[发明专利]一种紫外固化微纳米结构拼版装置及拼版工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种微纳结构加工装置，具体是一种基于紫外光固化的微纳米结构拼版装置，用于微纳光电器件加工技术领域。

背景技术

随着微纳加工技术不断进步，微纳结构模版的制备工艺日渐成熟。目前，可以用电子束/离子束光刻结合刻蚀在硅、石英等材料上制备各种微纳结构。然而，大幅面微纳结构的制备，其技术难度高，加工费用仍然高昂。微纳结构拼版设备的主要功用是，将小幅面微纳结构原版通过压模成形，组成大幅面模版。依照工作方式不同，拼版设备分为热压和紫外光固化两种方式。热压拼版把待压印基底材料[一般为硬板型或薄膜型的聚碳酸酯（PC：Polycarbonate）、聚氯乙烯（PVC：Polyrinyl Chloride）、聚酯（PET：Polyester）、丙烯酸（PMMA：Polymethyl Methacrylate）或聚烯（BOPP：Biaxial Orlented Plypropylene）等]加热至玻璃化温度以上软化，然后将原版（表面具有微纳结构的镍片）压入待压印材料，将表面微纳结构转移。紫外光固化拼版方式，以紫外固化树脂作为压印材料，它在紫外光照射下其中的高分子材料交联固化，从而形成与模版表面相反的结构。和热压工作方式相比，紫外光固化拼版的主要优点是在室温下即可实现结构转移，它所需的压印力较热压方式减少了至少一个数量级，无需高温高压，结构保真度高，因而被认为是一种更好的拼版方式。美国Molecular Imprint Inc.公司提出了一种基于步进闪光（step&flash）工作方式的设备。(P.Ruchhoeft,M.Colburn,B.Choi,H.Nounu,S.Johnson,T.Bailey,M.Stewart,J.Ekerdt,S.V.Sreenivasan,J.C.Wolfe,C.G.Willson,Patterning Curved Surfaces:Template Generation by Ion Beam Proximity Lithography and Relief Transfer by Step and Flash Imprint Lithography American Vacuum Society J.of Vac.Sci.Technol.B17(6),pp.2965-2969,1999.)它的工作流程是，首先用一个精密喷胶头在基底上喷涂紫外感光胶，然后用透明模版采用平对平压印的工作方式，紫外灯照射压印区域，UV胶固化后，抬起模版脱模，然后平台运行至下一工作位，重复上述步骤。其单元最大压印面积26mmx32mm，整个模版面积200mmx300mm（型号Imprio　300）。

利用上述的拼版技术，可以将原来数厘米大小的模版，或者将含有微纳结构的若干宏观图形拼接成大幅面模版。目前，拼版设备的主要用途是在激光全息图像领域。

传统的全息模压拼版设备基于热压工作方式，用于高精密表面浮雕条纹转移加工，压印幅面一般在50mmX50mm左右，由液压系统提供驱动压力，输出压力达到MPa级，加热温度在基板玻璃化温度以上（对碳酸聚酯材料，其玻璃化温度约120℃，加热温度需大于150℃），压印速度10-20秒/次，拼版面积在800mmX800mm以上。它的主要缺点为：1）施加压力大，容易对模版造成损伤。2）工作温度高，工作周期长。3）由于热压材料的回弹，结构保真度低。

Molecular Imprint Inc.公司的设备实际上是一种步进式紫外纳米压印机，其限制在于：1）其主要用于12英寸幅面以下硅基器件的制作；2）压印采用平面对平面的方式。该设备有两个弊端：一是由于模版和基底接触面积大，模版的表面微纳米结构又数倍地增加了两者之间的接触面积，脱模难度增大，二是这种工作方式中会在压印中产生气泡，破坏了拼版效果。因此，步进式紫外纳米压印机主要应用于周期性非紧密排列单元的拼版制备。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种紫外固化微纳米结构拼版装置及拼版方法，不仅可以进行非紧密排列的拼版，同时又能进行紧密排列的拼版作业。