一种负压式纳米压印设备及其压印方法

技术领域

本发明属于纳米压印技术领域，尤其涉及一种负压式纳米压印设备及其压印方法。

背景技术

纳米压印是通过光刻胶辅助，将模板上的微纳结构转移到待加工材料上，其加工精度已经达到两纳米，超过了传统光刻技术达到的分辨率，有望在未来取代传统光刻技术，成为微电子、材料领域的重要加工手段。

纳米压印的基本过程分为两大步，第1步复制工作模具：在带有纳米结构的晶圆上涂布胶体，将PET盖在涂有胶体的晶圆上，并通过紫外固化，然后脱模，得到与晶圆结构相反的由胶体和PET组成的复合工作模具；第2步使用工作模具压印基片：将待压印的无结构的基片涂布胶体，然后通过将工作模具盖在基片上，紫外固化，脱模，纳米压印完成，通过两次转印得到了与晶圆纳米结构相同，由胶体和基片组成的压印片。

在纳米压印过程中，晶圆上纳米结构深度较小的可采用旋涂方法使胶体完全填充。但有的晶圆表面的纳米结构深度超过10微米，例如微透镜诊疗，匀光片等，则无法采用旋涂匀胶的方式获得大于10微米的均匀胶层，这种情况下则需要通过点胶压印的方式获得。

而在点胶压印复制工作模具时，由于晶圆上纳米结构的深度较大，胶体点在纳米结构上时，纳米结构之间的空气会被胶体封在结构中，导致胶体无法完全填充纳米结构，生成气泡，破坏纳米结构。现有的负压纳米压印机，由于其腔体较大，在压印腔内形成负压真空环境需要很长的时间，导致生产效率低下，且无法解决压印时产生的气泡问题。

发明内容

本发明针对上述的技术问题，提出一种负压式纳米压印设备及其压印方法，适用于深度较大的纳米结构，可保证胶体完全填充纳米结构，且抽真空的速度以及压印速度快，提高了生产效率以及产品的合格率。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种负压式纳米压印设备，包括：

上吸盘，其可竖向移动，所述上吸盘的下表面设置有真空槽组A以及密封槽，所述密封槽围绕于所述真空槽组A外侧，与所述真空槽组A上连接有真空发生装置，以通过真空发生装置在真空槽组A内产生负压；

下吸盘，其与所述上吸盘平行设置，所述下吸盘的上表面设置有真空槽组B，所述真空槽组B与所述真空发生装置连接，以在真空槽组B内产生负压，所述下吸盘的侧面设置有可伸缩的密封凸起，所述密封凸起与所述密封槽对应，以使所述密封凸起与所述密封槽配合时，在所述上吸盘与所述下吸盘之间形成密闭的压印腔，所述下吸盘上设置有与压印腔对应的负压孔，所述负压孔与真空发生装置连接，以使压印腔内产生负压。

在本发明的一些事实例中，所述真空槽组A以及真空槽组B均包括多个同心设置的环形真空槽，以及设置于环形槽外侧的方形真空槽，所述环形真空槽以及方形真空槽的中心与上吸盘的中心之间对应，所述环形真空槽内以及方形真空槽内分别设置有真空孔，所述真空孔与所述真空发生装置连接。

