专利名称：用于纳米压印的真空模压装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种材料制备技术领域的装置，具体是一种用于纳米压印的真空 模压装置。
背景技术：
纳米压印技术由美国普林斯顿大学S.Y.Chou教授在1995年提出。具体原 理如下将聚合物旋涂在基片上，然后将模板和基片装卡在压印机上的两个压 印盘上。聚合物通常为传统光刻胶如PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)。然后通过加 压转印图形。接下通过纳米压印技术固化聚合物。例如热压印技术、紫外纳 米压印技术、微接触印刷技术等。再经过脱模、反应离子刻蚀基片上残留聚合 物，最终实现从模板到基片的微细结构图形的转移复制。目前，利用纳米压印 技术制造出来的图形最高分辨率可达1 5nm。经对现有技术的文献检索发现，董晓文、司卫华、顾文琪等在《0ptical Review》(《光学评论》)2008年第35巻第2期140到144页上发表的《气 囊汽缸式真空紫外纳米压印设备研制》，该文中采用了一种紫外纳米压印结构， 首先制备一个具有纳米结构图形的模板，该模板材料必须能够让紫外光穿透， 然后在基片上涂覆一层液态高分子聚合物，当模板和基片对准完成后，将模板 压入聚合物层并且照射紫外光使聚合物发生硬化，再经过脱模、反应离子刻蚀 基片上残留聚合物，最终实现从模板到基片的微细结构图形的转移复制。经检索还发现，董晓文、司卫华、顾文琪等在《中国机械工程》2005年7 月第16巻增刊398到400页上发表的"纳米压印光刻技术及其设备研制"，该 文中采用了热压印技术，通过加热到聚合物的玻璃化温度以上，以使聚合物具 有良好流动性。然后予以加压转印图形。在降温固化聚合物，脱模，实现模板 到基片的微细结构图形的转移复制。上述所涉及的两种技术中均采用人工旋转施加压印力，其自动化程度不高， 不能精确地保证压印力，影响了压印精度；还有这两种装置都采用了将旋转运 动转化为直线运动的螺纹连接，至少模板也跟着旋转，不能确保精确定位
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术的不足，提出了一种用于纳米压印的真空模 压装置，通过拉伸试验机来带动活塞的上下运动，从而精确地保证压印力的大 小。通过精密磨具定位系统，避免活塞的旋转运动，直接实现直线运动，保证 磨具的精确定位。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括拉伸试验机、精密模具 固定系统、温度控制系统、基底、真空压縮机、真空罩，其中，真空罩与基底之间密封结合，真空压縮机与真空罩之间连通，精密模具固 定系统由活塞和导轨组成，活塞在导轨内上下滑动，活塞与拉伸试验机中的驱 动装置相连，并能沿拉伸试验机的滑槽滑动，导轨的一个侧面固定在拉伸试验 机的外壳上，导轨另一侧穿过真空罩的侧壁，并与真空罩之间密封，导轨的底 部与基底之间留有空隙以放置硅片，温度控制系统固定在基底上，负责对真空 罩内的温度进行控制。所述活塞和导轨，均为方形结构，以避免活塞的旋转运动。所述活塞，其一端设有一"凸"形帽，"凸"形帽的窄端通过拉伸试验机 的滑槽与拉伸试验机中的驱动装置相连。所述温度控制系统，其控制真空罩内的温度在90-180摄氏度之间变化。所述拉伸试验机，在活塞对基底上的基片加压转印时，压力保持在4MPa-9MPa之间。所述真空压縮机使真空罩内的压强保持在60Pa-80Pa。 本发明的工作过程如下压印前的准备工作首先，将聚合物旋涂在硅片上，并将硅片放到基底上， 并置于导轨的正下方，在活塞的底部设置加工所需要的模板；然后，真空压縮 机开始工作，使真空罩内的气压保持在70Pa左右；最后，温度控制系统开始工 作，使真空罩内的温度达到170摄氏度，从而使得聚合物处于玻璃态，具有良 好的流动性，便于压印成形。压印过程当压印前的准备工作完成后，拉伸试验机开始向下运动，推动 活塞的向下运动。由于活塞与导轨采用了方形结构接触，避免了活塞的旋转运 动，从而使活塞精确地向下运动。当活塞上的模板快要与硅片上的聚合物接触 时，通过拉伸试验机控制模板与聚合物之间的压印力，使磨具在保证基片的不
容破损和压印的效率的情况下，顺利完成接触向下压印过程，并作用一定的时间。随后，温度控制系统降低真空罩内的温度到ioo摄氏度，使聚合物固化成型。最后，拉伸试验机开始向上运动，完成脱模动作，压印过程结束。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果本发明既可以实现磨具的精 密定位，又可以使压印力得到精确控制，还可以使压印过程不受外界干扰，从而保证其精密性，其最高分辨率可达到20nm左右。
