1. 一种适用于非平整衬底晶圆级纳米压印的装置,其特征是,它包括:工作台、导电的衬底、液态有机聚合物、模板、气阀板、气腔室、紫外光光源、压印机构、真空管路、压力管路、电场;其中,涂铺有液态有机聚合物的整片衬底固定于工作台之上;模板通过真空管路吸附在气阀板的底面,气阀板固定在与气腔室的底面,紫外光光源固定在气腔室的顶面;压印机构与气腔室相连;压力管路与气腔室的进气口相连;所述模板包括支撑导电层和特征结构层,在支撑导电层与衬底间设有电场;在特征结构层上还有纳米结构腔。
2. 如权利要求1所述的适用于非平整衬底晶圆级纳米压印的装置,其特征是,所述支撑导电层进行表面改性处理,或者涂覆一层透明的偶联剂材料。
3.如权利要求1或2所述的适用于非平整衬底晶圆级纳米压印的装置,其特征是,所述支撑导电层为透明导电的高弹性薄膜状PET材料;所述特征结构层为极低表面能、硬质、高介电常数、透明氟聚合物材料。
4.如权利要求3所述的适用于非平整衬底晶圆级纳米压印的装置,其特征是,所述特征结构层厚度是10-50微米,支撑导电层厚度是100-200微米。
5.如权利要求1所述的适用于非平整衬底晶圆级纳米压印的装置,其特征是,所述紫外光光源为LED阵列。
6.如权利要求1所述的适用于非平整衬底晶圆级纳米压印的装置,其特征是,所述电场以模板端为正极,衬底端为负极;电场采用交流电压,电压的频率5-30Hz,电压的大小
50-380V。
7.如权利要求1所述的适用于非平整衬底晶圆级纳米压印的装置,其特征是,所述压力管路的工作范围是:0-5bar;压印过程中的工作压力是100-1000mbar;真空管路的工作范围<-0.2bar。
8.一种采用权利要求1所述的适用于非平整衬底晶圆级纳米压印的装置的压印方法,其特征是,如果衬底本身是导电的,它包括如下步骤:(1)预处理过程
在衬底上旋涂一层液态有机聚合物,将其置于工作台之上;将模板通过真空方式吸附在在气阀板的底面;并使模板与衬底对正;
(2)压印过程
①压印机构带动模板从初始工位向衬底移动,同时开启压力管路,向气腔室通入压缩空气;压印机构以快速进给的速度向衬底移动,一旦特征结构层的最低点与衬底上的液态有机聚合物接触,压印机构就转变为工进速度;
②在气体辅助压印力和压印机构的工进压印力的综合作用下,薄膜状模板逐渐摊平铺展在衬底的液态有机聚合物上,并使模板与衬底上的液态有机聚合物共形接触;
③在模板的支撑导电层和衬底之间施加电场,其中模板端为正极,衬底端为负极,在外加电场的作用下,形成“流体介电泳”和“类介上电润湿”,使液态有机聚合物与模板的界面特性由非浸润转变为浸润,并在流体介电泳力作用下使液态聚合物产生向上的提升力,驱动液态有机聚合物在模板特征结构层的纳米结构腔体内的快速填充,填充的平均高度取决于流体介电泳力与气相压力和聚合物流变阻力的平衡;
④继续增大气体辅助压印力,实现液态有机聚合物在模板的特征结构层的纳米结构腔内的完全充填,并且将残留层减薄至预定的厚度;
(3)一次固化过程
开启紫外光源,紫外光透过模板对液态有机聚合物曝光,使之“一次固化”,完成聚合物纳米结构的定型;
(4)脱模过程
①关闭电场和气体辅助压印力,压印机构带动模板向上微移动,首先破坏特征结构层与压印结构水平接触界面的粘附力,使模板与“一次固化”的压印结构相互分离,在压印力完全释放条件下,然后对“一次固化”的压印结构进行二次固化或者后固化处理,达到完全固化;
②压印结构充分完全固化后,采用“揭开”式脱模方法,即脱模过程模板首先从周边与压印结构相分离,随着提升高度的增加,脱模向中间扩展,在很小脱模力作用下即可实现模板与压印图形的逐渐相互分离,完成脱模;
③模板与压印结构完全分离后,压印机构带动模板4快速向上运动,返回压印原位,以便更换导电衬底,开始下一次工作循环;
(5)后处理过程
通过常规的各向异性刻蚀工艺等比例往下刻蚀,去除残留层,在聚合物上复制出模具的微纳米特征结构;
进一步结合刻蚀工艺,以聚合物图形为掩模,将特征图形转移到衬底上,实现衬底图形化。
9.一种采用权利要求1所述的适用于非平整衬底晶圆级纳米压印的装置的压印方法,其特征是,如果衬底本身是非导电的,它包括如下步骤:(1)预处理过程
首先在非导电衬底上沉积一层导电层,在导电层之上旋涂一层液态有机聚合物,将其置于工作台之上;将模板通过真空方式吸附在在气阀板的底面;并使模板与衬底对正;
(2)压印过程
①压印机构带动模板从初始工位向衬底移动,同时开启压力管路,向气腔室通入压缩空气;压印机构以快速进给的速度向衬底移动,一旦特征结构层的最低点与衬底上的液态有机聚合物接触,压印机构转变为工进速度;
②在气体辅助压印力和压印机构工进压印力的综合作用下,薄膜状模板逐渐摊平铺展在衬底的液态有机聚合物上,并使模板与衬底上的液态有机聚合物共形接触;
③在模板的支撑导电层和衬底导电层之间施加电场,其中模板端为正极,衬底导电层端为负极,在外加电场的作用下,形成“流体介电泳”和“类介上电润湿”,使液态有机聚合物与模板的界面特性由非浸润转变为浸润,并在流体介电泳力作用下使液态聚合物产生向上的提升力,驱动液态有机聚合物在特征结构层的纳米结构腔内快速填充,填充的平均高度取决于流体介电泳力与气相压力和聚合物流变阻力的平衡;
④继续增大气体辅助压印力,实现液态有机聚合物在特征结构层的纳米结构腔内的完全充填,并且将残留层减薄至预定的厚度;
(3)一次固化过程
开启紫外光源,紫外光透过模板对液态聚合物曝光,使之“一次固化”,完成聚合物纳米结构的压印结构;
(4)脱模过程
①关闭电场和气体辅助压印力,压印机构带动模板向上微移动,首先破坏特征结构层与压印结构水平接触界面的粘附力,使模板与“一次固化”的压印结构相互分离,在压印力完全释放条件下,然后对“一次固化”的压印结构进行二次固化或者后固化处理,达到完全固化;
②压印结构充分完全固化后,采用“揭开”式脱模方法.即脱模过程模板首先从周边与压印结构相分离,随着提升高度的增加,脱模向中间扩展,在很小脱模力作用下即可实现模板与压印结构的逐渐相互分离,完成脱模;
③ 模板与压印结构完全分离后,压印机构带动模板快速向上运动,返回压印原位,以便更换衬底,开始下一次工作循环;
(5)后处理过程
通过常规的各向异性刻蚀工艺等比例往下刻蚀,去除残留层,在压印结构上复制出模具的微纳米特征结构;
进一步结合刻蚀工艺,以压印结构图形为掩模,将特征图形转移到衬底的导电层上,并以导电层为掩模层,将特征结构转移到衬底之上,去除聚合物和导电层,实现衬底图形化。
10. 如权利要求8或9所述的压印方法,其特征是,所述一次固化时间10-20s,二次固化的时间20-50s。