CN208766456U - 采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，包括底座；工作台、导向柱，垂直设置在底座上；衬底，放置于工作台上，衬底上表面旋涂有压印胶层；模具夹持单元，设于导向柱上并且可沿导向柱上下移动；软膜夹具，设于模具夹持单元上；软膜模板，设于压印胶层上方，软膜模板与压印胶层相接触的面上设有微纳米压印图案，软膜模板一端与软膜夹具固定，软膜模板的另一端与工作台固定；压印装置，设于软膜模板上方，所述压印装置上设有压辊；UV固化装置，设于软膜模板上方并且可在软膜模板上方横向及纵向移动。本实用新型可在超大尺寸的非平整刚性衬底上实现均匀、高效、低成本制造，实现大尺寸刚性衬底的大面积纳米转印图形化。

Description

采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置

技术领域

本实用新型涉及一种纳米压印装置，尤其涉及一种采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置。

背景技术

现有的微纳米制造技术，例如光学光刻，电子束光刻，激光干涉光刻等。目前，可加工的最大图形化面积局限在12英寸晶圆，且对衬底平整度要求苛刻，生产成本高，制造效率低。

近年来，发展起来的一种新型微纳米加工技术是美国普林斯顿大学华裔科学家周郁在20世纪1995年首先提出的，该技术通过机械转移的手段，达到了超高的分辨率，具有生产效率高，成本低，工艺过程简单等优点，是纳米大面积尺寸结构复制最有前途的光刻技术之一。

CN206057790U公开了一种大滚轮紫外线软压印装置，用于对衬底表面的压印胶进行压印；该装置包括滚轮，在滚轮内部设有紫外线光源，且紫外线光源发出的紫外光能从滚轮射出；软膜模板，其设置于滚轮的外表面，且在软膜模板上设有压印图形，用于对衬底表面的压印胶进行压印；所述装置结构简单，可以有效实现大范围的纳米压印，但是存在这样的问题：纳米压印过程中线接触固化需要的时间长，且模具使用寿命短、模具制造困难。

CN206788549U公开了一种大面积平板吸附压印装置，该装置包括软膜模具，其表面设置有压印图案；模具驱动部，其驱动面上设置有多个孔体，模具驱动部还连接吸附驱动装置，吸附驱动装置驱动孔体吸附住软膜模具，孔体在驱动面分为多个由内至外分布直径逐渐变大的环形孔体组，每个环形孔体组包括多个组成环形的孔体，各个环形孔体组的圆心重合，重合处设有一孔体；底板，其上设置有样品，样品上涂覆有固化胶；压印时，模具就像水波纹一样地逐渐贴覆到固化胶上去，克服直接压制所带来的应力等问题，使得贴覆更为轻盈和紧密，从而有效地解决固化胶表面的气泡问题，但是大面积施压不均匀会导致压印后图形残留层厚度不一致。

不论是上述滚轮型纳米压印装置，还是平板型纳米压印装置，在进行大幅面纳米压印时都存在软膜模板容易塌陷、不容易固定、模板和刚性衬底大面积均匀施压难度高、大面积共形接触难度大的问题，并且纳米压印效率低，纳米压印装置过于复杂。

发明内容

为解决上述存在的问题，本实用新型提供一种采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，可在超大尺寸的非平整刚性衬底上实现均匀、高效、低成本制造，实现大尺寸刚性衬底的大面积纳米转印图形化。

本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案为：采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，包括底座；

工作台、导向柱，垂直设置在底座上，工作台与导向柱之间预留有间距；

衬底，放置于工作台上，衬底上表面旋涂有压印胶层；

模具夹持单元，设于导向柱上并且可沿导向柱上下移动；

软膜夹具，设于模具夹持单元上，软膜夹具可沿模具夹持单元水平横向移动；

软膜模板，设于压印胶层上方，软膜模板与压印胶层相接触的面上设有微纳米压印图案，软膜模板一端与软膜夹具固定，软膜模板的另一端与工作台固定；

压印装置，设于软膜模板上方，所述压印装置上设有压辊，压印装置可在软膜模板上方横向或纵向移动，压印装置上设有压力传感器，软膜夹具在模具夹持单元上横向移动，实时调整压印过程中软膜模板的松紧度，压印装置驱动压辊下压直至使软膜模板与衬底上的压印胶层贴合压紧；然后驱动压辊在软膜模板上匀速滚动、同时通过协调控制模具夹持单元的升降及软膜夹具的横向移动、实现超大尺寸软膜模板与衬底的线性均匀压印，压印完成后，压印装置驱动压辊上升，使其远离软膜模板；

UV固化装置，设于软膜模板上方并且可在软膜模板上方横向及纵向移动，当压印装置驱动压辊远离软膜模板后，UV固化装置下移至软膜模板上方，对压印胶进行固化。

上述的采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，所述工作台上表面嵌有真空吸盘，所述真空吸盘上方与衬底底面相吸，在工作台远离导向柱一端设有支撑块，所述衬底和压印胶层相加的厚度与支撑块的厚度相同，所述支撑块上设有用于定位软膜模板的定位销。

