻璃晶圆上的浮雕图案结构图。
图13为对比例1纳米压印制备的玻璃晶圆上的浮雕图案结构图。
附图标记：
1-软膜移动装置；2-软膜固定装置；3-UV曝光装置；4-压印辊；5-承载平台；6-软膜；7-表面浮雕图案；8-压印胶；9-玻璃晶圆；10-导轮；11-张力轮；1101-轮体；1102-压力传感器；12-软膜张力调节轮；13-电机；14-张力传感器；15-软膜固定杆；16-软膜框；17-导轨；18-压印辊压力数据组；19-PLC控制器；20-电压数据组；21-电气比例阀；22-气压数据组；23-气源装置；24-垫片。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
基于如图1所示的纳米压印装置进行纳米压印，该纳米压印装置为“软膜+压印辊轮”结构，包括五部分：带表面浮雕图案的端部设置在软膜框中的软膜、压印辊、带压印胶的玻璃晶圆、玻璃晶圆承载平台、UV曝光机构。其纳米压印原理为：第一步，压印辊通过对软膜施加压力，使软膜上的表面浮雕图案和晶圆上的压印胶实现线接触；第二步，压合后压印辊从右向左移动，使软膜上表面浮雕图案和晶圆上压印胶实现面接触，同时软膜框(软膜移动装置)向下移动，实现了软膜上全部表面浮雕图案以盖章复制般的方式转印到晶圆上；第三步，通过UV曝光机构的UV光使转印好的的微结构从液态转变为固态，从而起到结构定型作用；第四步，完成UV曝光后，软膜框以向上移动，同时压印辊向右移动，实现软膜上表面浮雕图案和压印晶圆上表面浮雕图案的分离，得到带浮雕图案的压印晶圆，然后通过镀膜、切割、叠合等工艺得到整块AR衍射光波导片。压印过程中会出现波导片上不同位置的结构一致性、不同片的结构一致性都不佳的问题。
本发明的发明人发现，在压印过程中，之所以会导致晶圆内不同位置的结构填充不一致性、不同片的结构一致性都不佳，是因为在压印过程中软膜张力容易产生波动，而现有装置对软膜张力不可控，软膜张力变化会导致软膜上的表面浮雕光栅因被拉伸程度不一致而导致微变形程度不一致，软膜张力变化也会影响晶圆上实际压强的大小，从而影响表面浮雕光栅的填充一致性。
基于此，一方面，本发明提供了一种纳米压印装置，所述纳米压印装置包括张力控制系统、软膜移动装置1和软膜固定装置2。
带有表面浮雕图案7的软膜6的一端与所述软膜固定装置2连接，软膜6的另一端依次与所述软膜移动装置1和所述张力控制系统连接，所述张力控制系统控制软膜6张力恒定。
与现有技术相比，本发明的装置包括张力控制系统，所述张力控制系统用于控制软膜张力恒定，从而实现软膜上的表面浮雕光栅的被拉伸程度一致，进而使压印结构填充一致。
示例性地，所述纳米压印装置还包括承载平台5，所述承载平台5上从下到上依次叠加放置玻璃晶圆9和压印胶8，所述软膜固定装置2靠近所述承载平台5的一端，所述软膜移动装置1靠近所述承载平台5的另一端且能够垂直上下运动。
在本发明的一种优选实施方式中，如图2所示，所述软膜移动装置1为软膜移动辊，所述张力控制系统包括导轮10、张力轮11和软膜张力调节轮12，所述导轮10的高度高于所述软膜移动辊可移动的最高高度，所述张力轮11的高度低于所述导轮10的高度，所述软膜6依次绕过所述软膜移动辊的下方、所述导轮10的上方和所述张力轮11的下方后与所述软膜张力调节轮12连接。
其中，所述张力轮11用于监测软膜张力，实时显示张力信息并及时将张力信息输出给软膜张力调节轮12。所述张力轮11可以设置1个或多个，当设置多个时，可设置在软膜不同的位置，同时保持张力轮11与软膜的夹角恒定。
具体地，如图3所示，所述张力轮11包括轮体1101和分别设置在所述轮体1101两端的压力传感器1102，软膜6绕在轮体1101上，对轮体1101形成压力并通过压力传感器1102监测该压力，即软膜张力。
所述导轮10的作用是保证张力轮11与软膜6之间的夹角恒定，减少压印过程中夹角变化对张力造成波动，影响张力监控精度。
