[发明专利]一种大面积纳米压印光刻的装置和方法

权利要求书

1. 一种大面积纳米压印光刻的装置，其特征是，它包括：工作台、衬底、液态有机聚合物、模板、气阀板，气腔室、紫外光光源、压印机构、真空管路、压力管路；其中，涂铺有液态有机聚合物的整片衬底固定于工作台之上；模板通过真空管路吸附在气阀板的底面，气阀板固定在气腔室的底面，紫外光光源固定在气腔室的顶面；压印机构与气腔室相连；压力管路与气腔室的进气口相连；所述模板为氟聚合物基薄膜结构复合软模具，它包括支撑层和特征结构层，其中支撑层具有透明、高度柔性和薄膜结构的特性，特征结构层具有低的表面能、高弹性模量和透明的特性，在特征层设有纳米结构腔。

2.如权利要求1所述的大面积纳米压印光刻的装置，其特征是，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。

3.如权利要求1所述的大面积纳米压印光刻的装置，其特征是，所述模板以透明高弹性薄膜状PET材料为支撑层，以低表面能、硬质、透明氟聚合物材料为特征结构层，其中特征结构层厚度是10-50微米，支撑层厚度是100-200微米。

4.如权利要求1所述的大面积纳米压印光刻的装置，其特征是，所述压力管路的工作范围是：0-5bar；压印过程中的工作压力是100-1000mbar； 真空管路的工作范围为<-0.2bar。

5.如权利要求1所述的大面积纳米压印光刻的装置，其特征是，所述紫外光光源为LED灯阵列。

6.一种采用权利要求1所述的大面积纳米压印光刻的装置的压印方法，其特征是，它包括如下步骤：

（1）预处理过程

在衬底上旋涂一层液态有机聚合物，将其置于工作台之上；将模板通过真空方式吸附在在气阀板的底面；并使模板与衬底对正；

（2）压印过程

 压印机构带动模板从初始工位向衬底移动，同时开启压力管路，向气腔室通入压缩空气；压印机构开始时是快速向衬底移动，当特征结构层的最低点与衬底的液态有机聚合物接触，压印机构转变为工进速度；

 在气体辅助压印力和压印机构微小工进压印力的综合作用下，薄膜状模具逐渐摊平铺展在外延片的液态有机聚合物上，并使模板与衬底上的液态有机聚合物共形接触；

 增大气体辅助压印力，使液态有机聚合物在模板的特征结构层纳米结构腔内的逐渐充填；

继续增大气体辅助压印力，实现液态有机聚合物在模板的特征结构层纳米结构腔内的完全充填，并且将残留层减薄至预定的厚度；

（3）一次固化过程

开启紫外光源，紫外光透过模板对液态有机聚合物曝光，使之“一次固化”，完成聚合物纳米结构的定型；

（4）脱模过程

 关闭压力管路，压印机构带动模板向上微移动，首先破坏模板的特征结构层与固化后的压印结构接触界面的粘附力，使模具与“一次固化”的压印结构相互分离，在压印力完全释放条件下，对“一次固化”的复形结构进行二次固化或者后固化处理，达到完全固化；

 聚合物充分完全固化后，采用“揭开”式脱模方法，即脱模过程模具首先从周边与压印结构相分离，随着提升高度的增加，脱模向中间扩展，在很小脱模力作用下即可实现模板与压印图形的逐渐相互分离，完成脱模；

 模板与压印结构完全分离后，压印机构带动模具快速向上运动，返回压印原位，以便更换衬底，开始下一次工作循环；

（5）后处理过程

通过常规的各向异性刻蚀工艺等比例往下刻蚀，去除残留层，在聚合物上复制出模具的微纳米特征结构；进一步结合刻蚀工艺，以聚合物图形为掩模，将特征图形转移到衬底上，实现衬底图形化。

7. 如权利要求5所述的压印方法，其特征是，所述一次固化时间10-20s，二次固化的时间20-50s。