專利名稱：一種用于高亮度led圖形化的納米壓印裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于微納制造和光電子器件制造技術領域，尤其涉及一種用于高亮度LED圖形化的納米壓印裝置。
背景技術：
LED圖形化(藍寶石襯底圖形化和LED外延片圖形化)已經(jīng)被學術界和工業(yè)界認為是提高光生成效率和光萃取效率以及改進光源質(zhì)量(控制光發(fā)射方向和遠場圖形均勻性)最有效途徑，即所謂納米級圖形化藍寶石襯底(Nano-Patterned SapphireSubstrate, NPSS)和 LED 外延片圖形化技術(Photonic Crystal LED,光子晶體 LED ;Nanorod LED,納米棒LED ;Nanowire LED,納米線LED),目前被業(yè)界認為是提高取光效率， 實現(xiàn)超高亮度LED最有效的技術手段之一。不同于傳統(tǒng)IC領域所指使用的平整潔凈硅片，藍寶石襯底和LED外延片具有以下特點，表面不平整，存在翹曲和彎曲變形，厚度尺寸變化大，并且會有數(shù)微米尺寸的表面尖銳的突起，以及存在較為明顯的表面缺陷和顆粒狀污染物，而且呈現(xiàn)出易碎的特性。因此，采用現(xiàn)有的各種微納制造方法，在非平整LED外延片或藍寶石襯底表面高效、低成本、規(guī)?；圃斐龃竺娣e、高深寬比微納結構是極為困難的，無法滿足LED圖形化工業(yè)級應用的需求。例如，由于LED外延片存在翹曲、彎曲以及表面波浪外形和尖銳的凸起，傳統(tǒng)光學光刻焦深比無法適應曝光的要求；采用電子束光刻制造大面積納米結構成本高，生產(chǎn)率低，難以實現(xiàn)大面積、規(guī)?；闹圃?。對于NPSS，采用現(xiàn)有的接觸式或者接近式光刻設備無法滿足納米圖形制造精度的要求，采用步進式投影光刻(Stepper)雖然可以實現(xiàn)NPSS制造,但是半導體行業(yè)使用的Stepper在LED行業(yè)顯得過于昂貴，大大增加了 LED的制造成本。而LED對于成本非常敏感。另外，目前一些企業(yè)采用二手翻新的Stepper，但是在產(chǎn)品良率、設備可靠性等方面都存在問題。干涉光刻在大面積周期性的微納結構制造方面具有較大的優(yōu)勢，但是該方法的顯著不足焦深小、納米結構圖形的可選擇性差、對于生產(chǎn)環(huán)境的要求苛刻(與LED生產(chǎn)工藝兼容性差)，尤其是目前幾乎還沒有一家商業(yè)化公司提供成熟的干涉光刻機(大尺寸晶圓納米圖形的制造)。雖然其它諸如納米球珠光刻、陽極氧化鋁模板(AA0)、自然光刻、嵌段共聚物自組裝等納米制造方法也已經(jīng)嘗試被應用于LED圖形化，但是都在存在某方面的不足，如成本、生產(chǎn)率、一致性、良率和規(guī)?；圃斓取o法滿足LED圖形化的高效、低成本、一致性好工業(yè)級生產(chǎn)要求。納米壓印光刻(Nanoimprint Lithography, NIL)是一種全新微納米圖形化的方法，它是一種使用模具通過抗蝕劑的受力變形實現(xiàn)其圖形化的技術。與其它微納米制造方法相比，NIL具有高分辯率、超低成本(國際權威機構評估同等制作水平的NIL比傳統(tǒng)光學投影光刻至少低一個數(shù)量級)和高生產(chǎn)率的特點，而且其最顯著的優(yōu)勢在于大面積、復雜三維微納結構制造的能力，尤其是對于軟紫外納米壓印具有在非平整(彎曲、翹曲或者臺階)、易碎襯底上底上實現(xiàn)晶圓級納米壓印的潛能，以及滾壓印工藝所特有的連續(xù)大面積壓印能力。納米壓印光刻已經(jīng)被學術界和工業(yè)界確定為實現(xiàn)LED圖形化的最理想的技術方案。但現(xiàn)有納米壓印工藝應用于LED圖形化，在模具壽命、生產(chǎn)率、良率和可靠性等方面還存在許多不足，尤其還面臨一些挑戰(zhàn)性技術難題，如大面積脫模困難、軟模具變形、顆粒狀污物和尖銳的突起缺陷對于模具的損傷、壓印圖形的一致性和可重復性等。