大面积微纳图形化的装置和方法_2

文档序号:8942194阅读:来源:国知局
用直线轴承。通过驱动装置驱动支架带动滚轮沿Z轴向下运动,实现滚轮压力的精确调节,以及从初始工位移动到压印工位。驱动装置为伺服电机(或者电动缸或者步进电机)。
[0018]所述紫外光光源为紫外LED灯阵列。
[0019]优选的,所述滚轮为透明材料制成,此时将所述紫外光光源置于滚轮中心的空腔。在滚轮的压印点直接通过紫外光曝光,对压印材料同时压印和固化。
[0020]所述承片台上设有真空吸盘,用于真空吸附固定衬底。
[0021]所述承片台上还设有电加热装置(电加热棒或者电加热片),用于对压印材料均匀辅助加热。
[0022]所述压印材料是紫外光固化型液态有机聚合物材料,具有非常低粘度、快速固化的特性,其粘度低于10mpa.S。
[0023]所述软模具为透明薄膜复合软模具,它包括图形层和支撑层,图形层位于支撑层之上,图形层包含所要复制的微纳特征结构;其中图形层具有极低的表面能、高弹性模量和透明的特性,支撑层具有透明、高度柔性和薄膜结构的特性。图形层可以采用h-PDMS、低表面能和高弹性模量氟聚合物基材料、ETFE等;支撑层可以采用PDMS、PET、PC等高弹性和高透明材料。
[0024]所述图形层的厚度范围是10-50微米,支撑层的厚度范围是100-500微米。所述支撑层进行表面改性处理,或者涂覆一层透明的偶联剂材料。
[0025]所述压力管路的工作范围是=O-1bar ;所述真空管路工作范围是〈-0.2bar ;所述压印机构向滚轮施加的压印力是50N-500N。
[0026]一种利用大面积微纳图形化的装置制造大面积微纳结构的方法,它包括如下步骤:
[0027]步骤(I)预处理过程;
[0028]在衬底上均匀涂铺一层液态紫外光固化型压印材料(亦称抗蚀剂,是一种低粘度快速光固化型聚合物材料),将衬底置于承片台上,并通过真空吸附方式将涂铺压印材料的衬底吸附固定在承片台上;将软模具包裹在滚轮外表面上,用真空管路为滚轮侧面进气孔通入负压,将软模具吸附在滚轮外表面;
[0029]工作台水平移动带动承片台从初始工位移动到压印工位,压印机构带动滚轮和软模具从初始工位移动到压印工位。
[0030]步骤⑵压印和固化过程;
[0031]步骤(2-1)开启紫外光光源,开启驱动滚轮旋转的电机,使滚轮逆时针旋转,同时吸附在滚轮外表面上的软模具最下端处的进气孔从负压转换成正压,使软模具与滚轮分离,平铺展到衬底压印材料上;同时工作台以与滚轮旋转相同方向水平移动,滚轮线接触施压到已经脱离滚轮的软模具上,开始进行压印操作;
[0032]步骤(2-2)随着滚轮的旋转和工作台的水平移动,从滚轮最下端处的进气孔开始,关闭真空管路,打开压力管路,依次顺序将其他滚轮进气孔由负压转换成正压,将吸附在滚轮外表面上的软模具逐渐与滚轮分离,同时在滚轮线接触均匀施压作用下,实现将整个软模具平铺展到衬底压印,同时确保模具与衬底获得完全共形接触,并在滚轮线接触均匀压印力作用下将液态压压印材料挤压到软模具微纳特征结构型腔中,通过依次逐渐顺序线接触施压压印,完成对整片衬底大面积压印;在铺展软模具和滚轮线接触施压压印软模具的同时,开启的紫外光光源透过透明软模具对压印材料进行紫外曝光和充分完全快速固化;
[0033]步骤(2-3)压印完成后,关闭紫外光光源,关闭滚轮进气孔的气路。
[0034]步骤(3)脱模过程;
[0035]步骤(3-1)压印机构带动滚轮向上升高50-200微米,使滚轮与平铺的软模具有设定的间隙;
[0036]步骤(3-2)开启驱动滚轮旋转的电机,使滚轮顺时针旋转,同时将靠近滚轮最下端的进气孔通入负压,软模具与压印结构逐渐分离,并被吸附固定在滚轮外表面上,同时随着工作台反向移动,开始进行连续脱模操作;
[0037]步骤(3-3)随着滚轮的旋转和工作台的水平移动,从滚轮最下端处的进气孔开始,打开真空管路,依次顺序将其他滚轮进气孔通入负压,软模具被依次顺序逐渐吸附固定到滚轮的外表面上,实现类似连续“揭开式”脱模;
[0038]步骤(3-4)当整个软模具全部与压印材料脱离,软模具完全被包裹吸附固定在滚轮外表面上后,即完成脱模工步;
[0039]步骤(3-5)随后压印机构带动滚轮和模具快速向上运动,返回到初始工位;工作台从压印工位返回到初始工位,卸下压印完成的衬底,放置新的衬底,开始下一轮工作循环。
[0040]步骤⑷后处理过程;