图1为本发明的整体结构示意图；图2为本发明中的精密磨具固定系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方 案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的 保护范围不限于下述的实施例。本实施例中加工制作的聚合物为传统光刻胶一一PMMA (聚甲基丙烯酸甲 酯)。如图1、 2所示，本实施例包括拉伸试验机1、精密模具固定系统2、温 度控制系统3、基底4、真空压縮机5、真空罩6，其中，真空罩6与基底4之间密封结合，真空压縮机5与真空罩6之间连通，精 密模具固定系统2由活塞7和导轨8组成，活塞7通过拉伸试验机1的滑槽与 拉伸试验机1中的驱动装置相连，导轨8的一个侧面固定在拉伸试验机1的外 壳上，导轨8另一侧穿过真空罩6的侧壁，并与真空罩6之间密封，导轨8的 底部与基底4之间留有空隙以放置待加工的膜片，温度控制系统3固定在基底4 上，以负责对真空罩6内的温度进行控制。所述活塞7和导轨8，均为方形结构，以避免活塞的旋转运动。所述活塞7，其一端设有一 "凸"形帽9，"凸"形帽9的窄端通过拉伸试 验机1的滑槽与拉伸试验机1中的驱动装置相连。所述温度控制系统3，其控制真空罩6内的温度在90-180摄氏度之间变化。所述拉伸试验机1，在活塞对基底上的基片加压转印时，压力保持在 4MPa-9MPa之间。所述真空压縮机5，其控制真空罩内的压强保持在60Pa-80Pa。所述活塞7，其截面为正方形，边长为5CM。
本实施例的工作过程如下
压印前的准备工作首先，将PMMA旋涂在硅片上，并将硅片放到基底4上， 并置于导轨8的正下方，在活塞7的底部设置加工所需要的模板；然后，真空 压縮机5开始工作，使真空罩6内的气压保持在70Pa;最后，温度控制系统3 开始工作，使真空罩6内的温度达到170摄氏度，从而使得PMMA处于玻璃态， 具有良好的流动性，便于压印成形。
压印过程当压印前的准备工作完成后，拉伸试验机1开始向下运动，推 动活塞7的向下运动。由于活塞7与导轨8采用了方形结构接触，避免了活塞 的旋转运动，从而使活塞精确地向下运动。当活塞上的模板快要与硅片上的PMMA 接触时，通过拉伸试验机1控制模板与PMMA之间的压印力，使模板在保证基片 的不容破损和压印的效率的情况下，顺利完成接触向下压印过程，并作用一定 的时间。随后，温度控制系统3降低真空罩6内的温度到100摄氏度，使P固A 固化成型。最后，拉伸试验机l开始向上运动，完成脱模动作，压印过程结束。
本实施例中通过各个组成部件的精密控制和配合，从而使纳米压印过程能顺 利精密地完成，其压印的图形最高分辨率可达到20nm。
权利要求
1、一种用于纳米压印的真空模压装置，其特征在于，包括拉伸试验机、精密模具固定系统、温度控制系统、基底、真空压缩机、真空罩，其中，真空罩与基底之间密封结合，真空压缩机与真空罩之间连通，精密模具固定系统由活塞和导轨组成，活塞在导轨内上下滑动，活塞与拉伸试验机中的驱动装置相连，并能沿拉伸试验机的滑槽滑动，导轨的一个侧面固定在拉伸试验机的外壳上，导轨另一侧穿过真空罩的侧壁，并与真空罩之间密封，导轨的底部与基底之间留有空隙以放置硅片，温度控制系统固定在基底上，负责对真空罩内的温度进行控制。
2、 根据权利要求l所述的用于纳米压印的真空模压装置，其特征是，所述 活塞和导轨，均为方形结构。
3、 根据权利要求1或2所述的用于纳米压印的真空模压装置，其特征是，所述活塞，其一端设有一"凸"形帽，"凸"形帽的窄端通过拉伸试验机的滑 槽与拉伸试验机中的驱动装置相连。
4、 根据权利要求l所述的用于纳米压印的真空模压装置，其特征是，所述 温度控制系统，其控制真空罩内的温度在90-180摄氏度之间变化。
5、 根据权利要求l所述的用于纳米压印的真空模压装置，其特征是，所述 拉伸试验机，在活塞对基底上的基片加压转印时，压力保持在4MPa-9MPa之间。
6、 根据权利要求l所述的用于纳米压印的真空模压装置，其特征是，所述 真空压縮机使真空罩内的压强保持在60Pa-80Pa。
全文摘要
一种材料制备技术领域的用于纳米压印的真空模压装置，拉伸试验机、精密模具固定系统、温度控制系统、基底、真空压缩机、真空罩，其中，真空罩与基底之间密封结合，真空压缩机与真空罩之间连通，精密模具固定系统由活塞和导轨组成，活塞在导轨内上下滑动，活塞与拉伸试验机中的驱动装置相连，并能沿拉伸试验机的滑槽滑动，导轨的一个侧面固定在拉伸试验机的外壳上，导轨另一侧穿过真空罩的侧壁，并与真空罩之间密封，导轨的底部与基底之间留有空隙以放置硅片，温度控制系统固定在基底上，负责对真空罩内的温度进行控制。本发明使纳米压印过程能顺利精密地完成，其压印的图形最高分辨率可达到20nm。
文档编号G03F7/00GK101393392SQ20081020231
公开日2009年3月25日 申请日期2008年11月6日 优先权日2008年11月6日
发明者健 孙, 冠 张, 李以贵, 陈少军 申请人:上海交通大学