另外，在圖形轉(zhuǎn)移過程中的工藝環(huán)節(jié)，藍寶石和GaN等材料難以刻蝕，通常需要先沉積一層硬掩模層，為了降低生產(chǎn)成本，縮短工藝路線，直接在抗蝕劑上壓印出大深寬比的特征結構，可以省去硬掩模層工序，簡化了生產(chǎn)工藝和降低了生產(chǎn)成本。因此，LED圖形化對于在非平整表面或曲面或易碎襯底上高效和低成本制造大面積、高深寬比微納結構的新型壓印技術有著非常迫切的需求。所以，為了滿足LED圖形化的工業(yè)級應用需求，迫切需要開發(fā)新的納米壓印工藝和裝備，它具有在非平整表面上低成本、高效量產(chǎn)大面積、高深寬比、微納米結構能力
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種用于高亮度LED圖形化的納米壓印裝置，它采用一種低成本水溶性、薄膜狀彈性復合軟模具，并結合大面積納米壓印工藝和氣體輔助漸進順序施壓以及揭開式脫模方法，實現(xiàn)在非平整表面(彎曲、翹曲、臺階或者突起)或者曲面或者易碎性襯底高效、低成本制造大面積、高深寬比微納結構。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案一種用于高亮度LED圖形化的納米壓印裝置，它包括承片臺、真空吸盤、襯底(晶圓或外延片)、紫外光固化型納米壓印抗蝕齊U、模具、氣閥板，壓印機構、紫外光光源、模具進給機構、真空管路、壓力管路；其中，承片臺的正上方固定真空吸盤，真空吸盤的正上方吸附著襯底，襯底上涂鋪液態(tài)紫外光固化型納米壓印抗蝕劑；模具附在模具進給機構的放置薄膜狀模具的輥輪、兩個輔助支撐輥輪和壓印后模具回收的輥輪的外面，模具通過輔助支撐輥輪放置在涂有液態(tài)紫外光固化型納米壓印抗蝕劑的襯底的上方和氣閥板的下方，氣閥板固定在壓印機構的下方，紫外光光源固定在壓印機構的上方；真空管路和壓力管路與氣閥板的進氣口相連，真空管路和壓力管路與真空吸盤的進氣口相連。所述模具為水溶性、薄膜狀、彈性復合透明軟模具，它包括圖形層和支撐層，其中圖形層具有以下特性水溶性、高彈性模量、高透明性、熱穩(wěn)定性和良好的力學特性，選擇聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)或聚丙烯酸(poly (acrylic acid), PAA)等水溶性高分子化合物。所述支撐層為透明高彈性薄膜狀PET材料。其中圖形層包含所要復制的微納特征結構(圖形)，支撐層位于圖形層之上。圖形層的厚度是10-50微米，支撐層PET厚度是100-200微米。所述模具采用滾壓印工藝、印刷電子技術或者納米壓印技術制造。所述模具進給機構包括放置薄膜狀模具的輥輪、壓印后模具回收的輥輪、輔助支撐輥輪、導向和防扭偏機構，所述模具進給機構分為左右軸對稱的兩側，一側為放置薄膜狀模具的輥輪和輔助支撐輥輪，放置薄膜狀模具的輥輪比輔助支撐輥輪更靠近模具進給機構的中軸線，另一側是壓印后模具回收的輥輪和另外一個輔助支撐輥輪，壓印后模具回收的輥輪與放置薄膜狀模具的輥輪相對于模具進給機構的中軸線對稱，輔助支撐輥輪和另外一個輔助支撐輥輪相對于模具進給機構的中軸線對稱。所述承片臺為x_y精密工作臺，實現(xiàn)襯底更換工位、壓印過程中襯底與模具的定位和位置的調(diào)整。所述壓印機構包括沿z軸方向上下移動的一維位移平臺和紫外光光源的連接支架，連接支架的下方安裝有若干個緩沖密封墊。所述紫外光光源為紫外LED燈陣列。所述壓力管路的工作范 圍是0-2bar ;壓印過程中的工作壓力是IO-IOOmbar。所述真空管路工作范圍是-0. lbar -0. 4bar，壓印過程中的工作壓力是-300Pa -5kPa ；壓印工作過程中模具下方和真空吸盤所圍成的密閉區(qū)域I為低壓真空環(huán)境，模具上方和壓印機構所圍成的密閉區(qū)域II為壓力環(huán)境。