專利名稱：整片晶圓納米壓印的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種整片晶圓納米壓印的裝置，以實(shí)現(xiàn)光子晶體LED整片晶圓的 圖形化，屬微納制造和光電子器件制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
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(shí)現(xiàn)其圖形化的技術(shù)。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(quán)威機(jī)構(gòu)評估同等制作水平的OTL比傳統(tǒng)光學(xué) 投影光刻至少低一個數(shù)量級)和高生產(chǎn)率的特點(diǎn)，尤其在大面積微納米結(jié)構(gòu)和復(fù)雜三維微 納米結(jié)構(gòu)制造方面具有突出的優(yōu)勢。隨著納米壓印光刻在高亮度光子晶體LED、高密度磁盤 介質(zhì)(HDD)、光學(xué)元器件(光波導(dǎo)、微光學(xué)透鏡、光柵)、微流控器件等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對于 大面積、全場、整片晶圓壓印工藝的需求越來越迫切，同時對于壓印面積、復(fù)型精度的要求 也愈來愈高。目前實(shí)現(xiàn)大面積或者整片晶圓納米壓印的方法主要有兩種第一種是采用步 進(jìn)重復(fù)納米壓印工藝(St印-and-r印eat NIL)；第二種是采用單步整片晶圓納米壓印。與采 用步進(jìn)重復(fù)納米壓印工藝實(shí)現(xiàn)大面積圖形化方法相比，采用整片晶圓(晶圓級)納米壓印 (Full wafer NIL,Wafer-level NIL,Wafer scale NIL)具有生產(chǎn)率高、圖形均勻和一致性 好等顯著的優(yōu)點(diǎn)。但是整片晶圓納米壓印工藝也面臨著許多新的挑戰(zhàn)性問題(1)如何在 大面積施加均勻一致的壓印力。壓印力分布不均勻，一方面導(dǎo)致復(fù)型精度的降低，另一方面 對于脆性材料的模板或者襯底，壓印力的不均勻極易導(dǎo)致其破裂。晶圓尺寸已經(jīng)從早期的 4inch和6inch，發(fā)展到8inch，直至當(dāng)前的和12inch(300毫米)，以及未來的18inch (450 毫米)，隨著晶圓面積的增加，意味著每單位面積的制作成本降低、總體產(chǎn)能的提升。但是隨 著晶圓尺寸的不斷增大，對于納米壓印工藝，如何在大面積的晶圓上獲得均勻一致的壓印 力變的愈發(fā)困難。對于壓印工作臺和壓印機(jī)構(gòu)性能的要求越來越高；(2)如何減小壓印力。 為了實(shí)現(xiàn)模具與整片晶圓完全、均勻性的接觸，液態(tài)抗蝕劑快速、完全充填模具微納米腔體 結(jié)構(gòu)，與步進(jìn)重復(fù)納米壓印工藝和小面積壓印工藝相比，整片晶圓壓印需要更到的壓印力， 大的壓印力將導(dǎo)致模具產(chǎn)生變形，對于軟模具其變形尤為嚴(yán)重，這將導(dǎo)致復(fù)型精度的降低、 存在缺陷，甚至圖形復(fù)制失??；C3)如何消除氣泡。如何消除氣泡一直是納米壓印工藝所面 臨的極為棘手的問題，氣泡的存在將導(dǎo)致復(fù)制的圖形存在缺陷，大面積壓印極易產(chǎn)生氣泡， 在大面積壓印過程中消除氣泡是非常難以解決的問題；(4)脫模困難。