上述的采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，所述模具夹持单元包括与导向柱滑动连接的模具支撑架，与模具支撑架连接的驱动模具支撑架沿导向柱滑动的驱动装置，所述模具支撑架上设有容置腔，在容置腔内设有单向阻尼轨道，软膜夹具设于容置腔内并与单向阻尼轨道相接触。

上述的采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，所述驱动装置采用与模具支撑架连接的电动缸或采用与模具支撑架连接的丝杠并通过电机驱动的方式。

上述的采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，所述单向阻尼轨道为具有周期性的凹凸结构，所述单向阻尼轨道材质为具有较小形变量的高分子聚合物。

上述的采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，所述软膜夹具上设有用于夹持软膜模板的夹持口。

上述的采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，所述压印装置包括与压辊转动连接的纵向伸缩支架以及与纵向伸缩支架顶部连接的横向伸缩支架，所述压辊的外表面设有弹性层。

上述的采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，所述UV固化装置为UV固化灯，与UV固化灯连接有纵向伸缩架以及与纵向伸缩架顶部连接的横向伸缩架。

上述的采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，所述容置腔内设有可驱动软膜夹具横向移动的电动缸。

本实用新型的有益效果在于：通过模具夹持单元、定位销、压印装置的配合，实现软膜模板与旋涂在衬底上的压印胶层线性、顺次接触压印，压辊的外表面设置有弹性层，使压印力分布更加均匀，用较小的压印力就能实现软膜模板到衬底上压印胶的完全转印，同时避免了压印过程中气泡的产生；通过导向柱、模具夹持单元和定位销的配合，解决了因软膜模板面积大容易塌陷、软膜模板容易褶皱或拉伸不完全导致的软膜模板上微纳米压印图案转印不完整的问题，保证了大幅面纳米压印图案到衬底的完全转印；同时，实现了衬底上压印胶层固化后的图案与软膜模板上微纳米结构压印图案的自动分离。

附图说明

图1为本实用新型的初始工作状态图；

图2为本实用新型的压印工作状态图；

图3为本实用新型的固化成型工作状态图；

图4为模具夹持单元与软膜夹具的连接结构示意图一；

图5为模具夹持单元与软膜夹具的连接结构示意图二。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

实施例1

如图1、2、3、4所示，采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，包括底座1；

工作台2、导向柱3，垂直设置在底座1上并与底座1固定，工作台2与导向柱3之间预留有间距, 根据不同工艺的需求间距的设置距离可以是1CM-50CM；所述工作台2上表面嵌有真空吸盘4，真空吸盘4工作时其顶部与工作台2上表面平齐，

衬底5，放置于工作台2上，衬底5上表面旋涂有压印胶层6；所述压印胶层为紫外曝光固化型压印胶涂层，所述真空吸盘4上方与衬底5底面相吸，衬底5吸附在真空吸盘4上时其底面与工作台2的上表面贴合；

模具夹持单元7，设于导向柱3上并且可沿导向柱3上下移动；所述模具夹持单元7包括与导向柱3滑动连接的模具支撑架8，与模具支撑架8连接的驱动模具支撑架8沿导向柱3滑动的驱动装置9，所述驱动装置9采用与模具支撑架8连接的电动缸或采用与模具支撑架8连接的丝杠并通过电机驱动的方式，两种方式均为现有技术，不再详细的赘述；

软膜模板10，设于压印胶层6上方，软膜模板10与压印胶层6相接触的面上设有微纳米压印图案；

软膜夹具11，设于模具夹持单元7上，软膜夹具11可沿模具夹持单元7水平横向移动；所述软膜夹具11上设有用于夹持软膜模板10的夹持口12；所述模具支撑架8上设有容置腔13以及与容置腔13相通的开口14，在容置腔13内设有单向阻尼轨道15，软膜夹具11设于容置腔13内并与单向阻尼轨道15相接触，所述单向阻尼轨道15为具有周期性的凹凸结构，所述单向阻尼轨道15材质为具有较小形变量的高分子聚合物，例如聚氨酯，丁晴橡胶，硅橡胶等；

软膜模板10一端与软膜夹具11上的夹持口12固定，固定方式采用螺钉或螺栓固定的方式，软膜模板10的另一端与工作台2固定，具体固定方式为：在工作台2远离导向柱一端设有支撑块17，支撑块17与工作台2相固定，固定方式为焊接方式，所述衬底5和压印胶层6相加的厚度与支撑块17的厚度相同，所述支撑块17上设有用于定位软膜模板10的定位销18，定位销18与支撑块17螺纹连接；