上述用于高亮度LED圖形化的納米壓印裝置所采用的工作方法，包括如下步驟步驟(I):預處理過程；步驟(2):壓印過程；步驟(3):固化過程；步驟(4):脫模過程；步驟(5):后處理過程；步驟(6 )壓印圖形的轉(zhuǎn)移。所述步驟(I)的工作過程為在襯底上旋涂一層液態(tài)紫外光固化型納米壓印抗蝕齊U，將襯底置于承片臺之上的真空吸盤上，并通過真空吸力將涂鋪紫外光固化型納米壓印抗蝕劑的襯底吸附固定于真空吸盤上；承片臺從初始工位移動到壓印工位，所述壓印工位是模具的正下方中心位置。所述步驟(2)的工作過程為(2-1)壓印機構帶動氣閥板、紫外光光源從初始工位向襯底移動，直到壓印機構的緩沖密封墊與模具上表面支撐層，模具下表面圖形層與真空吸盤上的緩沖密封墊完全緊密接觸；模具的下方和真空吸盤形成的密閉區(qū)域I，模具的上方和壓印機構圍成密閉的區(qū)域II，壓印和脫模工作過程中應確保密閉區(qū)域I和II密封和不漏氣；(2-2)從氣閥板的中心位置開始，向兩外側方向逐個開啟氣閥板內(nèi)的壓力管路，在壓縮空氣的施加的壓力作用下，使模具與襯底上的紫外光固化型納米壓印抗蝕劑漸進式順序共形微接觸；(2-3)模具與紫外光固化型納米壓印抗蝕劑完全共形均勻接觸后，一方面真空吸盤開啟真空管路，在密閉區(qū)域I形成低壓真空環(huán)境，去除壓印過程中陷入的氣泡缺陷，使薄膜狀模具與襯底上的液態(tài)紫外光固化型納米壓印抗蝕劑完全共形接觸；同時，氣閥板的所有壓力管路的壓力保持均勻一致性增大，模具的上方和壓印機構所圍成的密閉區(qū)域II形成低壓壓力環(huán)境，在薄膜狀模具上施加均勻一致的壓印力，實現(xiàn)紫外光固化型納米壓印抗蝕劑在模具微納結構腔體內(nèi)完全填充，并且減薄至預定的殘留層厚度；或者直接初始留膜厚度與壓印特征結構的高度相同，實現(xiàn)無留膜壓印，由于是一次性模具，無需擔心模具與襯底直接接觸導致模具的損傷。所述步驟(3)的工作過程為(3-1)首先，逐漸釋放施加在模具上的壓力，使模具的變形得到完全的釋放；(3-2)隨后，開啟紫外光光源，紫外光透過模具對紫外光固化型納米壓印抗蝕劑曝光，充分固化紫外光固化型納米壓印抗蝕劑；固化的時間10-30S。所述步驟(4)的工作過程為[0032](4-1)首先，關閉氣閥板的壓力管路和真空吸盤真空管路；(4-2)從氣閥板最外兩側同時開始向模具的中心逐個開啟氣閥板內(nèi)的真空管路，使密閉區(qū)域II形成低壓真空環(huán)境；同時，真空吸盤上開啟壓力管路，密閉區(qū)域I形成低壓壓力環(huán)境。實現(xiàn)模具從襯底兩外側向中心連續(xù)“揭開”式的脫模；最后，模具中心位置與襯底上固化的聚合物相互分離，實現(xiàn)模具與壓印結構的完全分離，完成脫模。(4-3)最后，關閉氣閥板內(nèi)的真空管路、真空吸盤的壓力管路以及真空吸盤上的緩沖密封墊的壓力通路的進氣管路，緩沖密封墊復位。所述步驟(5)的工作過程為(5-1)壓印機構向上移動，返回初始工位；同時承片臺移動到襯底更換工位，關閉真空吸盤上的真空管路，取下壓印后的襯底，更換新的襯底，同時開啟真空吸盤上的真空管路，將新的襯底固定在真空吸盤上；·( 5-2 )同時壓印后模具回收的輥輪轉(zhuǎn)動，薄膜狀模具向前進給運動，進給移動的尺寸大于襯底的最大外圓尺寸；開始新一輪壓印工作過程的循環(huán)。所述步驟(6)的工作過程為(6-1)去除固化后紫外光固化型納米壓印抗蝕劑結構中的殘留的模具材料；將襯底和其上壓印的微納特征結構置于70-100°C的水溶液中5-10分鐘，去除殘留在壓印結構中的模具殘留材料。(6-2)隨后通過刻蝕工藝，以固化后壓印的紫外光固化型納米壓印抗蝕劑為掩模，將特征結構轉(zhuǎn)移到襯底上；或者通過“Lift-off”工藝，將特征結構轉(zhuǎn)移到其它功能結構材料上，所述刻蝕工藝包括干法刻蝕或濕法刻蝕。本實用新型的工作原理是( I)引入一種低成本水溶性、薄膜狀彈性復合軟模具。