一種氣電協(xié)同的大面積納米壓印光刻方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微納制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣電協(xié)同的大面積納米壓印光刻方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大面積的納米圖形化結(jié)構(gòu)在眾多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，例如光伏發(fā)電、光電子器件、生物微流體、食品包裝安全等。大面積的納米圖形化結(jié)構(gòu)依賴(lài)于適用于大面積的微納米制造技術(shù)及裝備。如今，主要的納米制造方法有電子束直寫(xiě)、激光干涉光刻、納米小球掩膜光刻等，但是這些技術(shù)各自由于其昂貴的制造成本、受局限的圖形類(lèi)型及制造缺陷難以控制等不足，難以應(yīng)用于大面積納米圖形化結(jié)構(gòu)的制造。經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，納米壓印技術(shù)無(wú)論從產(chǎn)量、分辨率，還是制造成本方面來(lái)說(shuō)都可謂是一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的納米制造手段。在眾多的納米壓印技術(shù)分支及變種中，步進(jìn)重復(fù)壓印技術(shù)借鑒了步進(jìn)光刻技術(shù)，是一種較為常用的大面積納米壓印技術(shù)，但是其仍然比較低下的制造效率限制了其進(jìn)一步的發(fā)展。另外，輥對(duì)平面、輥對(duì)輥壓印技術(shù)提供了一種高速納米圖形化方法，而且僅需要較為簡(jiǎn)單的機(jī)械設(shè)備，但是對(duì)于大面積的剛性非平整襯底而言，明顯差異的殘留層厚度使其后續(xù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移(比如干法刻蝕)工藝難度大大增加，甚至于納米結(jié)構(gòu)變形，以至于變性失效。
[0003]發(fā)明人于2010年申請(qǐng)了發(fā)明專(zhuān)利“整片晶圓納米壓印的裝置和方法”(公開(kāi)號(hào):102096315A)，該方法在三層復(fù)合結(jié)構(gòu)透明的軟模具的基礎(chǔ)上，借助壓縮空氣提供的正壓力，從模具中心位置向兩側(cè)方向逐漸均勻的接觸晶圓襯底，實(shí)現(xiàn)壓印力均勻分布、消除氣泡缺陷，并實(shí)現(xiàn)圖形的復(fù)制。脫模過(guò)程從晶圓兩側(cè)向中心連續(xù)地“揭開(kāi)”軟模具，在真空吸力和水平力的共同作用下，采用微小的脫模力實(shí)現(xiàn)大面積脫模。由于復(fù)合模具整體的柔性，使得該方法可以很好的貼合有一定翹曲度的晶圓，實(shí)現(xiàn)非平整襯底納米圖形化。在該方法的基礎(chǔ)上，發(fā)明人于2014年申請(qǐng)了發(fā)明專(zhuān)利“整片納米壓印用三層復(fù)合結(jié)構(gòu)透明軟模具原位制造方法”(申請(qǐng)?zhí)?201410120253，實(shí)審中)，其制造思路是先制造母模，并進(jìn)彳丁抗粘連處理；然后在母模上涂覆液態(tài)的特征結(jié)構(gòu)層，再在預(yù)固化特征結(jié)構(gòu)層上涂覆彈性液態(tài)支撐層；進(jìn)一步復(fù)合剛性限制層與液態(tài)支撐層，再進(jìn)行初步固化脫模，最后完全固化。這種氣輔助的晶圓級(jí)納米壓印方法，納米結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移力主要來(lái)源于毛細(xì)力。毛細(xì)力的大小和所選用的液體壓印膠材料及壓印機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，因此壓印機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受限于選用的膠水材料，大大限制了壓印光刻機(jī)的通用性，更換不同的壓印膠，往往意味著新的壓印光刻機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。