在本发明的一些事实例中，在所述上吸盘的下表面上，与所述方形真空槽的四个角对应设置有定位槽A，在所述下吸盘的上表面上，与所述方形真空槽的四个角对应设置有定位槽B。

在本发明的一些事实例中，在所述下吸盘的上表面上，所述环形真空槽组外侧设置有溢流槽。

在本发明的一些事实例中，所述上吸盘上设置有透光区，在所述透光区上方设置紫外灯。

在本发明的一些事实例中，所述真空发生装置为真空泵，所述密封槽侧部设置有密封圈，还包括控制器，所述控制器与所述上吸盘、真空发生装置以及密封凸起电性连接。

一种压印方法，用于复制工作模具，包括以下步骤：

S1、确定零点位置

上吸盘向下移动与下吸盘相抵，密封凸起向密封槽方向伸出，与密封槽的槽底相抵，记录此时密封凸起的位置，设定为零点位置，上吸盘向上移动与下吸盘分离；

S2、上料

将带有纳米结构的晶圆放置在下吸盘上表面，纳米结构朝向上吸盘的下表面，通过真空发生装置在真空槽组B内产生负压，将晶圆固定；

将空白且透明的PET放置在上吸盘的下表面，通过真空发生装置在真空槽组A内产生负压，将PET固定，PET朝向纳米结构一面涂有增粘涂层，以做增粘处理；

S3、点胶

在晶圆上压印结构的中心处点入胶体；

S4、设置负压环境

上吸盘向下移动到下吸盘上方，根据晶圆的厚度和所需的胶层厚度设定密封凸起向上伸出的长度A，密封凸起伸出一个长度B，长度B大于长度A，上吸盘向下移动使密封槽的槽底与密封凸起相抵，在上吸盘与下吸盘之间形成密闭的压印腔，真空发生装置通过负压孔将真空腔内的气体抽出，晶圆上压印结构胶体中的气泡被抽出，压印腔内形成负压环境；

S5、纳米压印

密封凸起的长度B逐步缩短至长度A，上吸盘与密封凸起同步向下移动，胶体自PET与晶圆的中心处向其边缘扩散，以使晶圆的纳米结构完全填充胶体，溢出的胶体流入溢流槽；

S6、固化

紫外灯打开，透过上吸盘和PET，固化胶体；

S7、脱模

压印腔通过负压孔进气，真空槽组A释放晶圆，真空槽组B释放PET，将PET和晶圆分开，胶体粘连在PET表面，完成工作模具制作。

在本发明的一些事实例中，所述PET为方形，PET的四角与定位槽A对应。

一种压印方法，用于使用工作模具压印基片，包括以下步骤：

S1、确定零点位置

上吸盘向下移动与下吸盘相抵，密封凸起向密封槽方向伸出，与密封槽的槽底相抵，记录此时密封凸起的位置，设定为零点位置，上吸盘向上移动与下吸盘分离；

S2、上料

将带有纳米结构的PET放置在下吸盘上表面，纳米结构朝向上吸盘的下表面，通过真空发生装置在真空槽组B内产生负压，将PET固定；

将空白且透明的晶圆放置在上吸盘的下表面，通过真空发生装置在真空槽组A内产生负压，将晶圆固定；

S3、点胶

在PET上压印结构的中心处点入胶体；

S4、设置负压环境

上吸盘向下移动到下吸盘上方，根据PET的厚度和所需的胶层厚度设定密封凸起向上伸出的长度A，密封凸起伸出一个长度B，长度B大于长度A，上吸盘向下移动使密封槽的槽底与密封凸起相抵，在上吸盘与下吸盘之间形成密闭的压印腔，真空发生装置通过负压孔将真空腔内的气体抽出，PET上压印结构胶体中的气泡被抽出，压印腔内形成负压环境；

S5、纳米压印

密封凸起的长度B逐步缩短至长度A，上吸盘与密封凸起同步向下移动，胶体自PET与晶圆的中心处向其边缘扩散，以使PET的纳米结构完全填充胶体；

S6、固化

紫外灯打开，透过上吸盘和晶圆，固化胶体；

S7、脱模

压印腔通过负压孔进气，真空槽组A释放晶圆，真空槽组B释放PET，将PET和晶圆分开，胶体粘连在晶圆表面，完成压印片制作。

在本发明的一些事实例中，所述PET为方形，PET的四角与定位槽B对应，所述PET覆盖所述环形真空槽以及方形真空槽。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

通过密封凸起与密封槽对应配合，在上吸盘与下吸盘之间形成密闭的压印腔，并对压印腔抽真空，以使压印腔内产生负压，由于抽真空是在下吸盘与下吸盘之间的压印腔内进行，其空间小，抽真空的速度极快，提高了压印的效率；对压印腔抽真空不仅能将压印结构内的空气抽出，也能将被胶体封住的空气抽出，而压印过程在真空下的压印腔内进行，胶体可完全填充压印结构，保证了压印的良好性，避免压印过程中产生的气泡问题，在负压环境下进行纳米压印，可用于纳米结构深度较大的晶圆的复制和压印，上吸盘、下吸盘可以吸附圆形的晶圆，也可以吸附方形PET，在复制工作模具和压印时，带有纳米压印结构的晶圆或者PET均位于下吸盘上，更有利于深度较大的纳米压印结构的胶体填充。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中上吸盘的仰视图；