大面積需要更到的 脫模力，容易損壞模具和復(fù)制的圖形；( 整個壓印區(qū)域獲得均勻一致和薄的殘留層。在整 片晶圓的壓印區(qū)域獲得均勻一致和薄的殘留層，對于實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的圖形轉(zhuǎn)移起到?jīng)Q定性的 作用。此外，不同與傳統(tǒng)的硅基納米壓印工藝，采用NIL加工光子晶體LED芯片還面臨以下 的難題(1)晶圓不平整，會有數(shù)微米尺寸的表面突起。幾十微米的翹曲是襯底材料膨脹系 數(shù)不一致的結(jié)果，比如碳化硅或藍(lán)寶石與外延生長的半導(dǎo)體材料，如氮化鎵，其生長溫度高 于900°C。這兩層材料實(shí)際上像雙層金屬片一樣，會形成類似薯片的翹曲結(jié)構(gòu)。熱應(yīng)力也阻 礙了使用更大尺寸的晶圓。表突起是外延生長的副產(chǎn)品，如果襯底和半導(dǎo)體材料的晶格不能完全匹配，就會產(chǎn)生突起O)晶圓面不是非常清潔，可能有污物；C3)在高亮LED生產(chǎn)中， 為了節(jié)省MOCVD外延生長的成本，未來的發(fā)展趨勢是使用大尺寸襯底，例如4寸或者6寸晶 圓。然而外延生長會導(dǎo)致大尺寸基底的彎曲則越發(fā)的明顯，在后續(xù)的光刻過程中強(qiáng)行利用 真空吸附等方式補(bǔ)償這種彎曲以換取光刻中的高分辨率有可能會造成襯底斷裂；(4)目前 大部分LED生產(chǎn)廠家的超凈室都設(shè)計(jì)在1000級以上，如果使用普通納米壓印光刻技術(shù)，空 氣中的顆粒狀污染物將大大降低壓印結(jié)構(gòu)的成品率并損壞模板，制造商將不得不為生產(chǎn)環(huán) 境改造付出高額代價(jià)。對于光子晶體LED的圖形化，因此，迫切需要開發(fā)一種新的整片晶圓 納米壓印工藝，以實(shí)現(xiàn)8inch、12inch整片晶圓圖形的復(fù)制，尤其是實(shí)現(xiàn)面向光子晶體LED 大面積整片晶圓圖形化。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對整片晶圓納米壓印面臨大面積均勻一致的壓印力、需要盡可能 小的壓印力和脫模過力、氣泡消除、均勻一致和薄殘留層厚度、有效的大面積脫模方法等挑 戰(zhàn)性的問題，對于LED外延片的壓印還面臨晶圓不平整、晶圓有污物，為脆性易碎的襯底材 料。現(xiàn)有的納米壓印工藝難以滿足光子晶體LED整片圖形化低成本、規(guī)模化制造的要求。為 此本實(shí)用新型提供了一種整片晶圓納米壓印的裝置，它為光子晶體LED整片晶圓的圖形化 提供了一種低成本、工藝簡單、適合規(guī)?；圃斓姆椒ā１緦?shí)用新型提出大面積整片晶圓納米壓印工藝的基本原理是引入一種三層復(fù) 合結(jié)構(gòu)透明的軟模板，壓印過程采用從模板中心位置向兩側(cè)方向逐漸均勻性接觸壓印的方 法，基于新的模板結(jié)構(gòu)并采用氣體輔助壓印力和毛細(xì)力共同作用下，實(shí)現(xiàn)壓印力均勻分布、 消除氣泡，并在小的壓印力下實(shí)現(xiàn)圖形的復(fù)制，保證復(fù)形的精度和質(zhì)量。脫模過程采用模具 從晶圓兩側(cè)向中心連續(xù)“揭開”式脫模工藝，在真空吸力和水平力的共同作用下，采用微小 的脫模力即可實(shí)現(xiàn)大面積脫模，避免大面積脫模需要大的脫模力導(dǎo)致對模具和復(fù)制圖形損 傷。