所述软膜张力调节轮12的作用是根据张力轮实时反馈的张力信息对软膜张力进行调节，使得压印过程中的张力稳定。具体地，软膜6的末端卷在软膜张力调节轮12上，当软膜张力变大，则软膜张力调节轮12会释放软膜长度从而使软膜张力降低；当软膜张力变小，则软膜张力调节轮12会拉紧软膜，使张力增大。
示例性地，所述张力控制系统还包括转轴电机，所述转轴电机与所述软膜张力调节轮12和张力轮11连接，所述张力轮11将张力信息反馈给转轴电机，转轴电机根据张力轮实时反馈的张力信息进行正转或反转，控制软膜张力调节轮12释放或拉紧软膜，从而调节软膜张力，使张力恒定。
所述软膜移动辊的作用是保持软膜上升和下降的同时，不影响软膜张力和压印角度。
在本发明的另一种优选实施方式中，如图4和图5所示，所述软膜移动装置1为软膜框16，所述张力控制系统包括软膜固定杆15，所述软膜固定杆15位于所述软膜框16中，所述软膜6的另一端与所述软膜固定杆15连接，所述软膜固定杆15上设置有张力传感器14，所述软膜固定杆15能够在软膜6延伸方向上来回移动。
所述张力传感器14能够感受到软膜6被拉伸的力，软膜6从放松到被拉平整，此状态为软膜不受力阶段，软膜6持续被拉伸，即软膜开始受力，此阶段为受力阶段，从不受力到受力过程中张力传感器14感受的力会产生变化，此变化值即为软膜感受到的力的大小，从而实现张力传感器14检测软膜6的张力。
所述软膜固定杆15根据张力传感器14反馈的张力信息在软膜框16中移动，保持张力恒定。
示例性地，所述张力控制系统还包括电机13，所述电机13分别与所述软膜固定杆15和所述张力传感器14连接。所述电机13根据张力传感器14反馈的张力信息控制软膜固定杆15在软膜框16中移动，保持张力恒定。具体来说，当软膜张力变大，则电机13控制软膜固定杆15移动，放松软膜，从而使软膜张力降低；当软膜张力变小，则电机13控制软膜固定杆15移动，拉紧软膜，从而使软膜张力增大。
所述电机13可以安装在软膜框16上，如图5所示；也可以设置在软膜框16外部，如图4所示。
进一步地，为了方便软膜固定杆15在软膜框16内的移动，所述软膜框16上设置有导轨17。
具体地，所述导轨17设置在软膜框16的两个相对边框上，软膜固定杆15的两端分别位于导轨17内，且能够在导轨17内移动。
为了提高张力监测的准确性，在所述软膜固定杆15的两端分别设置张力传感器14。
现有装置中，压印过程中压印角度非恒定，非恒定的压印角度会导致压印中排气速度、软膜上表面浮雕光栅的变形程度不一致，进而影响到结构填充的一致性。
为了保持压印角度恒定，即压印时，软膜与晶圆的夹角的一致性，从图6可知，压印角度恒定时，压印初始位和压印过程形成的三角形是同比例缩放的三角形。
从图6可知，因软膜移动装置1的运动时间和压印辊4的压印移动时间为同动，可知，LY/VY＝LX/VX，其中，LX为玻璃晶圆的直径，为已知参数；VX为压印辊移动速度，为已知参数；LY可由晶圆直径和已知角度A计算得出，即LY＝tanA×LX，膜框的移动速度VY可有上式计算得出，即VY＝tanA×LX×VX/LX＝tanA×VX。
因此，为了进一步提高结构填充的一致性，所述纳米压印装置还包括UV曝光装置3、压印辊4和恒定压印角度控制系统；
所述UV曝光装置3设置在所述软膜6的上方，所述压印辊4位于软膜6与UV曝光装置3之间，且能够自由移动；
所述恒定压印角度控制系统包括压印辊移动速度控制单元和软膜移动装置移动速度控制单元，所述软膜移动装置移动速度控制单元中设置有第一计算模块，所述第一计算模块根据式(I)计算软膜移动装置移动速度：
VY＝tanA×VX 式(I)。
其中，VY为软膜移动装置移动速度；A为软膜与玻璃晶圆之间夹角的角度，为恒定值；VX为压印辊移动速度，为已知参数值。
在现有的压印装置中，由于玻璃晶圆为圆形，压印过程中，如图8和图9所示，压印辊与玻璃晶圆的接触面积在一直变化，玻璃晶圆的不同位置受力面积会呈现抛物线规律变化，导致晶圆上不同位置的实际压强非恒定。非恒定的压强会导致晶圆上不同位置结构填充的程度不一致，进而影响到产品表面浮雕光栅结构的一致性。