压印装置19，设于软膜模板10上方，所述压印装置19上设有压辊20，压辊20通过驱动电机驱动27，驱动电机在图中未给出，压印装置19可在软膜模板10上方横向或纵向移动，压印装置19上设有压力传感器，压力传感器在图中未给出，压力传感器具体设置在压辊20上，所述压印装置19包括与压辊20转动连接的纵向伸缩支架21以及与纵向伸缩支架21顶部连接的横向伸缩支架22，纵向伸缩支架21及横向伸缩支架22可以为固定在外部设备上的电动缸或气缸，所述压辊20的外表面设有弹性层23，弹性层23为橡胶套，软膜夹具11在模具夹持单元7上横向移动，实时调整压印过程中软膜模板10的松紧度，压印装置19驱动压辊20下压直至使软膜模板10与衬底5上的压印胶层6贴合压紧；然后驱动电机27驱动压辊20在软膜模板10上匀速滚动、同时通过协调控制模具夹持单元7的升降及软膜夹具11的横向移动、实现超大尺寸软膜模板10与衬底5的线性均匀压印，压印完成后，压印装置19驱动压辊20上升，使其远离软膜模板10；

UV固化装置24，设于软膜模板10上方并且可在软膜模板10上方横向及纵向移动，当压印装置19驱动压辊20远离软膜模板10后，UV固化装置24下移至软膜模板10上方，对压印胶进行曝光固化，所述UV固化装置24为UV固化灯，UV固化灯为现有技术，不再赘述，与UV固化灯连接有纵向伸缩架25以及与纵向伸缩架25顶部连接的横向伸缩架26，纵向伸缩架25及横向伸缩架26可以为固定在外部设备上的电动缸或气缸。

实施例2

如图5所示，与实施例1不同之处在于：所述容置腔13内设有可驱动软膜夹具11横向移动的电动缸16。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (9)

1.采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，其特征在于：包括底座；

工作台、导向柱，垂直设置在底座上，工作台与导向柱之间预留有间距；

衬底，放置于工作台上，衬底上表面旋涂有压印胶层；

模具夹持单元，设于导向柱上并且可沿导向柱上下移动；

软膜夹具，设于模具夹持单元上，软膜夹具可沿模具夹持单元水平横向移动；

软膜模板，设于压印胶层上方，软膜模板与压印胶层相接触的面上设有微纳米压印图案，软膜模板一端与软膜夹具固定，软膜模板的另一端与工作台固定；

压印装置，设于软膜模板上方，所述压印装置上设有压辊，压印装置可在软膜模板上方横向或纵向移动，压印装置上设有压力传感器，软膜夹具在模具夹持单元上横向移动，实时调整压印过程中软膜模板的松紧度，压印装置驱动压辊下压直至使软膜模板与衬底上的压印胶层贴合压紧；然后驱动压辊在软膜模板上匀速滚动、同时通过协调控制模具夹持单元的升降及软膜夹具的横向移动、实现超大尺寸软膜模板与衬底的线性均匀压印，压印完成后，压印装置驱动压辊上升，使其远离软膜模板；

UV固化装置，设于软膜模板上方并且可在软膜模板上方横向及纵向移动，当压印装置驱动压辊远离软膜模板后，UV固化装置下移至软膜模板上方，对压印胶进行固化。

2.根据权利要求1所述的采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，其特征在于：所述工作台上表面嵌有真空吸盘，所述真空吸盘上方与衬底底面相吸，在工作台远离导向柱一端设有支撑块，所述衬底和压印胶层相加的厚度与支撑块的厚度相同，所述支撑块上设有用于定位软膜模板的定位销。

3.根据权利要求1所述的采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，其特征在于：所述模具夹持单元包括与导向柱滑动连接的模具支撑架，与模具支撑架连接的驱动模具支撑架沿导向柱滑动的驱动装置，所述模具支撑架上设有容置腔，在容置腔内设有单向阻尼轨道，软膜夹具设于容置腔内并与单向阻尼轨道相接触。

4.根据权利要求3所述的采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，其特征在于：所述驱动装置采用与模具支撑架连接的电动缸或采用与模具支撑架连接的丝杠并通过电机驱动的方式。

5.根据权利要求3所述的采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，其特征在于：所述单向阻尼轨道为具有周期性的凹凸结构，所述单向阻尼轨道材质为具有较小形变量的高分子聚合物。

6.根据权利要求1所述的采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，其特征在于：所述软膜夹具上设有用于夹持软膜模板的夹持口。

7.根据权利要求1所述的采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，其特征在于：所述压印装置包括与压辊转动连接的纵向伸缩支架以及与纵向伸缩支架顶部连接的横向伸缩支架，所述压辊的外表面设有弹性层。

8.根据权利要求1所述的采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，其特征在于：所述UV固化装置为UV固化灯，与UV固化灯连接有纵向伸缩架以及与纵向伸缩架顶部连接的横向伸缩架。

9.根据权利要求3所述的采用超大尺寸软膜模板进行大面积压印的纳米压印装置，其特征在于：所述容置腔内设有可驱动软膜夹具横向移动的电动缸。