壓印過程和脫模過程均以模板中心為對稱軸，模板均勻、對稱受力，壓印和脫模過程兩 側(cè)同時進(jìn)行，極大提高生產(chǎn)率和復(fù)形的質(zhì)量。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案一種整片晶圓納米壓印的裝置，它包括工作臺、涂鋪有抗蝕劑的整片晶圓、脫模 用的噴嘴、模板、壓印頭、壓力管路、真空管路和紫外光光源；其中，模板固定于壓印頭的底 面，模板下部側(cè)面設(shè)有脫模用的噴嘴；壓力管路和真空管路與壓印頭工作臺面兩側(cè)面的進(jìn) 氣孔相連；涂鋪有抗蝕劑的整片晶圓固定于晶圓工作臺之上；紫外光光源置于壓印頭之 上。所述模板為三層復(fù)合結(jié)構(gòu)透明的軟模具，包括結(jié)構(gòu)層、彈性層和支撐層，其中結(jié)構(gòu) 層包含所要復(fù)制的微納米結(jié)構(gòu)圖形，彈性層位于結(jié)構(gòu)層之上，支撐層位于彈性層之上；結(jié)構(gòu) 層和支撐層尺寸大小一致，彈性層尺寸大于結(jié)構(gòu)層和支撐層尺寸；彈性層固定于壓印頭的 下部。所述結(jié)構(gòu)層的厚度是100-200微米；彈性層的厚度是400-700微米；支撐層的厚 度是100-200微米；結(jié)構(gòu)層和支撐層的材料是硬的PDMS，其硬度為彈性層使用PDMS硬度的 3-5倍；彈性層為具有良好縱向彎曲變形性能軟的PDMS材料，其楊氏模量范圍在1 ION/ mmD[0009]所述壓印頭由工作臺面和支撐調(diào)節(jié)塊組成，工作臺面的底部設(shè)有與模板相配合的 凹槽，位于工作臺面兩側(cè)面的壓力通路圓孔陣列和真空通路圓孔陣列分別與工作臺面內(nèi)部 的壓力通路和真空通路相連接。一種采用整片晶圓納米壓印的裝置的壓印方法，它包括如下步驟1)預(yù)處理過程將模板通過真空方式吸附在壓印頭；2)壓印過程首先，從模板中心位置開始，將初始的真空狀態(tài)轉(zhuǎn)換至壓力狀態(tài)，在氣體輔助壓印 力和毛細(xì)力共同作用下，模板的彈性層在中心位置縱向產(chǎn)生彎曲變形，局部開始接觸涂鋪 有抗蝕劑的整片晶圓上的抗蝕劑，模板中心位置的微納米結(jié)構(gòu)腔體開始被抗蝕劑所充填; 隨后，從模板中心位置向兩側(cè)方向逐一將真空狀態(tài)轉(zhuǎn)換至壓力狀態(tài)，模板的結(jié)構(gòu)層與抗蝕 劑的接觸面積不斷擴(kuò)大，直至整個模板結(jié)構(gòu)層與涂鋪有抗蝕劑的整片晶圓上的抗蝕劑完全 接觸，模板中的所有微納米結(jié)構(gòu)腔體被抗蝕劑所充填；最后，所有壓力通路的壓力保持均勻 一致性增大，實(shí)現(xiàn)液態(tài)抗蝕劑材料在模板微納米結(jié)構(gòu)腔體內(nèi)的完全充填，并且減薄至預(yù)定 的殘留層厚度；3)固化過程開啟紫外光光源，紫外光透過模板對抗蝕劑曝光，充分固化液態(tài)抗蝕劑；4)脫模過程首先，從晶圓最外兩側(cè)開始，關(guān)閉壓力通路，打開真空通路，同時開啟脫模用的噴 嘴，在真空管路真空吸力和噴嘴壓縮空氣產(chǎn)生的水平力的共同作用下，從模板最外側(cè)開始 與晶圓相互分離；隨后，從晶圓兩側(cè)向模板中心逐一將壓力轉(zhuǎn)換回真空狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)模板從晶 圓外側(cè)向中心連續(xù)“揭開”式的脫模，脫模力為真空管路真空吸力和噴嘴壓縮空氣產(chǎn)生的水 平力的合力；最后，模板中心位置與晶圓相分離，實(shí)現(xiàn)模板與晶圓的完全分離，完成脫模。