图3为本发明中下吸盘的俯视图；

图4为本发明复制工作模具时的结构示意图；

图5为本发明复制工作模具时晶圆与PET的位置关系图；

图6为本发明使用工作模具压印基片时的结构示意图；

图7为本发明使用工作模具压印基片时晶圆与PET的位置关系图。

以上各图中：1、上吸盘；11、真空槽组A；111、环形真空槽；112、方形真空槽；12、密封槽；121、密封圈；13、定位槽A；2、下吸盘；21、真空槽组B；211、环形真空槽；212、方形真空槽；213、溢流槽；22、定位槽B；23、负压孔；3、密封凸起；4、压印腔；5、紫外灯；6、晶圆；60、晶圆；7、PET；70、PET。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

一种负压式纳米压印设备，参见图1至图3，包括：上吸盘1以及下吸盘2，其中，

通过在上吸盘1上方或下方连接伸缩杆可驱动其竖向移动，上吸盘1的下表面设置有真空槽组A11以及密封槽12，密封槽12呈方形围绕于真空槽组A11外侧，并靠近上吸盘1的外边缘，与真空槽组A11上连接有真空发生装置，以通过真空发生装置在真空槽组A11内产生负压；

下吸盘2，其与上吸盘1平行设置，下吸盘2的上表面设置有真空槽组B21，真空槽组B21与真空发生装置连接，以在真空槽组B21内产生负压，下吸盘2的侧面设置有可伸缩的密封凸起3，密封凸起3与密封槽12对应，以使密封凸起3与密封槽12配合时，在上吸盘1与下吸盘2之间形成密闭的压印腔4，下吸盘2上设置有与压印腔4对应的负压孔23，负压孔23与真空发生装置连接，以使压印腔4内产生负压并形成真空状态。

通过密封凸起3与密封槽12对应配合，在上吸盘1与下吸盘2之间形成密闭的压印腔4，并对压印腔4抽真空，以使压印腔4内产生负压，由于抽真空是在下吸盘2与下吸盘2之间的压印腔4内进行，其空间小，抽真空的速度极快，提高了压印的效率。

进一步的，真空槽组A11与真空槽组B21的结构相同，真空槽组A11包括多个同心设置的环形真空槽111，以及设置于环形槽111外侧的方形真空槽112，环形真空槽111以及方形真空槽112的中心与上吸盘1的中心之间对应，环形真空槽111内以及方形真空槽112内分别设置有真空孔，真空孔与真空发生装置连接；真空槽组B21包括多个同心设置的环形真空槽211，以及设置于环形槽211外侧的方形真空槽212，环形真空槽211以及方形真空槽212的中心与下吸盘1的中心之间对应，且上吸盘1与下吸盘2的中心对应，环形真空槽211内以及方形真空槽212内分别设置有真空孔，真空孔与真空发生装置连接。

进一步的，在上吸盘1的下表面上，与方形真空槽112的四个角对应设置有定位槽A13，定位槽A13位于密封槽12内侧，在下吸盘2的上表面上，与方形真空槽212的四个角对应设置有定位槽B22，定位槽B22位于密封凸起3内侧。

进一步的，在下吸盘2的上表面上，环形真空槽211组外侧设置有溢流槽213，用于回收压印过程中溢出的胶体。

进一步的，上吸盘1上设置有透光区，在透光区上方设置紫外灯5，可透过上吸盘1上的透光区将紫外线照射入压印腔4内。

在本实施例中，真空发生装置为真空泵，密封槽12侧部设置有密封圈121，还包括控制器，控制器与上吸盘1、真空发生装置以及密封凸起3电性连接，以控制器上吸盘1的竖向移动、真空发生装置的工作状态以及密封凸起3的伸出及回缩。

实施例2

一种压印方法，参见图4至图5，用于复制工作模具，包括以下步骤：

S1、确定零点位置

上吸盘1向下移动与下吸盘2相抵，密封凸起3向密封槽12方向伸出，与密封槽12的槽底相抵，记录此时密封凸起3的位置，设定为零点位置，上吸盘1向上移动与下吸盘2分离；