因此，为了进一步提高晶圆上不同位置结构填充的一致性，所述纳米压印装置还包括恒定压印压强控制系统，所述恒定压印压强控制系统用于控制所述玻璃晶圆所受的压强恒定。
压强P为接触面积S与所受压力的乘积，压印过程中的受力情况如图7所示。通过压强的定义可知，为使压强保持恒定，因F2y已知且恒定(压印角度恒定且已知，软膜张力F2也恒定且已知)，只要使F1随S做相应调整即可实现压强P的恒定。
压印过程中，F2y可从张力感应器感知张力F2和压印角度A来测算出来(F2y＝F2×SinA)，晶圆与压印辊的接触面积S可从压印位置和晶圆直径测算出来(S＝辊轮接触宽度
其中，R为晶圆半径、X为压印距离。辊轮接触宽度L是恒定值，可由感压纸测试得出)，实际压强保持已知恒定的情况下，F1可由压强公式计算：F1＝F2Y+P×S。即，F1随S做相应的调整，可使实际压强P恒定。
由于在压印过程中，S是一个持续变化的一组数据，调整晶圆上不同位置的压力，使压力随压辊与晶圆的接触面积S对应调整，实现晶圆上实际压强的持续稳定。由公式可计算出对应的F1数据组。
由此，在一种优选的实施方式中，如图10所示，所述恒定压印压强控制系统包括压印辊压力数据组计算单元、PLC控制器19、电气比例阀21和气源装置23，所述气源装置23与所述压印辊4连接，所述电气比例阀21设置在所述气源装置23和所述压印辊4之间，所述压印辊压力数据组计算单元与所述PLC控制器19连接，所述PLC控制器19与所述电气比例阀21连接；所述压印辊压力数据组计算单元中设置有第二计算模块，所述第二计算模块根据式(II)和式(III)计算压印辊压力：
F1＝F2Y+P×S 式(II)。
其中，F1为压印辊压力；F2Y为软膜张力在Y轴上的分力；P为设定恒定压强值；S为玻璃晶圆受压的面积；L为压印辊与玻璃晶圆接触宽度；R为玻璃晶圆半径；X为压印距离。所述压印距离X是指压印辊在垂直于压印辊的直径上滚过的距离。
所述电气比例阀21的工作原理为：PLC控制器19提供给电气比例阀21的输入电压越大，电气比例阀21输出的气压越大。
在压印过程中，PLC控制器19根据压印辊压力数据组18向电气比例阀21输出电压数据组20，电气比例阀21根据电压数据组20输出相应的气压数据组22，压印辊4根据气压数据组22对软膜6施加相应的压力，从而使玻璃晶圆9所受的压强恒定。
在另一种优选的实施方式中，如图11所示，所述恒定压印压强控制系统包括垫片24，垫片24位于所述玻璃晶圆9的周围，所述垫片24与所述玻璃晶圆9形成一边与所述压印辊4平行的方形。由于垫片24与玻璃晶圆9形成一个完整的方形，压印辊4从方向的一侧移动至另一侧，接触面积不变，所以玻璃晶圆9受到的压强恒定。
所述垫片24可以选用玻璃/陶瓷等不易变形的材料，进一步地，所述垫片24的厚度和产品厚度(晶圆和压印胶的总厚度)一致，厚度差异＜10um。
另一方面，本发明还提供了一种纳米压印方法，采用上述纳米压印装置，所述纳米压印方法包括：压印辊4对软膜6施加压力，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印胶8实现线接触；压合后，压印辊4自软膜固定装置2向软膜移动装置1滚动对软膜6施压，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印胶8实现面接触，同时软膜移动装置1随着压印辊4的滚动而向下移动；通过UV曝光装置3的UV光使转印好的微结构定型；软膜移动装置1向上移动，同时压印辊4自软膜移动装置1向软膜固定装置2滚动，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印图案分离。
在压印过程中，通过张力轮11监控软膜6张力，根据张力轮11实时反馈的张力信息控制软膜张力调节轮12调整软膜6张力，进而保持软膜6张力的恒定；具体地，所述张力轮11将张力信息反馈给转轴电机，转轴电机根据张力轮实时反馈的张力信息进行正转或反转，控制软膜张力调节轮12释放或拉紧软膜，从而调节软膜张力，使张力恒定。