所述步驟2~)和步驟4)中，壓印過程和脫模過程以模板中心為對稱軸，模板均勻、 對稱受力，壓印和脫模過程兩側(cè)同時進(jìn)行。所述步驟中固化時間20-50s。所述紫外光光源為大功率紫外貢燈，功率100-1000W。本實(shí)用新型的顯著特征是1)本實(shí)用新型使用的模板為三層復(fù)合結(jié)構(gòu)透明的軟模板，包括由結(jié)構(gòu)層、彈性層 和支撐層組。其中所要復(fù)制的圖形在結(jié)構(gòu)層上；結(jié)構(gòu)層采用硬PDMS，減小由于大的壓印力、 壓印力分布不均勻和襯底不平整導(dǎo)致模具微納結(jié)構(gòu)的局部變形，確保復(fù)形精度。中間彈性 層采用軟PDMS彈性材料(易于產(chǎn)生較大的縱向彎曲變形)，模板所具有的縱向彎曲性能， 一方面在壓印過程中保證模板結(jié)構(gòu)層與晶圓是逐漸和均勻的接觸，適應(yīng)大面積襯底的表面 不平整度，另一方面限制由于顆粒狀污染物所造成的缺陷面積。硬的支撐層，一方面保證了 在壓印過程中模具在壓力下不產(chǎn)生橫向的拉伸形變，另一方面保證當(dāng)模板和晶圓完全接觸 后，在氣體輔助壓印力的作用下模板能夠獲得均勻一致的壓印力，從而在大面積整片晶圓 上確保施加均勻一致的壓印力。2)本實(shí)用新型壓印過程采用從模板中心位置向兩側(cè)方向逐漸均勻性接觸的策略， 其突出的特點(diǎn)和顯著優(yōu)勢(1)通過模板與襯底的逐漸、均勻性微接觸，一方面減小壓印導(dǎo)致軟模板產(chǎn)生較大的變形，影響復(fù)型的精度 和質(zhì)量；另一方面可以適應(yīng)大面積襯底具有表面不平整度的壓印工藝要求。( 消除了整 片晶圓壓印“氣泡”缺陷。壓印過程所產(chǎn)生的“氣泡”可以及時排除。3)本實(shí)用新型通過氣體輔助壓印力和毛細(xì)力共同作用下，實(shí)現(xiàn)圖形的復(fù)制，其壓 印力為氣體輔助壓印力和毛細(xì)力的合力，突出的特點(diǎn)和顯著優(yōu)勢(1)易于實(shí)現(xiàn)模板與晶 圓的完全性接觸；(2)可以在大面積整片晶圓上確保壓力均勻；(3)可以采用較小的壓印 力，避免軟模板的變形，提高復(fù)形的質(zhì)量和精度。4)本實(shí)用新型脫模過程采用模板從晶圓兩側(cè)向中心連續(xù)“揭開”式脫模工藝。突 出的特點(diǎn)和顯著優(yōu)勢(1)傳統(tǒng)脫模方法，直接將大面積模板與整片晶圓相互分離，一方面 需要很大的脫模力，另一方面極易造成模板和所復(fù)制的圖形的損傷破壞。本實(shí)用新型使用 的脫模工藝脫模力小，對于模具的損傷小，可以提高模具的使用壽命，同時對于所復(fù)制的圖 形的破壞也可以降低到最??；( 脫模過程中脫模力對稱分布，整個脫模過程脫模力保持 均勻。相對與其它脫模工藝(模具從晶圓一側(cè)向另外一側(cè)，或者整片晶圓同時脫模)，本實(shí) 用新型從晶圓兩側(cè)向中心連續(xù)“揭開”式脫模工藝可以確保模板中心(面積最大的位置)最 后脫模，雖然模板與襯底此時的接觸面積最大，但兩側(cè)均已經(jīng)完成脫模，在兩側(cè)(真空吸力 和水平力)的共同作用下，易于脫模。5)本實(shí)用新型通過在真空吸力和水平力(噴嘴)共同作用下，實(shí)現(xiàn)模板從晶圓外 側(cè)向中心連續(xù)“揭開”式的脫模，其脫模力為真空吸力和水平力的合力。連續(xù)“揭開”式的 脫模一方面避免了大的脫模力，另一方面避免脫模過程對模板和復(fù)制圖形的損傷。