[發明專利]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

• 申請號: 201210050010.7
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN102566262A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 蘭紅波;丁玉成
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;G03F7/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種在非平整或曲面襯底表面制造大面積納米結構的方法，尤其涉及一種基于氟聚合物基薄膜結構復合軟模具和流體介電泳力驅動的適用于非平整襯底晶圓級納米壓印的裝置和方法，實現高效、低成本LED納米圖形化，屬微納制造和光電子器件制造技術領域。

背景技術

在非平整(彎曲、翹曲或者臺階)或曲面襯底表面制造大面積微納米結構具有非常廣泛的應用，如LED納米圖形化技術、光學器件(如光學透鏡、衍射光學元件等)、蝶式太陽能聚光器、復眼影像感測器、微流控器件等。尤其是LED納米圖形化(采用納米尺度圖形化藍寶石襯底和納米尺度圖形化LED外延片的取光層)被學術界和工業界認為是提高光產生效率和光萃取效率的最有效途徑，即所謂納米級圖形化藍寶石襯底(Nano-Patterned?Sapphire?Substrate，NPSS)和LED外延片圖形化技術(Photonic?Crystal?LED，光子晶體LED)，尤其是光子晶體目前被業界認為是提高取光效率，實現超高亮度LED最有效的技術手段之一。但LED外延片表面不平整，表面存在翹曲變形，并且會有數微米尺寸的表面突起，屬易碎襯底。但是，在非平整襯底表面制造大面積納米結構是非常困難的。例如，由于LED外延片存在翹曲和表面凸起，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，生產率低，難以實現大面積、規模化的制造。對于NPSS，采用現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NPSS制造，但是半導體行業使用的Stepper在LED行業顯得過于昂貴，增加了LED的制造成本，而LED對于成本非常敏感。盡管其它諸如納米球珠光刻、陽極氧化鋁模板(AAO)、激光干涉光刻等納米制造方法也已經嘗試被應用于LED圖形化，但是都在存在某方面的不足，如成本、生產率、一致性、良率和規模化制造等。無法滿足LED行業對于低成本、高生產率、高良率的苛刻要求(LED對于成本、一致性和良率的要求非常嚴格)。

發明內容

本發明的目的在于利用氟聚合物基薄膜結構復合軟模具良好的共形接觸和脫模特性，并結合流體介電泳力驅動納米壓印填充的方法，提供一種面向非平整襯底晶圓級納米壓印的適用于非平整襯底晶圓級納米壓印的裝置和方法，實現在非平整或曲面襯底表面高效、低成本制造出大面積納米結構。

本發明提出面向非平整襯底晶圓級納米壓印工藝的基本原理是：引入一種氟聚合物基薄膜結構復合軟模具，并結合“兩次固化”和“揭開”式脫模，采用微小的脫模力即可實現大面積脫模，避免大面積脫模過程中的粘附缺陷和需要大的脫模力導致對模具和復制圖形損傷，影響復形質量和模具壽命；基于氣體輔助“微接觸”和高彈性薄膜結構雙層復合軟模具(確保壓印過程中模具與非平襯底的完全均勻共形的接觸)，采用“流體介電泳力”驅動實現液態聚合物在很小壓印力條件下對于模具納米結構腔體的快速完全填充，變傳統納米壓印“壓力驅動”為“流體介電泳力”驅動，實現在非平整、易碎襯底上形成大面積納米結構，解決納米壓印填充和脫模的矛盾問題。

為了實現上述目的，本發明采取如下的技術解決方案：

一種適用于非平整襯底晶圓級納米壓印的裝置，它包括：工作臺、導電的襯底(可以是晶圓或外延片)、液態有機聚合物、模板、氣閥板、氣腔室、紫外光光源、壓印機構、真空管路、壓力管路、電場；其中，涂鋪有液態有機聚合物的整片襯底固定于工作臺之上；模板通過真空管路吸附在氣閥板的底面(模板最外側粘附于氣閥板上，確保沒有真空吸力吸附時，模具仍然與氣閥板密封連接)，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項面；壓印機構與氣腔室相連；壓力管路與氣腔室的進氣口相連；所述模板包括支撐導電層和特征結構層，在支撐導電層與襯底間設有電場；在特征結構層上還有納米結構腔。

所述支撐導電層進行表面改性處理，或者涂覆一層透明的偶聯劑材料。

所述支撐導電層為透明導電的高彈性薄膜狀PET材料(是典型的柔性導電薄膜)；所述特征結構層為極低表面能、硬質(高彈性模量)、高介電常數、透明氟聚合物材料(高介電常數)。

所述特征結構層厚度是10-50微米，支撐導電層厚度是100-200微米。

所述紫外光光源為LED陣列。

所述電場以模板端為正極，襯底端為負極；電場采用交流電壓，電壓的頻率5-30Hz，電壓的大小50-380V。

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。