并且，壓印機(jī)結(jié)構(gòu)通常需要尺度小、結(jié)構(gòu)密的正壓力高透光率氣槽，例如Imm寬2.5mm間距，這對(duì)高平整度氣槽板的制造提出了苛刻的要求。另外，微弱的毛細(xì)力對(duì)一定深寬比的柱狀結(jié)構(gòu)的制造，存在驅(qū)動(dòng)力不足的問(wèn)題，尤其不適用于大面積柱狀陣列制造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種氣電協(xié)同的大面積納米壓印光刻方法，對(duì)于不同種類(lèi)壓印膠適應(yīng)性強(qiáng)，同時(shí)可滿足大深寬比納米結(jié)構(gòu)的制造。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種氣電協(xié)同的大面積納米壓印光刻方法，采用壓印光刻設(shè)備，該設(shè)備包括氣路分配板2、承載臺(tái)4和柔性復(fù)合模具1，該方法包括以下步驟:
[0007]I)柔性復(fù)合模具安裝:將氣路分配板2上的氣槽5切換到真空狀態(tài)，柔性復(fù)合模具I非工作面在真空作用下吸附固定于氣路分配板2上；
[0008]2)待加工樣品安裝:將涂覆壓印膠的樣品3安裝到樣品承載臺(tái)4上，樣品3與柔性復(fù)合模具I之間保留了一個(gè)50?300um的間隔；柔性復(fù)合模具I和樣品3構(gòu)成了一組接觸對(duì)，并且被氣路分配板2上的氣槽5將接觸對(duì)劃分為相應(yīng)子區(qū)域；
[0009]3)外場(chǎng)電壓加載:在柔性復(fù)合模具I和樣品3表面之間施加100?500V的電壓7，形成了柔性復(fù)合模具-空氣間隙及液態(tài)壓印膠-樣品襯底的三明治平板電容結(jié)構(gòu)；
[0010]4)邊路區(qū)域啟動(dòng):從柔性復(fù)合模具I的一端開(kāi)始，氣路分配板2的一路氣槽5負(fù)壓切換到大氣壓狀態(tài)；該氣槽5對(duì)應(yīng)的柔性復(fù)合模具I被釋放，并且在靜電吸引力的作用下逐漸靠近并接觸涂覆有液態(tài)壓印膠的樣品3 ;
[0011]5)邊路區(qū)域結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移完成:在靜電力的作用下，柔性復(fù)合模具I與樣品3表面接觸面積逐漸增大；接觸線拓展的方向與氣槽5方向平行；柔性復(fù)合模具I與樣品3接觸的區(qū)域內(nèi)，在靜電吸引力和電毛細(xì)力的共同作用下，柔性復(fù)合模具I的納米結(jié)構(gòu)，完全被液態(tài)壓印膠所填充；
[0012]6)全部區(qū)域結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移完成:將氣路分配板2上鄰近的氣槽5依次從真空切換為大氣壓狀態(tài)，在靜電力作用下，柔性復(fù)合模具I與樣品3表面逐漸完全保形貼合；并且實(shí)現(xiàn)了整個(gè)樣品3表面液態(tài)壓印膠的圖形化；
[0013]7)固化:液態(tài)壓印膠固化，并關(guān)閉外加電壓7 ;
[0014]8)脫模:將氣路分配板2 —端的一路氣槽5從大氣壓切換至真空狀態(tài)，在真空力的作用下，使得對(duì)應(yīng)區(qū)域柔性復(fù)合模具I與固化的壓印膠脫離；
[0015]9)壓印完成:將氣路分配板2上的各路氣槽5依次從大氣壓切換至真空狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)壓印脫模，完成整個(gè)樣品的納米壓印光刻過(guò)程。
[0016]所述的柔性復(fù)合模具I包含背襯層1-1、透明導(dǎo)電層1-2和功能結(jié)構(gòu)層1-3，同時(shí)具有柔性、導(dǎo)電、透明的特征，其制造步驟如下:
[0017]I)利用電子束直寫(xiě)方法制造晶圓級(jí)母模6，在納米結(jié)構(gòu)面沉積氟八氟環(huán)丁烷降低其表面能；
[0018]2)在背襯層1-1上磁控濺射透明導(dǎo)電層1-2 ;
[0019]3)在晶圓級(jí)母模6上1000轉(zhuǎn)/2分鐘旋涂旋涂液態(tài)功能層材料；
[0020]4)利用氧氣等離子體處理透明導(dǎo)電層，鍵合透明導(dǎo)電層1-2與液態(tài)功能層材料，并完全固化；
[0021]5)從晶圓級(jí)母模6上脫模，柔性復(fù)合模具I制造完成。
[0022]所述的氣路分配板2制造材料是有機(jī)玻璃(PMMA)，或者光學(xué)玻璃(Glass)。
[0023]所述的氣路分配板2上氣槽5的數(shù)量根據(jù)樣品3翹曲增加而增加，根據(jù)樣品3翹曲減小而減少。
[0024]所述的氣路分配板2上氣槽5施加的真空負(fù)壓力大小，根據(jù)不同樣品3對(duì)象所需要的脫模力增加而增加，根據(jù)所需脫模力減小而減小。
[0025]所述的在柔性復(fù)合模具I與樣品3表面施加的電壓7，根據(jù)不同的氣槽5數(shù)、壓印膠介電常數(shù)的大小改變，介電常數(shù)高，則所需電壓較低，介電常數(shù)低，則所需電壓較高。
[0026]所述的晶圓級(jí)母模6以硅為母?；?，按照半導(dǎo)體行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工藝流程，采用光學(xué)光刻、電子束直寫(xiě)或者激光干涉光刻微納圖形化方法，并結(jié)合刻蝕工藝制作母模。
[0027]所述的透明導(dǎo)電層1-2采用氧化銦錫(ITO)、摻氟的二氧化錫(FTO)的透明導(dǎo)電材料。
[0028]本發(fā)明除傳統(tǒng)納米壓印技術(shù)所具有的一系列優(yōu)點(diǎn)以外，顯著優(yōu)點(diǎn)還包括:
[0029]I)氣-電協(xié)同驅(qū)動(dòng)納米壓印方法除平整襯底以外，對(duì)存在一定翹曲的非平整襯底也同樣適用，顯著提高了納米壓印技術(shù)的適用范圍；
[0030]2)氣-電協(xié)同驅(qū)動(dòng)納米壓印方法是一種整片壓印技術(shù)，顯著提高了納米結(jié)構(gòu)大面積制造的效率；
[0031]3)在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力的作用下，氣-電協(xié)同驅(qū)動(dòng)納米壓印方法可應(yīng)用于制造大深寬比納米結(jié)構(gòu)，顯著提升了納米壓印技術(shù)的制造能力；
[0032]4)氣-電協(xié)同驅(qū)動(dòng)納米壓印方法可以靈活地改變外加電場(chǎng)大小，實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)輔助力大小的調(diào)制，適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)特征納米結(jié)構(gòu)的制造需求。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為本實(shí)施例流程示意圖，其中圖1(a)為準(zhǔn)備階段示意圖；圖1(b)為初始樣品放置圖；圖1((3)為柔性復(fù)合模具I與樣品間加載電壓示意圖；圖1((1)為氣電協(xié)同邊路啟動(dòng)壓印光刻示意圖；圖1(e)為氣電協(xié)同壓印光刻完成示意圖；圖(If)為去電并固化示意圖；圖1(g)為壓印脫模示意圖；圖1(h)為壓印工藝完成示意圖。
[0034]圖2為實(shí)施例納米結(jié)構(gòu)實(shí)物圖。
[0035]圖3為柔性復(fù)合模具I制造示意圖，其中圖3(a)為低表面能處理后的母模示意圖；圖3 (b)為背襯層上派射ITO不意圖；圖3 (c)為選圖hPDMS后母t旲不意圖；圖3 (d)為ITO與hPDMS鍵合示意圖；圖3(e)為柔性復(fù)合模具示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0037]參照?qǐng)D1，一種氣電協(xié)同的大面積納米壓印光