6)本實(shí)用新型壓印過程和脫模過程以模板中心為對稱軸，模板均勻、對稱受力，壓 印和脫模過程兩側(cè)同時進(jìn)行，生產(chǎn)效率高。7)本實(shí)用新型不依賴精密機(jī)械施加的平衡、均勻，與表面垂直的壓印力，簡化了設(shè) 備結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的顯著優(yōu)勢還在于(1)具有在Sinch和12inch甚至更大晶圓上實(shí)現(xiàn) 整片晶圓壓印的工藝能力；(2)在大面積整片晶圓壓印和晶圓不平整的條件下，可以實(shí)現(xiàn) 模板與整片晶圓完全、均勻性接觸；C3)壓印過程和脫模過程模板對稱均勻受力，需要的壓 印力和脫模力小，模板變形小，復(fù)形精度高；(4)壓印過程和脫模過程以模板中心為對稱， 壓印和脫模兩側(cè)同時進(jìn)行，生產(chǎn)率高；( 壓印力為氣體輔助壓印力和毛細(xì)力的合力，壓印 力均勻；(6)在真空吸力和水平力(噴嘴)共同作用下，模板從晶圓外側(cè)向中心連續(xù)“揭開” 式的脫模，脫模力小，對于模板和復(fù)制的圖形損傷小，易于脫模，圖形復(fù)制質(zhì)量高。本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)了整片晶圓壓印低成本、高生產(chǎn)率、高精度和規(guī)?；闹圃欤?實(shí)用新型適合于高密度磁盤(HDD)、微光學(xué)器件、微流體器件等的制造，尤其適合光子晶體 LED的整片晶圓壓印(包括出光面表圖形化和襯底圖形化)

圖1是本實(shí)用新型制作裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型模板結(jié)構(gòu)示意圖。圖3a是本實(shí)用新型壓印頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖北是圖3a的俯視圖。[0036]圖如是本實(shí)用新型整片晶圓納米壓印工藝步驟示意圖。圖4b是本實(shí)用新型整片晶圓納米壓印工藝步驟示意圖。圖如是本實(shí)用新型整片晶圓納米壓印工藝步驟示意圖。圖4d是本實(shí)用新型整片晶圓納米壓印工藝步驟示意圖。圖如是本實(shí)用新型整片晶圓納米壓印工藝步驟示意圖。圖4f是本實(shí)用新型整片晶圓納米壓印工藝步驟示意圖。圖4g是本實(shí)用新型整片晶圓納米壓印工藝步驟示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。圖1中，它包括工作臺1、涂鋪有抗蝕劑的整片晶圓2、脫模用的噴嘴3、模板4、壓 印頭5，壓力管路6、真空管路7和紫外光光源8 ；其中，模板4固定于壓印頭5的底面，模板 4下部側(cè)面設(shè)有脫模用的噴嘴3 ；壓力管路6和真空管路7與壓印頭工作臺面兩側(cè)面的進(jìn)氣 孔相連；涂鋪有抗蝕劑的整片晶圓2固定于晶圓工作臺1之上；紫外光光源8置于壓印頭5 之上。圖2中，所述模板4為三層復(fù)合結(jié)構(gòu)透明的軟模具，其中第一層(最下層)是結(jié)構(gòu) 層401，第二層(中間層)是彈性層402，第三層(最上層)是支撐層403。所述結(jié)構(gòu)層401 包含要制造的微納米結(jié)構(gòu)圖形40101，彈性層402位于結(jié)構(gòu)層401之上，支撐層403位于彈 性層402之上。