为了使压印过程中排气速度均匀以及进一步保证软膜上表面浮雕图案的变形程度一致，优选地，在压印过程中，始终保持软膜6与玻璃晶圆9之间夹角的角度为恒定值，软膜移动装置1的移动速度根据式I计算：
VY＝tanA×VX 式(I)。
其中，VY为软膜移动装置移动速度；A为软膜与玻璃晶圆之间夹角的角度，为恒定值；VX为压印辊移动速度，为已知参数值。
为了进一步促进填充结构的一致性，优选地，在压印过程中，PLC控制器19根据压印辊压力数据组18向电气比例阀21输出电压数据组20，电气比例阀21根据电压数据组20输出相应的气压数据组22，压印辊4根据气压数据组22对软膜6施加相应的压力，从而使玻璃晶圆9所受的压强恒定，压印辊4压力根据式(II)和式(III)计算：
F1＝F2Y+P×S 式(II)。
其中，F1为压印辊压力；F2Y为软膜张力在Y轴上的分力；P为设定恒定压强值；S为玻璃晶圆受压的面积；L为压印辊与玻璃晶圆接触宽度；R为玻璃晶圆半径；X为压印距离。
为了保证压印过程中玻璃晶圆9所受的压强恒定，也可以在玻璃晶圆9的周围设置垫片24，所述垫片24与所述玻璃晶圆9形成一边与所述压印辊4平行的方形，使玻璃晶圆9在压印过程中所受的压强恒定。
第二方面，本发明还提供了一种纳米压印方法，采用上述纳米压印装置，所述纳米压印方法包括：压印辊4对软膜6施加压力，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印胶8实现线接触；压合后，压印辊4自软膜固定装置2向软膜移动装置1滚动对软膜6施压，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印胶8实现面接触，同时软膜移动装置1随着压印辊4的滚动而向下移动；通过UV曝光装置3的UV光使转印好的微结构定型；软膜移动装置1向上移动，同时压印辊4自软膜移动装置1向软膜固定装置2滚动，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印图案分离。
在压印过程中，通过软膜固定杆15上的张力传感器14监控软膜6张力，电机13根据张力传感器14实时反馈的张力信息控制软膜固定杆15在软膜框16中来回移动，进而保持软膜6张力的恒定。
为了使压印过程中排气速度均匀以及进一步保证软膜上表面浮雕图案的变形程度一致，优选地，在压印过程中，始终保持软膜6与玻璃晶圆9之间夹角的角度为恒定值，软膜移动装置1的移动速度根据式(I)计算：
VY＝tanA×VX 式(I)。
其中，VY为软膜移动装置移动速度；A为软膜与玻璃晶圆之间夹角的角度，为恒定值；VX为压印辊移动速度，为已知参数值。
为了进一步促进填充结构的一致性，优选地，在压印过程中，PLC控制器19根据压印辊压力数据组18向电气比例阀21输出电压数据组20，电气比例阀21根据电压数据组20输出相应的气压数据组22，压印辊4根据气压数据组22对软膜6施加相应的压力，从而使玻璃晶圆9所受的压强恒定，压印辊4压力根据式(II)和式(III)计算：
F1＝F2Y+P×S 式(II)。
其中，F1为压印辊压力；F2Y为软膜张力在Y轴上的分力；P为设定恒定压强值；S为玻璃晶圆受压的面积；L为压印辊与玻璃晶圆接触宽度；R为玻璃晶圆半径；X为压印距离。
为了保证压印过程中玻璃晶圆9所受的压强恒定，也可以在玻璃晶圆9的周围设置垫片24，所述垫片24与所述玻璃晶圆9形成一边与所述压印辊4平行的方形，使玻璃晶圆9在压印过程中所受的压强恒定。
下面，通过具体实施例说明本发明的纳米压印装置和方法。
实施例1