壓印過程采用“壓縮氣體和低壓真空共同輔助施壓”和采用從模具中心位置向兩外側方向逐漸均勻性漸進順序微接觸壓印方式，基于薄膜狀彈性模具結構，在模具上面的氣體輔助壓印力和模具下部的真空吸力、以及毛細力共同作用下，實現(xiàn)在非平整襯底(突起、波浪形、曲面等)壓印力均勻分布，并在很小壓印力的條件下實現(xiàn)模具與非平襯底上的紫外光固化型納米壓印抗蝕劑完全共形密切接觸，克服壓印過程中陷入上的氣泡缺陷。脫模過程采用模具從襯底兩側向中心連續(xù)“揭開”式脫模方式，在模具上方的真空吸力和模具下方的壓縮空氣施加脫模力的共同作用下，采用微小的脫模力即可實現(xiàn)大面積脫模。(2)通過薄膜狀彈性復合軟模具、壓縮氣體和低壓真空力共同輔助漸進式順序施壓、均勻順序微接觸壓印方法，實現(xiàn)非平整襯底均勻共形接觸，確保壓印非平整襯底大面積壓印圖形的一致性，并且解決了壓印過程中引入顆粒污染物的問題。(3)壓印過程中，模具和紫外光固化型納米壓印抗蝕劑在低壓真空環(huán)境中，解決了大面積壓印過程中陷入氣泡的去除問題以及確保模具和襯底完全接觸提高壓印圖形的一致性。(4)使用一次性水溶性模具，一方面解決了壓印過程中模具的壽命和成本的問題，另外降低了壓印缺陷的產(chǎn)生，提高了復形質(zhì)量，高深寬比微納特征結構在脫模過程由于模具和固化后聚合物的粘附，以及脫模力不均勻等因素導致一些微納特征結構極易斷在或者粘附在壓印的結構層中，殘留在壓印結構層中的模具材料可在水溶液中去除而不損傷圖形層。本實用新型的創(chuàng)新點及有益效果是(I)本實用新型所使用的模具為一次性低成本模具。即采用水溶性材料，易于去除；其薄膜狀和高彈性特性，確保與非平整襯底具有良好共形接觸能力；此外還可以有效降低納米壓印過程中由于生產(chǎn)環(huán)境中的顆粒物引起的缺陷問題。(2)漸進式順序微接觸的壓印和脫模方法，壓印和脫模過程都是基于順序和微接觸模式，減小了模具變形和脫模力，壓印過程中陷入的氣泡能夠被及時排出。(3)具有在小壓印力下，在非平整襯底(突起、翹曲、彎曲、臺階)實現(xiàn)與薄膜狀彈性模具完全共形密切接觸的能力，實現(xiàn)了在非平整襯底大面積均勻一致的壓印(大面積壓印圖形一致性)。(4)模具圖形層材料為水溶性材料，對于高深寬比微納特征結構即使脫模過程中模具的微納特征結構殘留在復壓印結構層中，極易去除。提高壓印圖形的質(zhì)量，實現(xiàn)了大面積、高深寬比微納結構的制造。(5)壓印過程在低壓真空條件下，并結合采用從模具中心位置向兩外側方向漸進式順序微接觸壓印方式，解決了大面積壓印過程中陷入氣泡的技術難題并確保小壓印力條件下良好的共形接觸。( 6 )因為本實用新型使用的是一次性模具，無需擔心模具與襯底直接接觸，導致模具的損傷，可以實現(xiàn)無殘留層的壓印。(7)固化前，采用壓印力釋放工藝，將模具的變形得到充分的釋放，有效提高軟模具壓印圖形的質(zhì)量和精度。(8)薄膜狀模具采用連續(xù)滾壓印工藝等制造方法，壓印材料成本低廉，模具制造具有高效、低成本制造的優(yōu)勢。滿足批量化工業(yè)級應用的要求。(9)本實用新型壓印過程和脫模過程以模具中心為對稱軸，模具均勻、對稱受力，壓印和脫模過程兩側同時進行，生產(chǎn)效率高。(10)模具為一次性。水溶性模具，解決了尖銳凸起、缺陷、顆粒物等對于模具的損傷，以及高深寬比結構脫模模具易損傷的技術難題，模具壽命低的問題。(11)本實用新型不依賴精密機械施加的平衡、均勻，與表面垂直的壓印力，簡化了設備結構。通過氣體輔助壓力(正壓和負壓的結合)實現(xiàn)大面積壓印過程中的均勻施壓。(12)生產(chǎn)環(huán)境的要求低，對于襯底或者晶圓的不平整度、缺陷、顆粒物不敏感，適應度高。這在實際工業(yè)應用中是非常重要的。(13)本實用新型結合了平板壓印和滾壓印二者優(yōu)勢，實現(xiàn)了大面積微納米結構的高效、低成本制造。為大面積微納米結構的商業(yè)化應用提供一種工業(yè)級的解決方案。本實用新型的最顯著優(yōu)勢在于實現(xiàn)了在各種軟、硬襯底，包括非平整(彎曲、翹曲、臺階或者突起)或曲面襯底或者易碎襯底表面高效、低成本制造出大面積、高深寬比微納米結構，為大面積微納結構制造，或者非平整襯底大面積納米圖形化，或者曲面的大面積納米圖形化，或者高深寬比大面積微納結構制造提供了一種工業(yè)級的應用解決方案。本實用新型適合于高密度磁盤(HDD)、微光學器件(如光學透鏡、衍射光學元件等)、各種涂層(抗反射、自清潔、抗霜等)、三維微型電池、蝶式太陽能聚光器、復眼影像感測器、微流控器件、生物傳感器、MEMS器件、光伏器件等的制造，尤其適合LED納米圖形化(光子晶體LED的制造納圖形化藍寶石襯底等)和晶圓級微光學器件的工業(yè)級生產(chǎn)。