結(jié)構(gòu)層401的厚度范圍是100-200微米；彈性層402的厚度范圍是400-700 微米；支撐層403的厚度范圍是100-200微米。結(jié)構(gòu)層401、彈性層402和支撐層403材料均 為PDMS，但其硬度不同。結(jié)構(gòu)層401和支撐層403的材料是硬的PDMS (聚二甲基硅氧烷)， 其硬度為彈性層402使用PDMS硬度的3-5倍；彈性層402選用具有良好縱向彎曲變形性能 軟的PDMS材料，其楊氏模量為5N/mm。結(jié)構(gòu)層401和支撐層403尺寸大小一致，彈性層402 比結(jié)構(gòu)層401和支撐層403尺寸大60-150毫米(具體數(shù)值根據(jù)晶圓尺寸的大小確定，晶圓 尺寸越大，該數(shù)值愈大)，即彈性層402的尺寸是30-75毫米。彈性層402固定于壓印頭5 的工作臺面501上，初始狀態(tài)下，支撐層403吸附于壓印頭工作臺面501中的凹槽50101。本實(shí)用新型壓印頭的結(jié)構(gòu)示意圖參見圖3a、圖北。壓印頭5具有以下三個方面的 功能，(1)固定模板4 ； (2)實(shí)現(xiàn)壓力通路和真空通路中的壓力和真空均勻分布；(3)調(diào)節(jié)模 板4與涂鋪有抗蝕劑的整片晶圓2間的壓印距離(一般在30-150微米)。壓印頭5包括工 作臺面501，支撐調(diào)節(jié)塊502。其中作臺面501實(shí)現(xiàn)前兩個功能，支撐調(diào)節(jié)塊502實(shí)現(xiàn)第三 個功能。工作臺面501中的凹槽50101其直徑比模板4的支撐層403大10毫米，深度尺寸 與模板4的支撐層403尺寸相一致，彈性層402固定于工作臺面501的底面。當(dāng)彈性層402 固定在工作臺面501的底面時，在初始狀態(tài)下，模板4的支撐層403被吸附在工作臺面501 的凹槽50101中，確保模板4與工作臺面501的緊密接觸。位于工作臺面501兩側(cè)面的壓 力通路圓孔陣列50102和真空通路圓孔陣列50103內(nèi)側(cè)分別與工作臺面501內(nèi)部的壓力通 路50104和真空通路50105相連接，實(shí)現(xiàn)壓力通路和真空通路的壓力和真空均勻分布。工 作臺面501中的壓力通路圓孔陣列50102和真空通路圓孔陣列50103外側(cè)分別與壓力管路 6和為真空管道路7相連。以4英時(約100毫米)GaN基光子晶體LED的整片晶圓壓印為實(shí)施例，結(jié)合本實(shí)用新型整片晶圓納米壓印工藝步驟示意圖4，詳細(xì)說明整片晶圓納米壓印工藝的原理和具 體工藝步驟。實(shí)施例中晶圓、模板和一些工藝參數(shù)設(shè)置如下晶圓為4英時GaN基外延片，需 要在P型半導(dǎo)體層壓印出光子晶體結(jié)構(gòu)，其中光子晶體的幾何參數(shù)是晶格常數(shù)600nm， 圓孔的直徑200nm，孔的深度是80nm?？刮g劑使用Micro resist technology公司的 mr-UVCur06，在GaN基外延片旋涂的厚度是300nm。模板4的結(jié)構(gòu)層401和支撐層403的尺 寸與晶圓的尺寸相同(直徑為100毫米)，結(jié)構(gòu)層401和支撐層403的厚度相同均為100微 米，均使用硬度是彈性層材料3倍的硬的PDMS材料。彈性層402的直徑為180毫米，彈性 層的厚度為400微米，其材料為普通軟的PDMS材料，其楊氏模量為5N/mm。