压印辊4对软膜6施加压力，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印胶8实现线接触；压合后，压印辊4自软膜固定装置2向软膜移动装置1滚动对软膜6施压，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印胶8实现面接触，同时软膜移动装置1随着压印辊4的滚动而向下移动；通过UV曝光装置3的UV光使转印好的微结构定型；软膜移动装置1向上移动，同时压印辊4自软膜移动装置1向软膜固定装置2滚动，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印图案分离。
在压印过程中，通过张力轮11监控软膜6张力，根据张力轮11实时反馈的张力信息控制软膜张力调节轮12调整软膜6张力，进而保持软膜6张力的恒定；具体地，所述张力轮11将张力信息反馈给转轴电机，转轴电机根据张力轮实时反馈的张力信息进行正转或反转，控制软膜张力调节轮12释放或拉紧软膜，从而调节软膜张力，使张力恒定。
在压印过程中，始终保持软膜6与玻璃晶圆9之间夹角的角度为恒定值，软膜移动装置1的移动速度根据式I计算：
VY＝tanA×VX 式(I)。
其中，VY为软膜移动装置移动速度；A为软膜与玻璃晶圆之间夹角的角度，为恒定值；VX为压印辊移动速度，为已知参数值。
在压印过程中，PLC控制器19根据压印辊压力数据组18向电气比例阀21输出电压数据组20，电气比例阀21根据电压数据组20输出相应的气压数据组22，压印辊4根据气压数据组22对软膜6施加相应的压力，从而使玻璃晶圆9所受的压强恒定，压印辊4压力根据式(II)和式(III)计算：
F1＝F2Y+P×S 式(II)。
其中，F1为压印辊压力；F2Y为软膜张力在Y轴上的分力；P为设定恒定压强值；S为玻璃晶圆受压的面积；L为压印辊与玻璃晶圆接触宽度；R为玻璃晶圆半径；X为压印距离。
实施例2
压印辊4对软膜6施加压力，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印胶8实现线接触；压合后，压印辊4自软膜固定装置2向软膜移动装置1滚动对软膜6施压，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印胶8实现面接触，同时软膜移动装置1随着压印辊4的滚动而向下移动；通过UV曝光装置3的UV光使转印好的微结构定型；软膜移动装置1向上移动，同时压印辊4自软膜移动装置1向软膜固定装置2滚动，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印图案分离。
在压印过程中，通过张力轮11监控软膜6张力，根据张力轮11实时反馈的张力信息控制软膜张力调节轮12调整软膜6张力，进而保持软膜6张力的恒定；具体地，所述张力轮11将张力信息反馈给转轴电机，转轴电机根据张力轮实时反馈的张力信息进行正转或反转，控制软膜张力调节轮12释放或拉紧软膜，从而调节软膜张力，使张力恒定。
在压印过程中，始终保持软膜6与玻璃晶圆9之间夹角的角度为恒定值，软膜移动装置1的移动速度根据式I计算：
VY＝tanA×VX 式(I)。
其中，VY为软膜移动装置移动速度；A为软膜与玻璃晶圆之间夹角的角度，为恒定值；VX为压印辊移动速度，为已知参数值。
在玻璃晶圆9的周围设置垫片24，所述垫片24与所述玻璃晶圆9形成一边与所述压印辊4平行的方形，使玻璃晶圆9在压印过程中所受的压强恒定。
实施例3
压印辊4对软膜6施加压力，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印胶8实现线接触；压合后，压印辊4自软膜固定装置2向软膜移动装置1滚动对软膜6施压，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印胶8实现面接触，同时软膜移动装置1随着压印辊4的滚动而向下移动；通过UV曝光装置3的UV光使转印好的微结构定型；软膜移动装置1向上移动，同时压印辊4自软膜移动装置1向软膜固定装置2滚动，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印图案分离。