S2、上料

将带有纳米结构的晶圆6放置在下吸盘2上表面，纳米结构朝向上吸盘1的下表面，通过真空发生装置在真空槽组B21内产生负压，将晶圆6固定；

将空白且透明的PET7放置在上吸盘1的下表面，PET7为方形，PET7的四角与定位槽A13对应，并通过真空发生装置在真空槽组A11内产生负压，将PET7固定，PET7朝向晶圆6的纳米结构一面涂有增粘涂层，以做增粘处理，增粘涂层为现有，在此不赘述；

S3、点胶

在晶圆6上压印结构的中心处点入胶体；

S4、设置负压环境

上吸盘1向下移动到下吸盘2上方，根据晶圆6的厚度和所需的胶层厚度设定密封凸起3向上伸出的长度A，密封凸起3伸出一个长度B，长度B大于长度A，上吸盘1向下移动使密封槽12的槽底与密封凸起3相抵，在上吸盘1与下吸盘2之间形成密闭的压印腔4，真空发生装置通过负压孔23将真空腔内的气体抽出，晶圆6上压印结构胶体中的气泡被抽出，压印腔4内形成负压环境，对压印腔4抽真空不仅能将压印结构内的空气抽出，也能将被胶体封住的空气抽出，而压印过程在真空下的压印腔4内进行，胶体可完全填充压印结构，保证了压印的良好性，避免压印过程中产生的气泡问题；

S5、纳米压印

密封凸起3的长度B逐步缩短至长度A，上吸盘1与密封凸起3同步向下移动，胶体自PET7与晶圆6的中心处向其边缘扩散，以使晶圆6的纳米结构完全填充胶体，溢出的胶体流入溢流槽213；

S6、固化

紫外灯5打开，透过上吸盘1和PET7，固化胶体；

S7、脱模

压印腔4通过负压孔23进气，真空槽组A11释放晶圆6，真空槽组B21释放PET7，将PET7和晶圆6分开，胶体粘连在PET7表面，完成工作模具制作。

实施例3

一种压印方法，用于使用工作模具压印基片，参见图6至图7，包括以下步骤：

S1、确定零点位置

上吸盘1向下移动与下吸盘2相抵，密封凸起3向密封槽12方向伸出，与密封槽12的槽底相抵，记录此时密封凸起3的位置，设定为零点位置，上吸盘1向上移动与下吸盘2分离；

S2、上料

将带有纳米结构的PET70放置在下吸盘2上表面，纳米结构朝向上吸盘1的下表面，通过真空发生装置在真空槽组B21内产生负压，将PET70固定，PET70为方形，PET70的四角与定位槽B22对应，PET覆盖环形真空槽211以及方形真空槽212；

将空白且透明的晶圆60放置在上吸盘1的下表面，通过真空发生装置在真空槽组A11内产生负压，将晶圆60固定，晶圆60朝向PET70纳米结构的一面涂有增粘涂层，以做增粘处理，增粘涂层为现有，在此不赘述；

S3、点胶

在PET70上压印结构的中心处点入胶体；

S4、设置负压环境

上吸盘1向下移动到下吸盘2上方，根据PET70的厚度和所需的胶层厚度设定密封凸起3向上伸出的长度A，密封凸起3伸出一个长度B，长度B大于长度A，上吸盘1向下移动使密封槽12的槽底与密封凸起3相抵，在上吸盘1与下吸盘2之间形成密闭的压印腔4，真空发生装置通过负压孔23将真空腔内的气体抽出，PET70上压印结构胶体中的气泡被抽出，压印腔4内形成负压环境；

S5、纳米压印

密封凸起3的长度B逐步缩短至长度A，上吸盘1与密封凸起3同步向下移动，胶体自PET70与晶圆60的中心处向其边缘扩散，以使PET70的纳米结构完全填充胶体；

S6、固化

紫外灯5打开，透过上吸盘1和晶圆60，固化胶体；

S7、脱模

压印腔4通过负压孔23进气，真空槽组A11释放晶圆60，真空槽组B21释放PET70，将PET70和晶圆60分开，胶体粘连在晶圆60表面，完成压印片制作。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。