圖I是本實用新型用于高亮度LED圖形化的納米壓印裝置結構示意圖；圖2是本實用新型使用的水溶性、薄膜狀彈性復合軟模具結構示意圖；圖3是本實用新型氣閥板其內(nèi)部管路布置的結構示意圖；圖4a是本實用新型真空吸盤的結構俯視圖；圖4b是本實用新型真空吸盤內(nèi)部管路布置的結構側面剖視圖；圖5是本實用新型壓印機構的結構示意·[0068]圖6是本實用新型模具進給機構的結構示意圖；圖7是本實用新型用于高亮度LED圖形化的壓印方法的工作過程流程圖；其中，I承片臺、2真空吸盤、3襯底、4紫外光固化型納米壓印抗蝕劑、5模具、6氣閥板，7壓印機構、8紫外光光源、9模具進給機構、10真空管路、11壓力管路、201、第一緩沖密封墊，202水平壓力管路、203垂直孔、204水平真空管路、205吸附襯底的垂直管路、206連通區(qū)域I水平管路、207連通區(qū)域I垂直管路、501圖形層、502支撐層、50101微納特征結構、50102微納結構腔體、601進氣口、602凹槽面、701連接支架、702、第二緩沖密封墊、705頂面、706底面、709運動執(zhí)行機構、901放置薄膜狀模具的輥輪、902輔助支撐輥輪、903壓印后模具回收的輥輪。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。本實用新型以納米圖形化4英寸藍寶石襯底為實施例，襯底3為4英寸藍寶石，薄膜狀復合彈性軟模具的圖形層501選擇水溶性聚合物聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)，支撐層502使用高透明和彈性薄膜狀PET材料。圖I是本實用新型用于高亮度LED圖形化的納米壓印裝置結構示意圖，它包括承片臺I、真空吸盤2、襯底3、紫外光固化型納米壓印抗蝕劑4、模具5、氣閥板6，壓印機構7、紫外光光源8、模具進給機構9、真空管路10、壓力管路11 ;其中，涂鋪有紫外光固化型納米壓印抗蝕劑4的襯底3吸附在真空吸盤2之上，真空吸盤2固定在承片臺I之上；氣閥板6固定在壓印機構7的底面706，紫外光光源8固定在壓印機構7的頂面705 ;模具5附在模具進給機構9的放置薄膜狀模具的輥輪901、兩個輔助支撐輥輪902和壓印后模具回收的輥輪903的外面，模具5通過輔助支撐輥輪902放置在涂有液態(tài)紫外光固化型納米壓印抗蝕劑4的襯底3的上方和氣閥板6的下方，真空管路10和壓力管路11與氣閥板6的進氣口601相連，壓力管路11與真空吸盤2的水平壓力管路202連接、真空管路10與真空吸盤2的水平真空管路204連接、真空管路10和壓力管路11與真空吸盤2的連通區(qū)域I水平管路206相連。圖2是本實用新型使用的水溶性、薄膜狀高彈性復合軟模具結構示意圖，所述模板5為兩層薄膜狀彈性透明的軟模具，它包括圖形層501和支撐層502。所述圖形層501包含要復制的微納特征結構50101，圖形層501的厚度是40微米，支撐層502PET的厚度是150微米。支撐層502位于圖形層501之上。圖形層501采用水溶性聚合物聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA);支撐層502使用高透明和彈性薄膜狀PET材料。圖3是本實用新型氣閥板6及其內(nèi)部管路布置的結構示意圖。其中一個側面開有進氣口 601，底面加工出凹槽面602，凹槽面602的一側與進氣口 601相通。進氣口 601與真空管路10和壓力管路11相連。