在压印过程中，通过软膜固定杆15上的张力传感器14监控软膜6张力，电机13根据张力传感器14实时反馈的张力信息控制软膜固定杆15在软膜框16中来回移动，进而保持软膜6张力的恒定。
在压印过程中，始终保持软膜6与玻璃晶圆9之间夹角的角度为恒定值，软膜移动装置1的移动速度根据式(I)计算：
VY＝tanA×VX 式(I)。
其中，VY为软膜移动装置移动速度；A为软膜与玻璃晶圆之间夹角的角度，为恒定值；VX为压印辊移动速度，为已知参数值。
在压印过程中，PLC控制器19根据压印辊压力数据组18向电气比例阀21输出电压数据组20，电气比例阀21根据电压数据组20输出相应的气压数据组22，压印辊4根据气压数据组22对软膜6施加相应的压力，从而使玻璃晶圆9所受的压强恒定，压印辊4压力根据式(II)和式(III)计算：
F1＝F2Y+P×S 式(II)。
其中，F1为压印辊压力；F2Y为软膜张力在Y轴上的分力；P为设定恒定压强值；S为玻璃晶圆受压的面积；L为压印辊与玻璃晶圆接触宽度；R为玻璃晶圆半径；X为压印距离。
实施例4
压印辊4对软膜6施加压力，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印胶8实现线接触；压合后，压印辊4自软膜固定装置2向软膜移动装置1滚动对软膜6施压，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印胶8实现面接触，同时软膜移动装置1随着压印辊4的滚动而向下移动；通过UV曝光装置3的UV光使转印好的微结构定型；软膜移动装置1向上移动，同时压印辊4自软膜移动装置1向软膜固定装置2滚动，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印图案分离。
在压印过程中，通过软膜固定杆15上的张力传感器14监控软膜6张力，电机13根据张力传感器14实时反馈的张力信息控制软膜固定杆15在软膜框16中来回移动，进而保持软膜6张力的恒定。
在压印过程中，始终保持软膜6与玻璃晶圆9之间夹角的角度为恒定值，软膜移动装置1的移动速度根据式(I)计算：
VY＝tanA×VX 式(I)。
其中，VY为软膜移动装置移动速度；A为软膜与玻璃晶圆之间夹角的角度，为恒定值；VX为压印辊移动速度，为已知参数值。
在玻璃晶圆9的周围设置垫片24，所述垫片24与所述玻璃晶圆9形成一边与所述压印辊4平行的方形，使玻璃晶圆9在压印过程中所受的压强恒定。
实施例1-4纳米压印制备的玻璃晶圆上的浮雕图案具有较高的结构填充一致性。实施例1纳米压印制备的玻璃晶圆上的浮雕图案结构如图12所示，结构填充一致，结构形貌较好。
对比例1
采用图1所示的装置及方法：压印辊4对软膜6施加压力，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印胶8实现线接触；压合后，压印辊4自软膜固定装置2向软膜移动装置1滚动对软膜6施压，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印胶8实现面接触，同时软膜移动装置1随着压印辊4的滚动而向下移动；通过UV曝光装置3的UV光使转印好的微结构定型；软膜移动装置1向上移动，同时压印辊4自软膜移动装置1向软膜固定装置2滚动，使软膜6上的表面浮雕图案7和玻璃晶圆9上的压印图案分离。即，没有对软膜张力、压印角度和压强进行监控和调节。
对比例1纳米压印制备的玻璃晶圆上的浮雕图案如图13所示，结构填充一致性差，结构形貌较差。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种纳米压印装置，其特征在于，所述纳米压印装置包括张力控制系统、软膜移动装置(1)和软膜固定装置(2)；
带有表面浮雕图案(7)的软膜(6)的一端与所述软膜固定装置(2)连接，软膜(6)的另一端依次与所述软膜移动装置(1)和所述张力控制系统连接，所述张力控制系统控制软膜(6)张力恒定。
