[发明专利]一种辊型紫外纳米压印装置

说明书

本发明公开了一种辊型紫外纳米压印装置，包括机架，机架上固定有承重板和支撑板，所述的支撑板上固定有放卷辊、收卷辊、涂胶装置、刮胶装置、支撑装置、调节装置、支撑辊一、支撑辊二、支撑辊三、支撑辊四、预固化装置、支撑辊五、导向辊、紫外灯、支撑辊六、伺服电机一、伺服电机二和钢板。衬底经由涂胶装置进行涂胶和刮胶后，传输至支撑装置和调节装置处进行压印，并通过紫外灯固化，最后由收卷辊进行收卷。本发明通过调节压印辊与背辊精确的对齐与挤压，从而使模板、衬底和背辊之间形成良好的共形接触；加入了超声波清洗装置，能够去除残胶并能够对压印辊提供冷却作用，降低了压印辊模板中的热应力，保护了模板，提高了压印的精度。

技术领域

本发明涉及一种纳米压印装置，尤指一种辊型紫外纳米压印装置，属于微纳制造技术领域。

背景技术

纳米压印技术由华裔科学家周郁于1995年提出，因其相较于传统光刻技术，能够实现廉价、快速的制造微纳图案，因此在半导体、生物工程等方面具有很大的市场前景。

发明内容

对于纳米压印技术，无论是平面对平面纳米压印、辊对平面纳米压印，还是辊对辊纳米压印，控制模板与衬底之间的对齐和共形接触都是显得尤为重要，模板与衬底间的共形接触关乎着纳米压印的图案精度，模板和衬底之间能否精准对齐则决定了模板压印的图案是否会产生偏移，也增加了调节模板与衬底共形接触的难度。如果模板与衬底间未能实现良好的共形接触，将会导致施加的压印力不均匀，从而导致压印精度降低，或者导致模板与衬底之间发生滑移现象，不仅仅会导致特征图案的复刻失败，还极有可能破坏模板和衬底。针对此问题，公告号为CN 103246161 B的专利公布了一种用于大面积纳米压印的自适应压印头，但其主要适用于辊对平面纳米压印，在辊对辊纳米压印的过程中，缺乏对其他自由度的控制，压印力施加与控制较为困难。公布号为CN 106324984 A的专利公开了一种辊对辊紫外纳米压印装置及方法，通过移动导轨和微动平台对压印图案和宽深比进行精确控制，却忽视了压印辊与背辊间的平行度和共形接触问题。

HyungJun Lim等人在题为Nanoimprint lithography with a soft roller andfocused UV light for flexible substrates的文章中提及压印力的大小对软模板的变形有一定的作用，且软模板所变形压平的区域与紫外灯曝光固化区域有着紧密的联系，控制压平区域能够计算出所需灯带的多少，避免了添加过多灯带的浪费，降低了所需的成本。因此，压印辊与背辊之间的共形接触和施加适当的压印力变得尤为重要。

此外，紫外纳米压印技术虽相较于传统热压印对环境要求不再苛刻，对模板衬底影响较小，但相关因素仍然会导致压印图案的精度出现问题。Ankur Jain在ThermalModeling of Ultraviolet Nanoimprint Lithography一文中提及紫外灯固化过程中将会使得光刻胶吸收能量而产热，并将热量传递给模板，且模板中心区域的热应力堆积难以消散，将会对压印过程造成一定的影响。且一般辊型紫外纳米压印均采用软模板来进行压印，一般为PDMS等材料，PDMS等材料的弹性模量和泊松比会随着温度变化而变化。一者，如果不对温度进行控制，将会需要以牺牲加工效率为代价来缓解热应力所造成的压印图案不精确的问题，如果不作处理，随着热应力的堆积，甚至可能对模板产生损伤。二者，不对温度进行控制，模板的材料性质会相应改变，难以对脱模力和辊的转速进行精准控制，从而导致图案转印不精确。除此之外，在脱模过程中，或多或少都会对胶层进行撕裂，致使模板的特征图案中掺杂有撕裂的胶层，如果不对其进行处理，将会对后续的压印过程造成影响。

综上，目前辊对辊紫外纳米压印装置具有以下缺点：需要准确调节压印辊与背辊间的平行度和共形接触；需要高效、低损伤的消除压印辊中残余胶层，以减少其对压印精度的影响；需要一定的冷却方式以解决热应力对模板和加工效率的影响。

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