圖4a是本實用新型真空吸盤2的結構俯視圖，圖4b是本實用新型真空吸盤2內(nèi)部管路布置的結構側面剖視圖，它包括第一緩沖密封墊201 (上下自由活動)、放置第一緩沖密封墊201的垂直孔203、與垂直孔203相通的水平壓力管路202 (與壓力管路11相連，通過壓力管路11所提供的壓縮氣體使第一 緩沖密封墊201在壓印過程中向上運動，與模具5和壓印機構7的第二緩沖密封墊702 (固定不動)共同作用，形成密閉區(qū)域I)、固定吸附襯底3的水平真空管路204 (與真空管路10相連，提供吸附襯底3的負壓)、吸附襯底的垂直管路205 (與水平真空管路204相連通)、連通區(qū)域I水平管路206 (與真空管路10和壓力管路11相連，壓印時與真空管路10相連通，脫模時與壓力管路11相連通)、與連通區(qū)域I水平管路206相連通的連通區(qū)域I垂直管路207 (壓印時，在密閉區(qū)域I中形成低壓真空環(huán)境；脫模時在密閉區(qū)域I中形成正壓環(huán)境)。第一緩沖密封墊201在垂直孔203中應確保能夠自由運動。圖5是本實用新型壓印機構7的結構示意圖，它包括連接支架701、第二緩沖密封墊702 (固定在連接支架701上)、運動執(zhí)行機構709。其中連接支架701用以連接和固定紫外光光源8、氣閥板6、第二緩沖密封墊702以及實現(xiàn)壓印機構7沿z軸方向上下移動的運動執(zhí)行機構709 (如一維位移平臺等)。當壓印機構7從初始工位移動到壓印工位時，通過第二緩沖密封墊702、模具5和真空吸盤2上的第一緩沖密封墊201共同作用，形成密封區(qū)域II。壓印機構7的連接支架701的頂面705與紫外光光源8相連，壓印機構7的連接支架701的底面706與氣閥板6相連，壓印機構7的連接支架701的頂面705與運動執(zhí)行機構709相連。圖6是本實用新型模具進給機構9的結構示意圖，它包括放置薄膜狀模具的輥輪901、輔助支撐輥輪902、壓印后模具回收的輥輪903。其中放置薄膜狀模具的輥輪901用以放置(承載)薄膜狀模具5 (通過滾壓印工藝制造的薄膜狀彈性模具5)，壓印后模具回收的輥輪903用以回收脫模后的模具5，輔助支撐輥輪902起到輔助支撐、導向和防扭偏的功能，可以在不同的位置放置多個(本實施例使用兩個)。壓印后模具回收的輥輪903是主動轉(zhuǎn)動輪，放置薄膜狀模具的輥輪901是被動轉(zhuǎn)動輪，完成一次壓印脫模后，壓印后模具回收的輥輪903主動旋轉(zhuǎn)，新的模具5進給移動到壓印工位，開始下一次壓印的工作過程循環(huán)。圖7是本實用新型用于高亮度LED圖形化的壓印方法的工作過程流程圖，它包括如下工藝步驟( I)預處理過程在4英寸藍寶石襯底3上旋涂200nm的液態(tài)紫外光固化型納米壓印抗蝕劑4，將其置于承片臺I之上的真空吸盤2上，并通過真空吸力將涂鋪有紫外光固化型納米壓印抗蝕劑4的藍寶石襯底3吸附固定在真空吸盤2上。承片臺I從初始工位移動到壓印工位(模具5的正下方中心位置)。(2)壓印過程①壓印機構7帶動氣閥板6、紫外光光源8從初始工位向藍寶石襯底3方向移動，直到壓印機構7的第二緩沖密封墊702與模具5，模具5與真空吸盤2上的第一緩沖密封墊201完全接觸。模具5的下方和真空吸盤2形成的密閉區(qū)域I，模具5的上方和壓印機構7圍成密閉的區(qū)域II，應確保密閉區(qū)域I和II壓印和脫模工作過程中密閉和不漏氣；②從氣閥板6的中心位置開始，向兩外側方向逐個開啟壓力管路11，在壓縮空氣所施加的均勻壓力作用下，使薄膜狀模具5與藍寶石襯底3上的紫外光固化型納米壓印抗蝕劑4逐漸共形接觸；③薄膜狀的模具5與紫外光固化型納米壓印抗蝕劑4完全共形均勻接觸后，真空吸盤2開啟真空管路10，在密閉區(qū)域I形成低壓真空環(huán)境(一方面去除壓印過程中陷入的氣泡缺陷，另一方面使薄膜狀的模具5與非平整襯底3上的液態(tài)紫外光固化型納米壓印抗蝕劑4完全共形接觸);同時，氣閥板6的所有壓力管路的壓力保持均勻一致性增大，模具5的上方和壓印機構7所圍成的密閉區(qū)域II形成低壓壓力環(huán)境(在薄膜狀的模具5上施加均勻一致的壓印力)，實現(xiàn)液態(tài)紫外光固化型納米壓印抗蝕劑4在模具5微納結構腔體50102內(nèi)完全填充，并且減薄至60nm預定的殘留層厚度。