2.根据权利要求1所述的纳米压印装置，其特征在于，所述软膜移动装置(1)为软膜移动辊，所述张力控制系统包括导轮(10)、张力轮(11)和软膜张力调节轮(12)，所述导轮(10)的高度高于所述软膜移动辊可移动的最高高度，所述张力轮(11)的高度低于所述导轮(10)的高度，所述软膜(6)依次绕过所述软膜移动辊的下方、所述导轮(10)的上方和所述张力轮(11)的下方后与所述软膜张力调节轮(12)连接。
3.根据权利要求1所述的纳米压印装置，其特征在于，所述软膜移动装置(1)为软膜框(16)，所述张力控制系统包括软膜固定杆(15)，所述软膜固定杆(15)位于所述软膜框(16)中，所述软膜(6)的另一端与所述软膜固定杆(15)连接，所述软膜固定杆(15)上设置有张力传感器(14)，所述软膜固定杆(15)能够在软膜(6)延伸方向上来回移动。
4.根据权利要求3所述的纳米压印装置，其特征在于，所述张力控制系统还包括电机(13)，所述电机(13)分别与所述软膜固定杆(15)和所述张力传感器(14)连接。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的纳米压印装置，其特征在于，所述纳米压印装置还包括UV曝光装置(3)、压印辊(4)和恒定压印角度控制系统；
所述UV曝光装置(3)设置在所述软膜(6)的上方，所述压印辊(4)位于软膜(6)与UV曝光装置(3)之间，且能够自由移动；
所述恒定压印角度控制系统包括压印辊移动速度控制单元和软膜移动装置移动速度控制单元，所述软膜移动装置移动速度控制单元中设置有第一计算模块，所述第一计算模块根据式(I)计算软膜移动装置移动速度：
VY＝tanA×VX 式(I)；
其中，VY为软膜移动装置移动速度；A为软膜与玻璃晶圆之间夹角的角度，为恒定值；VX为压印辊移动速度，为已知参数值。
6.根据权利要求5所述的纳米压印装置，其特征在于，所述纳米压印装置还包括恒定压印压强控制系统，所述恒定压印压强控制系统用于控制玻璃晶圆(9)所受的压强恒定。
7.根据权利要求6所述的纳米压印装置，其特征在于，所述恒定压印压强控制系统包括压印辊压力数据组计算单元、PLC控制器(19)、电气比例阀(21)和气源装置(23)，所述气源装置(23)与所述压印辊(4)连接，所述电气比例阀(21)设置在所述气源装置(23)和所述压印辊(4)之间，所述压印辊压力数据组计算单元与所述PLC控制器(19)连接，所述PLC控制器(19)与所述电气比例阀(21)连接；所述压印辊压力数据组计算单元中设置有第二计算模块，所述第二计算模块根据式(II)和式(III)计算压印辊压力：
F1＝F2Y+P×S 式(II)；
其中，F1为压印辊压力；F2Y为软膜张力在Y轴上的分力；P为设定恒定压强值；S为玻璃晶圆受压的面积；L为压印辊与玻璃晶圆接触宽度；R为玻璃晶圆半径；X为压印距离。
8.根据权利要求6所述的纳米压印装置，其特征在于，所述恒定压印压强控制系统包括垫片(24)，垫片(24)设置在玻璃晶圆(9)的周围，所述垫片(24)与玻璃晶圆(9)形成一边与所述压印辊(4)平行的方形。
9.一种纳米压印方法，其特征在于，采用权利要求7或8所述的纳米压印装置，所述纳米压印方法包括：压印辊(4)对软膜(6)施加压力，使软膜(6)上的表面浮雕图案(7)和玻璃晶圆(9)上的压印胶(8)实现线接触；压合后，压印辊(4)自软膜固定装置(2)向软膜移动装置(1)滚动对软膜(6)施压，使软膜(6)上的表面浮雕图案(7)和玻璃晶圆(9)上的压印胶(8)实现面接触，同时软膜移动装置(1)随着压印辊(4)的滚动而向下移动；通过UV曝光装置(3)的UV光使转印好的微结构定型；软膜移动装置(1)向上移动，同时压印辊(4)自软膜移动装置(1)向软膜固定装置(2)滚动，使软膜(6)上的表面浮雕图案(7)和玻璃晶圆(9)上的压印图案分离；
在压印过程中，通过张力轮(11)监控软膜(6)张力，根据张力轮(11)实时反馈的张力信息控制软膜张力调节轮(12)调整软膜(6)张力，进而保持软膜(6)张力的恒定。
