[發(fā)明專利]一種適用于非平整襯底晶圓級納米壓印的裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210050010.7
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN102566262A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘭紅波;丁玉成
• 申請（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué)
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;G03F7/20
• 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

1.?一種適用于非平整襯底晶圓級納米壓印的裝置，其特征是，它包括：工作臺(tái)、導(dǎo)電的襯底、液態(tài)有機(jī)聚合物、模板、氣閥板、氣腔室、紫外光光源、壓印機(jī)構(gòu)、真空管路、壓力管路、電場；其中，涂鋪有液態(tài)有機(jī)聚合物的整片襯底固定于工作臺(tái)之上；模板通過真空管路吸附在氣閥板的底面，氣閥板固定在與氣腔室的底面，紫外光光源固定在氣腔室的頂面；壓印機(jī)構(gòu)與氣腔室相連；壓力管路與氣腔室的進(jìn)氣口相連；所述模板包括支撐導(dǎo)電層和特征結(jié)構(gòu)層，在支撐導(dǎo)電層與襯底間設(shè)有電場；在特征結(jié)構(gòu)層上還有納米結(jié)構(gòu)腔。

2.?如權(quán)利要求1所述的適用于非平整襯底晶圓級納米壓印的裝置，其特征是，所述支撐導(dǎo)電層進(jìn)行表面改性處理，或者涂覆一層透明的偶聯(lián)劑材料。

3.如權(quán)利要求1或2所述的適用于非平整襯底晶圓級納米壓印的裝置，其特征是，所述支撐導(dǎo)電層為透明導(dǎo)電的高彈性薄膜狀PET材料；所述特征結(jié)構(gòu)層為極低表面能、硬質(zhì)、高介電常數(shù)、透明氟聚合物材料。

4.如權(quán)利要求3所述的適用于非平整襯底晶圓級納米壓印的裝置，其特征是，所述特征結(jié)構(gòu)層厚度是10-50微米，支撐導(dǎo)電層厚度是100-200微米。

5.如權(quán)利要求1所述的適用于非平整襯底晶圓級納米壓印的裝置，其特征是，所述紫外光光源為LED陣列。

6.如權(quán)利要求1所述的適用于非平整襯底晶圓級納米壓印的裝置，其特征是，所述電場以模板端為正極，襯底端為負(fù)極；電場采用交流電壓，電壓的頻率5-30Hz，電壓的大小50-380V。

7.如權(quán)利要求1所述的適用于非平整襯底晶圓級納米壓印的裝置，其特征是，所述壓力管路的工作范圍是：0-5bar；壓印過程中的工作壓力是100-1000mbar；真空管路的工作范圍<-0.2bar。

8.一種采用權(quán)利要求1所述的適用于非平整襯底晶圓級納米壓印的裝置的壓印方法，其特征是，如果襯底本身是導(dǎo)電的，它包括如下步驟：

（1）預(yù)處理過程

在襯底上旋涂一層液態(tài)有機(jī)聚合物，將其置于工作臺(tái)之上；將模板通過真空方式吸附在在氣閥板的底面；并使模板與襯底對正；

（2）壓印過程

①壓印機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模板從初始工位向襯底移動(dòng)，同時(shí)開啟壓力管路，向氣腔室通入壓縮空氣；壓印機(jī)構(gòu)以快速進(jìn)給的速度向襯底移動(dòng)，一旦特征結(jié)構(gòu)層的最低點(diǎn)與襯底上的液態(tài)有機(jī)聚合物接觸，壓印機(jī)構(gòu)就轉(zhuǎn)變?yōu)楣みM(jìn)速度；

②在氣體輔助壓印力和壓印機(jī)構(gòu)的工進(jìn)壓印力的綜合作用下，薄膜狀模板逐漸攤平鋪展在襯底的液態(tài)有機(jī)聚合物上，并使模板與襯底上的液態(tài)有機(jī)聚合物共形接觸；

③在模板的支撐導(dǎo)電層和襯底之間施加電場，其中模板端為正極，襯底端為負(fù)極，在外加電場的作用下，形成“流體介電泳”和“類介上電潤濕”，使液態(tài)有機(jī)聚合物與模板的界面特性由非浸潤轉(zhuǎn)變?yōu)榻櫍⒃诹黧w介電泳力作用下使液態(tài)聚合物產(chǎn)生向上的提升力，驅(qū)動(dòng)液態(tài)有機(jī)聚合物在模板特征結(jié)構(gòu)層的納米結(jié)構(gòu)腔體內(nèi)的快速填充，填充的平均高度取決于流體介電泳力與氣相壓力和聚合物流變阻力的平衡；

④繼續(xù)增大氣體輔助壓印力，實(shí)現(xiàn)液態(tài)有機(jī)聚合物在模板的特征結(jié)構(gòu)層的納米結(jié)構(gòu)腔內(nèi)的完全充填，并且將殘留層減薄至預(yù)定的厚度；

（3）一次固化過程

開啟紫外光源，紫外光透過模板對液態(tài)有機(jī)聚合物曝光，使之“一次固化”，完成聚合物納米結(jié)構(gòu)的定型；

（4）脫模過程

①關(guān)閉電場和氣體輔助壓印力，壓印機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模板向上微移動(dòng)，首先破壞特征結(jié)構(gòu)層與壓印結(jié)構(gòu)水平接觸界面的粘附力，使模板與“一次固化”的壓印結(jié)構(gòu)相互分離，在壓印力完全釋放條件下，然后對“一次固化”的壓印結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次固化或者后固化處理，達(dá)到完全固化；

②壓印結(jié)構(gòu)充分完全固化后，采用“揭開”式脫模方法，即脫模過程模板首先從周邊與壓印結(jié)構(gòu)相分離，隨著提升高度的增加，脫模向中間擴(kuò)展，在很小脫模力作用下即可實(shí)現(xiàn)模板與壓印圖形的逐漸相互分離，完成脫模；

③模板與壓印結(jié)構(gòu)完全分離后，壓印機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模板4快速向上運(yùn)動(dòng)，返回壓印原位，以便更換導(dǎo)電襯底，開始下一次工作循環(huán)；

（5）后處理過程

通過常規(guī)的各向異性刻蝕工藝等比例往下刻蝕，去除殘留層，在聚合物上復(fù)制出模具的微納米特征結(jié)構(gòu)；

進(jìn)一步結(jié)合刻蝕工藝，以聚合物圖形為掩模，將特征圖形轉(zhuǎn)移到襯底上，實(shí)現(xiàn)襯底圖形化。