壓印過程的工作壓力是30mbar。(3)固化過程 ①為了降低模具5的變形對于壓印質(zhì)量的影響，液態(tài)紫外光固化型納米壓印抗蝕劑4固化前，逐漸釋放施加在模具5上的壓力，最后保持5mbar的壓印力，使模具5的變形得到完全的恢復；②隨后，開啟紫外光光源8，紫外光透過模具5對液態(tài)紫外光固化型納米壓印抗蝕劑4曝光，充分固化液態(tài)紫外光固化型納米壓印抗蝕劑4。固化的時間20s。(4)脫模過程①首先，關閉氣閥板6的壓力管路11和真空吸盤2真空管路10 ;②從氣閥板6最外兩側同時開始向模具5的中心逐個開啟真空管路10，密閉區(qū)域II形成低壓真空環(huán)境；同時，真空吸盤2上開啟壓力管路11，密閉區(qū)域I形成低壓壓力環(huán)境。實現(xiàn)模具5從藍寶石襯底3的兩外側向中心連續(xù)“揭開”式的脫模；最后，模具5中心位置與藍寶石襯底3上固化的聚合物相互分離，實現(xiàn)模具5與壓印微納特征結構50101的完全分離，完成脫模。③最后，關閉氣閥板6內(nèi)的真空管路10、真空吸盤2的壓力管路11以及真空吸盤2上的第一緩沖密封墊201的壓力管路11的水平壓力管路202 (第一緩沖密封墊201復位)。(5)后處理過程①壓印機構7向上移動，返回初始工位。同時承片臺I移動到襯底3更換工位，關閉真空吸盤2上的水平真空管路204，取下壓印后的藍寶石襯底3，更換新的藍寶石襯底3，同時開啟真空吸盤2上的水平真空管路204，將新的藍寶石襯底3固定在真空吸盤2上。②同時壓印后模具回收的輥輪903轉(zhuǎn)動，薄膜狀的模具5向前進給運動，進給移動的尺寸是300_。開始新一輪壓印工作過程的循環(huán)。(6)壓印圖形的轉(zhuǎn)移①去除固化后紫外光固化型納米壓印抗蝕劑4結構中的殘存的模具5材料。模具5的微納特征結構50101在脫模過程由于固化后聚合物與脫模的粘附或者脫模力不均勻或者模具5的機械強度低等原因，可能有些模具5的微納特征結構50101殘留到壓印的特征結構中(對于傳統(tǒng)納米壓印工藝將導致嚴重的后果，一方面將導致模具5的失效，另一方面殘留在壓印特種結構中的模具5材料形成壓印缺陷)，導致模具5失效和壓印缺陷的生成。本實用新型使用水溶性的一次性模具5提供了一種理想的解決方案。因為模具5是一次性，無需要擔心模具5的損傷；另外，殘留在壓印特征結構中的模具5材料為水溶性材料。因此，將襯底3和其上壓印的特征結構置于80°C的水溶液中10分鐘，去除殘留在特征結構中的模具5殘留。②隨后，先采用反應離子刻蝕工藝RIE去除殘留層，以固化后壓印的有機聚合物為掩模，通過ICP干法刻蝕工藝，將特征結構轉(zhuǎn)移到藍寶石襯底3上。本實施例所述壓力管路11的工作范圍是0-2bar ;壓印過程中的工作壓力是30mbar。壓力釋放到5mbar,并在固化過程中保持5mbar的壓印力。所述模具5的制造采用滾對滾納米壓印工藝，其制造過程(I)采用激光干涉光刻制造硅模具(母模)；(2)以硅模具為母模，采用電鑄工藝，制造薄片結構的鎳模具，并將其包覆在圓柱形輥輪上，形成滾壓印的工作模具；(3)以輥輪型的鎳模具為工作模具，以PET為背襯(支撐層502)，水溶性PVA為壓印材料，使用滾對滾或者滾對平面納米壓印工藝(熱固化)，制造本實施例所需的模具5。所述真空管路10工作范圍是〈-0. 2bar，壓印過程中的工作壓力是_600Pa ；上述雖然結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內(nèi)。