10.根据权利要求9所述的纳米压印方法，其特征在于，所述纳米压印方法还包括：在压印过程中，始终保持软膜(6)与玻璃晶圆(9)之间夹角的角度为恒定值，软膜移动装置(1)的移动速度根据式(I)计算：
VY＝tanA×VX 式(I)；
其中，VY为软膜移动装置移动速度；A为软膜与玻璃晶圆之间夹角的角度，为恒定值；VX为压印辊移动速度，为已知参数值。
11.根据权利要求10所述的纳米压印方法，其特征在于，所述纳米压印方法还包括：在压印过程中，PLC控制器(19)根据压印辊压力数据组(18)向电气比例阀(21)输出电压数据组(20)，电气比例阀(21)根据电压数据组(20)输出相应的气压数据组(22)，压印辊(4)根据气压数据组(22)对软膜(6)施加相应的压力，从而使玻璃晶圆(9)所受的压强恒定，压印辊(4)压力根据式(II)和式(III)计算：
F1＝F2Y+P×S 式(II)；
其中，F1为压印辊压力；F2Y为软膜张力在Y轴上的分力；P为设定恒定压强值；S为玻璃晶圆受压的面积；L为压印辊与玻璃晶圆接触宽度；R为玻璃晶圆半径；X为压印距离。
12.根据权利要求10所述的纳米压印方法，其特征在于，所述纳米压印方法还包括：在玻璃晶圆(9)的周围设置垫片(24)，所述垫片(24)与所述玻璃晶圆(9)形成一边与所述压印辊(4)平行的方形，使玻璃晶圆(9)在压印过程中所受的压强恒定。
13.一种纳米压印方法，其特征在于，采用权利要求7或8所述的纳米压印装置，所述纳米压印方法包括：压印辊(4)对软膜(6)施加压力，使软膜(6)上的表面浮雕图案(7)和玻璃晶圆(9)上的压印胶(8)实现线接触；压合后，压印辊(4)自软膜固定装置(2)向软膜移动装置(1)滚动对软膜(6)施压，使软膜(6)上的表面浮雕图案(7)和玻璃晶圆(9)上的压印胶(8)实现面接触，同时软膜移动装置(1)随着压印辊(4)的滚动而向下移动；通过UV曝光装置(3)的UV光使转印好的微结构定型；软膜移动装置(1)向上移动，同时压印辊(4)自软膜移动装置(1)向软膜固定装置(2)滚动，使软膜(6)上的表面浮雕图案(7)和玻璃晶圆(9)上的压印图案分离；
在压印过程中，通过软膜固定杆(15)上的张力传感器(14)监控软膜(6)张力，电机(13)根据张力传感器(14)实时反馈的张力信息控制软膜固定杆(15)在软膜框(16)中来回移动，进而保持软膜(6)张力的恒定。
14.根据权利要求13所述的纳米压印方法，其特征在于，所述纳米压印方法还包括：在压印过程中，始终保持软膜(6)与玻璃晶圆(9)之间夹角的角度为恒定值，软膜移动装置(1)的移动速度根据式(I)计算：
VY＝tanA×VX 式(I)；
其中，VY为软膜移动装置移动速度；A为软膜与玻璃晶圆之间夹角的角度，为恒定值；VX为压印辊移动速度，为已知参数值。
15.根据权利要求14所述的纳米压印方法，其特征在于，所述纳米压印方法还包括：在压印过程中，PLC控制器(19)根据压印辊压力数据组(18)向电气比例阀(21)输出电压数据组(20)，电气比例阀(21)根据电压数据组(20)输出相应的气压数据组(22)，压印辊(4)根据气压数据组(22)对软膜(6)施加相应的压力，从而使玻璃晶圆(9)所受的压强恒定，压印辊(4)压力根据式(II)和式(III)计算：
F1＝F2Y+P×S 式(II)；
其中，F1为压印辊压力；F2Y为软膜张力在Y轴上的分力；P为设定恒定压强值；S为玻璃晶圆受压的面积；L为压印辊与玻璃晶圆接触宽度；R为玻璃晶圆半径；X为压印距离。
16.根据权利要求14所述的纳米压印方法，其特征在于，所述纳米压印方法还包括：在玻璃晶圆(9)的周围设置垫片(24)，所述垫片(24)与所述玻璃晶圆(9)形成一边与所述压印辊(4)平行的方形，使玻璃晶圆(9)在压印过程中所受的压强恒定。
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