[0041]步骤(4-1)通过各向异性刻蚀工艺等比例往下刻蚀,去除残留层,在压印材料上复制出软模具的微纳特征结构;
[0042]步骤(4-2)进一步结合刻蚀工艺,以压印材料上的图形为掩模,将特征图形转移到衬底上,实现衬底图形化;或者结合Lift-off工艺,将特征图形转移到其它功能材料上,实现功能材料图形化。
[0043]所述压印过程也可以采用如下步骤:
[0044]首先,压印机构带动滚轮和模具从初始工位移动到压印工位,先将吸附在滚轮上的软模具铺展到衬底上;
[0045]随后,压印机构带动滚轮从压印工位移动到压印工位,利用滚轮旋转和工作台水平移动,在线接触压印下完成压印。
[0046]所述固化过程也可以采用如下步骤:预固化和完全固化;
[0047]首先按照步骤(2)相同的方式操作,完成预固化;随后,压印机构带动滚轮向上升高50-200微米,使工作台往复运动一次,实现二次完全固化。两步固化虽然降低了生产率,但是可以提高压印图形的精度和质量(软模具的变形对于压印结构的影响能够克服)。
[0048]本发明的显著特征及有益效果是:
[0049](I)充分结合了平板型纳米压印和滚轮型纳米压印工艺的优势,利用滚轮、软模具、工作台和气路系统的密切配合,协同工作,高效自动完成大面积压印和揭开式脱模,实现对超大尺寸刚性衬底的大面积微纳米图形化。具有结构和工艺简单、生产效率高、成本低、压印图形精度高和缺陷低的特点。
[0050](2)新型大面积压印方法:将吸附固定在滚轮外表面上的软模具,利用滚轮的旋转、工作台水平移动和滚轮进气孔依次顺序负压和正压转换,实现大面积压印。
[0051](3)结合复合软模具和滚轮顺序微接触线性均匀施压方式,解决大尺寸、非平整衬底压印过程中模具与衬底大面积完全共形接触、均匀一致施压的问题。
[0052](4)压印力小:压印过程中滚轮与软模具为线接触,并且采用的是顺序微接触压印方式。因而,所需要施加的压印力非常小。与传统整片晶圆压印施加的压印力相比,所需要的压印力仅是传统气体辅助施压的1/15-50/1。所带来的有益效果是一方面软模具的变形小,提高了压印图形的精度和质量,另一方面,极大简化了设备结构,降低了成本。此外,还能够实现易碎衬底的大面积压印(外延片、玻璃等大面积纳米压印)。
[0053](5)施加压印力均匀:滚轮与软模具为线接触,并且采用的是顺序微接触压印方式。因而,一方面施加在软模具上的压印力均匀一致。另外,与传统大面积压印所采用通过气体或者流体辅助施压方法相比,该压印方法具有工艺和结构简单、成本低。
[0054](6)采用渐进式顺序微接触的压印方法,大面积压印过程中陷入的气泡能够被及时排出解决大面积纳米压印气泡消除的难题。
[0055](7)与现有的基于平板模具的滚轮施压工艺相比,滚轮对软模具的施加是顺序逐渐展开的,因而,滚轮施加在模具上的压印力分布更加均匀,避免出现现有技术产生的模具覆盖深浅的问题,确保大面积纳米压印的均匀性,提高压印图形的良率。
[0056](8)本发明采用边压印边固化的方法,生产效率高。克服了传统平板型纳米压印工艺先完成压印后,然后才能进行固化的不足。
[0057](9)本发明采用改进的揭开式脱模方法,即滚轮辅助的揭开式脱模,脱模后的软模具被吸附固定在滚轮外表面上,能够确保获得均匀一致的脱模力,实现大面积连续脱模,减少大面积脱模的缺陷,同时脱模面积不受限制,能够实现超大面积快速连续脱模,极大提高生产率。
[0058](10)与现有的其他揭开式脱模实现方法相比,本发明基于滚轮揭开式脱模产生的应力最小,能够实现大深宽比微纳米结构的制造。
[0059](11)本发明具有工艺简单、高效、低成本的显著优势。
[0060](12)本发明不依赖精密机械施加的平衡、均匀,与表面垂直的压印力,简化了设备结构。通过滚轮顺序线接微触施压方式,实现大面积压印过程中的均匀一致施压。
[0061](13)生产环境的要求低,对于衬底或者晶圆的不平整度、缺陷、颗粒物不敏感,适应度高。这在实际工业应用中是非常重要的。
[0062]本发明实现了超大尺寸、非平整衬底、易碎衬底大面积微纳米结构的高效、低成本批量化制造,为大面积微纳米结构的商业化应用提供一种工业级的解决方案。
[0063]本发明适合于超大尺寸高清平板显示、高效太阳能电池板、抗反射和自清洁玻璃、大尺寸LED图形化、晶圆级微纳光学器件、超大面积表面微纳功能结构等工业级规模化生产。
当前第2页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1