模板的制造采用 傳統(tǒng)的納米壓印軟模具PDMS制造工藝，采用三次澆注工藝分別制作結(jié)構(gòu)層401、彈性層402 和支撐層403，即首先使用液態(tài)硬的PDMS材料澆注母模制作結(jié)構(gòu)層401，然后采用軟的液態(tài) PDMS材料繼續(xù)澆注制造彈性層402，最后澆注液態(tài)硬的PDMS材料制造支撐層403。制造結(jié) 構(gòu)層的母模為硅模具，采用干涉光刻在4英時整個硅片上制造出納米柱陣列結(jié)構(gòu)，納米柱 的幾何參數(shù)周期600nm，圓柱的直徑200nm，高度是lOOnm。壓力通路的壓力是80mBar。紫外光光源8采用大功率紫外貢燈，功率為200W。1)預(yù)處理過程在4英時GaN外延片均勻旋涂鋪300nm厚的抗蝕劑，隨后將該涂鋪有抗蝕劑的整 片晶圓2固定在工作臺1上。壓印頭5與涂鋪有抗蝕劑的整片晶圓2對正后，壓印機(jī)構(gòu)下 降，直至壓印頭5中的支撐調(diào)節(jié)塊502(其高度為80微米)與工作臺1相接觸。關(guān)閉壓力 通路6，打開真空通路7，模板4的支撐層403吸附于壓印頭工作臺面501中的凹槽50101。2)壓印過程首先，從模板中心位置開始，將初始的真空狀態(tài)轉(zhuǎn)換至壓力狀態(tài)，在氣體輔助壓印 力作用下(空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣作為壓印驅(qū)動力)，彈性層402在中心位置縱向產(chǎn)生 彎曲變形，局部開始接觸襯底上的抗蝕劑，在氣體輔助壓印力和毛細(xì)力共同作用下，模具中 心位置的微納米結(jié)構(gòu)腔體開始被抗蝕劑所充填；如圖如所示；隨后，從模具中心位置向兩 側(cè)方向逐一將真空狀態(tài)轉(zhuǎn)換至壓力狀態(tài)，模具結(jié)構(gòu)層401與抗蝕劑的接觸面積不斷擴(kuò)大， 直至整個模具結(jié)構(gòu)層401與整片晶圓上的抗蝕劑完全接觸，模具結(jié)構(gòu)層401中的所有微納 米結(jié)構(gòu)腔體被抗蝕劑所充填；如圖4b和如所示；最后，所有壓力通路的壓力保持均勻一致 增大，實(shí)現(xiàn)液態(tài)抗蝕劑材料在模具微納米結(jié)構(gòu)腔體內(nèi)的完全充填，并且減薄殘留層至預(yù)定 的厚度。如圖4c所示。3)固化過程開啟紫外光光源8，紫外光透過模具4對抗蝕劑曝光，充分固化液態(tài)抗蝕劑。固化 時間40s，如圖4d所示。4)脫模過程首先，從晶圓最外兩側(cè)開始，關(guān)閉壓力通路，打開真空通路，同時開啟脫模用的噴 嘴3，在真空吸力和水平力共同作用下，從模具最外側(cè)開始與晶圓相互分離，如圖如所示； 隨后，從晶圓兩側(cè)向模具中心逐一將壓力轉(zhuǎn)換回真空狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)模具從晶圓外側(cè)向中心連 續(xù)“揭開”式的脫模，脫模力為真空吸力和水平力的合力，如圖4f所示；最后，模具中心位置 與晶圓相分離，實(shí)現(xiàn)模具與晶圓的完全分離，完成脫模，如圖4g所示。[0058] 另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本實(shí)用新型精神內(nèi)做其它變化。當(dāng)然，這些依據(jù)本實(shí) 用新型精神所作的變化，都應(yīng)包含在本實(shí)用新型所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種整片晶圓納米壓印的裝置，其特征是，它包括工作臺(1)、涂鋪有抗蝕劑的整 片晶圓⑵、脫模用的噴嘴(3)、模板(4)、壓印頭(5)，壓力管路(6)、真空管路(7)和紫外光 光源(8)；其中，模板固定于壓印頭(5)的底面，模板(4)下部側(cè)面設(shè)有脫模用的噴嘴 (3)；壓力管路(6)和真空管路(7)與壓印頭工作臺面兩側(cè)面的進(jìn)氣孔相連；涂鋪有抗蝕劑 的整片晶圓(2)固定于晶圓工作臺(1)之上；紫外光光源(8)置于壓印頭(5)之上。
