一种大面积纳米压印软模具复制装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及属微纳制造技术领域，尤其涉及一种大面积纳米压印软模具复制装置及方法。
【背景技术】
[0002]纳米压印光刻(Nanoimprint Lithography, NIL)是一种全新的微纳米结构制造方法，它是一种使用模具通过抗蚀剂的受力变形实现其图形化的技术。与现有的微纳米制造方法相比，NIL具有高分辩率、超低成本(国际权威机构评估同等制作水平的NIL比传统光学投影光刻至少低一个数量级)和高生产率的特点。尤其是近年出现的大面积纳米压印、晶圆级(整片晶圆)纳米压印，已经被认为是实现大面积微纳结构高效、低成本批量化制造最具有工业化应用前景的技术之一。
[0003]但是，大面积纳米压印使用的软模具目前依靠手工制造完成，所生产的模具在质量、成本、效率等方面还远远无法满足工业级规模化生产的要求，并且现有的制造方法仅能够实现小尺寸软模具的制造，但是，难以实现大尺寸(尤其是4寸以上整片晶圆纳米压印需要的软模具)制造。上述问题目前已经成为制约大面积纳米压印技术广泛工业化应用的最大技术瓶颈。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种大面积纳米压印软模具复制装置及方法，能够实现大尺寸(晶圆级)软模具高效、低成本批量化的制造。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]—种大面积纳米压印软模具复制装置，它包括:底座、工作台、母模、垫圈、模具图形层、模具支撑层、动板、限位模块、Z向位移台、导向柱。其中工作台固定在底座之上；母模通过真空吸附固定在工作台之上；垫圈通过真空吸附固定在工作台之上，并包围嵌在母模的外侧；液态模具图形层材料滴在母模之上；模具支撑层通过真空吸附固定在动板的下表面；限位模块置于动板之上<1向位移台与动板相连接；导向柱固定在底座上，并穿过动板。
[0007]所述底座的结构包括:铝板和调节螺钉，其中调节螺钉置于铝板的下面，用于实现底座高度的调整和水平面的调平。
[0008]所述工作台的结构包括:基座、加热元件，其中加热元件包括加热管或者加热片，其置于基座的内部，实现对基座的加热；基座上表面设有环形槽、“十字”槽和气路。基座通过真空吸附固定母模和垫圈。
[0009]所述母模包括:硅模具、石英模具、镍模具等。
[0010]所述垫圈的材料为特氟龙、HJ等低表面能材料，它置于基座上表面，包围嵌在母模的外侧，垫圈的内径尺寸与母模的外径相等，垫圈的高度高于母模的高度，垫圈与母模的高度差就是模具特征图形层的高度，垫圈的宽度3-10毫米。垫圈上设有通孔，将多余的液态图形材料挤压到工作台基座的环形槽内。
[0011]所述复制的软模具，它至少包括模具图形层(特征结构层)和模具支撑层(背衬)，其中模具图形层的厚度0.05-1毫米，模具支撑层的厚度是0.2-3毫米；模具图形层和模具支撑层可以是同种材料，也可以是不同种类的材料。
[0012]所述动板的结构包括:支撑板、玻璃盖板、压环、直线轴承，其中玻璃盖板固定在支撑板的上表面；压环置于支撑板下表面的环形凹槽中，并通过真空吸附固定于支撑板的环形凹槽中；支撑板的下表面还设有环形槽、气路，通过真空吸附固定复合软模具的支撑层；支撑板的中心轴线上还设有个通孔，用于限位压头的穿过；直线轴承固定在支撑板的4个角部，与导向柱相配合实现对动板导向，确保动板上下移动过程中保持与工作台的平行。
[0013]所述限位模块的结构包括:支架、限位压头，其中支架固定在底座上，限位压头置于支架的横梁上。其中心与动板的支撑板的中心轴线上的2个通孔相重合。
[0014]所述Z向位移台的结构包括:支架、位移台、连接板，其中支架的底板与底座相连接并固定在底座上；位移台固定在支架的立板上山形连接板一端固定在位移台上，另一端固定在动板的支撑板上。通过Z向位移台带动动板实现动板的上下移动。
[0015]所述导向柱与动板的直线轴承相配合，起到导向作用，确保动板上下移动过程中保持与工作台平行。
[0016]所述导向柱的数量为2个、3个或者4个。
[0017]所述复制软模具图形层的高度通过垫圈的高度来调节。