權利要求1.一種用于高亮度LED圖形化的納米壓印裝置，其特征是，它包括承片臺、真空吸盤、襯底、紫外光固化型納米壓印抗蝕劑、模具、氣閥板，壓印機構、紫外光光源、模具進給機構、真空管路、壓カ管路；其中，承片臺的正上方固定真空吸盤，真空吸盤的正上方吸附著襯底，襯底上涂鋪液態(tài)紫外光固化型納米壓印抗蝕劑；模具附在模具進給機構的放置薄膜狀模具的輥輪、兩個輔助支撐輥輪和壓印后模具回收的輥輪的外面，模具通過輔助支撐輥輪放置在涂有液態(tài)紫外光固化型納米壓印抗蝕劑的襯底的上方和氣閥板的下方，氣閥板固定在壓印機構的下方，紫外光光源固定在壓印機構的上方；真空管路和壓力管路與氣閥板的進氣ロ相連，真空管路和壓力管路與真空吸盤的進氣ロ相連。
2.如權利要求I所述的ー種用于高亮度LED圖形化的納米壓印裝置，其特征是，所述模具為水溶性、薄膜狀、彈性復合透明軟模具，它包括圖形層和支撐層，其中圖形層具有以下特性水溶性、高彈性模量、透明性、熱穩(wěn)定性和良好的力學特性，選擇聚こ烯醇或聚丙烯酸水溶性高分子化合物；所述支撐層為透明高弾性薄膜狀PET材料；其中圖形層包含所要復 制的微納特征結構，支撐層位于圖形層之上；圖形層的厚度是10-50微米，支撐層PET厚度是100-200微米；所述模具采用滾壓印エ藝、印刷電子技術或者納米壓印技術制造。
3.如權利要求I所述的ー種用于高亮度LED圖形化的納米壓印裝置，其特征是，所述模具進給機構包括放置薄膜狀模具的輥輪、壓印后模具回收的輥輪、輔助支撐輥輪、導向和防扭偏機構，所述模具進給機構分為左右軸對稱的兩側，一側為放置薄膜狀模具的輥輪和輔助支撐輥輪，放置薄膜狀模具的輥輪比輔助支撐輥輪更靠近模具進給機構的中軸線，另一側是壓印后模具回收的輥輪和另外一個輔助支撐輥輪，壓印后模具回收的輥輪與放置薄膜狀模具的輥輪相對于模具進給機構的中軸線對稱，輔助支撐輥輪和另外ー個輔助支撐輥輪相對于模具進給機構的中軸線對稱。
4.如權利要求I所述的ー種用于高亮度LED圖形化的納米壓印裝置，其特征是，所述承片臺為x-y精密工作臺，實現(xiàn)襯底更換エ位、壓印過程中襯底與模具的定位和位置的調(diào)整。
5.如權利要求I所述的ー種用于高亮度LED圖形化的納米壓印裝置，其特征是，所述壓印機構包括沿z軸方向上下移動的ー維位移平臺和紫外光光源的連接支架，連接支架的下方安裝有若干個緩沖密封墊。
6.如權利要求I或5所述的ー種用于高亮度LED圖形化的納米壓印裝置，其特征是，所述紫外光光源為紫外LED燈陣列。
7.如權利要求I所述的ー種用于高亮度LED圖形化的納米壓印裝置，其特征是，所述壓力管路的工作范圍是0-2bar ;壓印過程中的工作壓カ是IO-IOOmbar。
8.如權利要求I所述的ー種用于高亮度LED圖形化的納米壓印裝置，其特征是，所述真空管路工作范圍是-0. Ibar -0. 4bar，壓印過程中的工作壓カ是_300Pa _5kPa ； 壓印工作過程中模具下方和真空吸盤所圍成的密閉區(qū)域I為低壓真空環(huán)境，模具上方和壓印機構所圍成的密閉區(qū)域II為壓カ環(huán)境。
專利摘要本實用新型公開了一種用于高亮度LED圖形化的納米壓印裝置。它包括承片臺、真空吸盤、襯底、紫外光固化型納米壓印抗蝕劑等，模具為薄膜狀彈性復合軟模具，它包括圖形層和支撐層，圖形層具有水溶性、薄膜結構、彈性和高透明的特性，模具的制造采用滾壓印工藝?；谠撗b置實現(xiàn)LED圖形化的方法(1)預處理過程；(2)壓印過程；(3)固化過程；(4)脫模過程；(5)后處理過程；(6)壓印圖形的轉(zhuǎn)移。本實用新型實現(xiàn)了在非平整表面或曲面襯底或者易碎襯底上高效、低成本制造大面積、高深寬比微納米結構，適合光學器件、三維微型電池、MEMS器件、光伏器件、抗反射層、自清潔表面等的規(guī)模化制造，尤其適合LED圖形化和晶圓級無拼接微光學器件工業(yè)級規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號G03F7/00GK202771153SQ20122050609
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權日2012年9月29日
發(fā)明者蘭紅波 申請人:蘭紅波