2.如權(quán)利要求1所述的整片晶圓納米壓印的裝置，其特征是，所述模板(4)為三層復(fù) 合結(jié)構(gòu)透明的軟模具，包括結(jié)構(gòu)層G01)、彈性層(402)和支撐層003)，其中結(jié)構(gòu)層(401) 包含所要復(fù)制的微納米結(jié)構(gòu)圖形G0101)，彈性層(402)位于結(jié)構(gòu)層G01)之上，支撐層 (403)位于彈性層(402)之上；結(jié)構(gòu)層(401)和支撐層(403)尺寸大小一致，彈性層(402) 尺寸大于結(jié)構(gòu)層G01)和支撐層(403)尺寸；彈性層002)固定于壓印頭(5)的下部。
3.如權(quán)利要求2所述的整片晶圓納米壓印的裝置，其特征是，所述結(jié)構(gòu)層001)的厚 度是100-200微米；彈性層(40 的厚度是400-700微米；支撐層(40 的厚度是100-200 微米；結(jié)構(gòu)層(401)和支撐層003)的材料是硬的PDMS，其硬度為彈性層(402)使用PDMS 硬度的3-5倍；彈性層(402)為具有良好縱向彎曲變形性能軟的PDMS材料，其楊氏模量范 圍在1 10N/mm。
4.如權(quán)利要求1或2所述的整片晶圓納米壓印的裝置，其特征是，所述壓印頭(5)由工 作臺面(501)和支撐調(diào)節(jié)塊(502)組成，工作臺面(501)的底部設(shè)有與模板(4)相配合的 凹槽(50101)，位于工作臺面(501)兩側(cè)面的壓力通路圓孔陣列(50102)和真空通路圓孔陣 列(50103)分別與工作臺面(501)內(nèi)部的壓力通路(50104)和真空通路(50105)相連接。
5.如權(quán)利要求1所述的整片晶圓納米壓印的裝置，其特征是，所述紫外光光源為大功 率紫外貢燈，功率100-1000W。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種整片晶圓納米壓印的裝置。它包括工作臺、涂鋪有抗蝕劑的整片晶圓、脫模用的噴嘴、模板、壓印頭、壓力管路、真空管路和紫外光光源；其中，模板固定于壓印頭的底面，模板下部側(cè)面設(shè)有脫模用的噴嘴；壓力管路和真空管路與壓印頭工作臺面兩側(cè)面的進(jìn)氣孔相連；涂鋪有抗蝕劑的整片晶圓固定于晶圓工作臺之上；紫外光光源置于壓印頭之上。其方法為1)預(yù)處理過程；2)壓印過程；3)固化過程；4)脫模過程。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、生產(chǎn)率高、精度高、壓印面積大、適合規(guī)?；圃煲约安黄秸A的整片壓印的特點(diǎn)?？捎糜诟呙芏却疟P、微光學(xué)器件、微流體器件等的規(guī)?；圃?，尤其適合光子晶體LED的整片晶圓的圖形化。
文檔編號G03F7/00GK201926865SQ20102067370
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者丁玉成, 蘭紅波 申請人:青島理工大學(xué)