[0018]—种大面积纳米压印软模具复制装置的工作方法，包括以下步骤:
[0019](I)模具复制准备
[0020]①母模和垫圈固定在工作台的基座上；
[0021]②动板升高到设定的最高位置，压环固定于动板支撑板下表面的环形凹槽中，模具支撑层固定于动板的支撑板下表面；
[0022]③限位模块的限位压头置于设定的最高位；
[0023](2)模具复制
[0024]①模具图形层材料置于母模中央；
[0025]②Z向位移台带动动板下降；
[0026]③使模具支撑层与垫圈和模具图形层材料紧密接触，模具图形层材料对母模特征腔体完全填充，多余的模具图形层材料通过垫圈的通孔流到工作台基座的环形槽内；
[0027](3)动板移除
[0028](4)固化
[0029](5)脱模。
[0030]本发明的有益效果是:
[0031](I)结构简单、操作方便、成本低。
[0032](2)系统的适应性广，柔性高，可以用于不同尺寸(比如可以用于制造4英寸、6英寸以及8英寸以上等晶圆级软模具制造)、不同形状软模具的制造。
[0033](3)能够实现高效、低成本批量化制造软模具，满足工业级应用的要求。
[0034](4)所制造的软模具质量好、精度高、缺陷低。
[0035](5)本发明实现了大尺寸晶圆级软模具低成本、高效、高精度和规模化的制造，为大面积纳米压印和整片晶圆纳米压印提供一种重要的支撑工具和技术。
【附图说明】
[0036]图1是本发明大面积纳米压印软模具复制装置结构示意图一；
[0037]图2是本发明大面积纳米压印软模具复制装置结构示意图二 ；
[0038]图3是本发明工作台的基座结构示意图；
[0039]图4是本发明实施例软模具结构示意图；
[0040]图5是本发明动板的支撑板结构示意图；
[0041]图6是本发明限位模块结构示意图；
[0042]图7是本发明Z向位移台结构示意图；
[0043]图8是本发明实施例软模具复制工作过程流程图。
[0044]其中，I底座，2工作台，3母模，4垫圈，5模具图形层，6模具支撑层，7动板，8限位模块，9Z向位移台，10导向柱；
[0045]201基座，202加热管，203环形槽，204“十字”槽，205气路一，206气路二 ；30软模具；701支撑板，702玻璃盖板，703气路，704直线轴承，705通孔；801支架，802限位压头，803横梁；901支架，902位移台，903连接板，904底板，905立板。
【具体实施方式】
[0046]下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明:
[0047]应当理解，本发明中，如支撑板，其作用为作为支撑平台，并不必然表示其为板型件，因此，本文中所使用术语主要用于特定目的和所解决的技术问题的表达，不为其名称所限定。
[0048]如图1和图2所示，一种大面积纳米压印软模具复制装置，包括:底座1、工作台2、母模3、垫圈4、模具图形层5、模具支撑层6、动板7、限位模块8、Z向位移台9、导向柱10。
[0049]如图1所示，工作台2固定在底座I之上；母模3通过真空吸附固定在工作台2之上；垫圈4通过真空吸附固定在工作台2之上，并包围嵌在母模3的外侧；液态模具图形层材料5涂铺在母模3之上；模具支撑层6通过真空吸附固定在动板7的下表面；限位模块8置于动板7之上；Z向位移台9与动板6相连接；导向柱10固定在底座上，并穿过动板7。
[0050]底座I的结构为:包括铝板和调节螺钉，其中4个调节螺钉置于铝板的下面，用于实现底座I的高度调整和水平面的调平。
[0051]工作台2的结构为:包括基座201、加热元件，其中加热元件为加热管202，其置于基座201的内部，实现对基座201的加热；基座201上表面设有环形槽203、“十字”槽204和气路一 205和气路二 206 ;真空气体通过“十字”槽204传送到环形槽203，实现对母模的真空吸附固定，气路接头拧在气路一 205，气路一 205的水平孔与气路二 206的垂直孔相连通，进一步通过气路二 206将真空气体通过相连的“十字”槽204传送到环形槽203，实现对母模的真空吸附固定。基座201通过真空吸附固定母模3。其中基座201的结构如图3所不O
[0052]母模3为4英寸的硅模具，其直径为100毫米，高