[實(shí)用新型]一種整片晶圓納米壓印光刻機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201120336814.4
• 申請(qǐng)日: 2011-09-08
• 公開（公告）號(hào): CN202205025U
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘭紅波;丁玉成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G03F7/00
• 分類號(hào): G03F7/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種納米壓印光刻機(jī)，尤其涉及一種單步整片晶圓納米壓印光刻機(jī)，屬微納制造和光刻技術(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(píng)估同等制作水平的NIL比傳統(tǒng)光學(xué)投影光刻至少低一個(gè)數(shù)量級(jí))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(shì)。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(duì)于大面積、全場(chǎng)、整片晶圓納米壓印工藝和裝備的需求越來越迫切，同時(shí)對(duì)于壓印面積、復(fù)型精度的要求也愈來愈高。目前實(shí)現(xiàn)大面積納米壓印的方法主要有三種：第一種是采用步進(jìn)重復(fù)納米壓印工藝(Step-and-repeat?NIL)；第二種是采用滾壓印工藝(Roll?NIL)；第三種是采用單步整片晶圓納米壓印。與采用步進(jìn)重復(fù)納米壓印工藝和滾壓印工藝實(shí)現(xiàn)大面積圖形化方法相比，采用整片晶圓(晶圓尺度，晶圓級(jí))納米壓印(Full?wafer?NIL，Wafer-level?NIL，Wafer?scale?NIL)具有生產(chǎn)率高、成本低、圖形均勻和一致性好等顯著的優(yōu)點(diǎn)，以及適合各種軟和硬襯底的優(yōu)勢(shì)。但是與現(xiàn)有的納米壓印工藝方法相比，整片晶圓納米壓印目前存在以下挑戰(zhàn)性技術(shù)難題：(1)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)致模具與襯底無法充分接觸，影響復(fù)型精度和質(zhì)量，甚至導(dǎo)致圖形轉(zhuǎn)移失敗，另一方面對(duì)于脆性材料的模板或者襯底，壓印力的不均勻極易導(dǎo)致其碎裂。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)，隨著晶圓尺寸的增加，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(duì)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(duì)于承片臺(tái)和壓印機(jī)構(gòu)性能的要求越來越高；(2)減小壓印力。為了實(shí)現(xiàn)模具與整片晶圓充分、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(duì)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)制失敗；(3)氣泡消除。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，嚴(yán)重影響制作圖形的質(zhì)量。大面積壓過程中印極易產(chǎn)生氣泡，然而消除氣泡卻非常難以解決；(4)脫模困難。隨著模具和襯底的接觸面積的增大，一方面包含模具微納結(jié)構(gòu)特征大大增加，另一方面模具與抗蝕劑粘附問題變得日益突出，導(dǎo)致需要很大的脫模力才能實(shí)現(xiàn)模具與晶圓的分離，大的脫模力容易損壞模具和復(fù)制的圖形；另外，若脫模力過大，則可能將已固化抗蝕劑的顆粒粘附在模具表面，并且可能造成模具表面納結(jié)構(gòu)的破壞，即壓印模具“污染”；(5)整個(gè)壓印區(qū)域獲得均勻一致和薄的殘留層。抗蝕劑上的圖形需要轉(zhuǎn)移到晶圓(襯底)上，在整片晶圓的壓印區(qū)域獲得均勻一致和薄的殘留層，對(duì)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，對(duì)于LED等III-V族材料和襯底的壓印，還面臨以下的難題：(1)晶圓不平整，表面翹曲變形，并且會(huì)有數(shù)微米尺寸的表面突起。例如LED外延片的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℃。這兩層材料實(shí)際上像雙層金屬片一樣，會(huì)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。表面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(huì)產(chǎn)生突起；(2)晶圓面不是非常清潔，可能有污物(這對(duì)于模具極為不利)，導(dǎo)致壓印模具被“污染”；(3)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(shì)是使用大尺寸襯底，例如4寸或者6寸晶圓，甚至未來的12寸或者18寸。然而外延生長會(huì)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(huì)造成襯底斷裂。因此，大尺寸晶圓整片納米工藝和裝備的開發(fā)面臨許多技術(shù)性的難題，目前還沒有一種較為理想的解決方案。