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Title:
DEVICE AND METHOD FOR NANO-IMPRINTING FULL WAFER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/083578
Kind Code:
A1
Abstract:
A device and method for nano-imprinting a full wafer is disclosed. The device includes a workbench (1), a full wafer (2) coated with resist, nozzles for de-molding (3), a template (4), an imprinting head (5), pressure pipelines (6), vacuum pipelines (7) and an UV light source (8), wherein the template (4) is fixed at the bottom of the imprinting head (5) and the nozzles for de-molding (3) are provided at the lower sides of the template (4). The pressure pipelines (6) and the vacuum pipelines (7) are connected with air inlets at two sides of an imprinting head stage. The full wafer (2) coated with resist is fixed on the workbench (1). The UV light source (8) is arranged above the imprinting head (5). The method includes: 1) a pretreatment process; 2) an imprinting process; 3) a solidification process; 4) a de-molding process. The device has advantages of simple structure, low cost, high production rate, high precision and large imprinting area. The device is adapted to mass manufacture and full wafer imprinting of uneven wafers. The device and method can be used for manufacture of high density disks, micro optic components and micro-fluidic components, and especially for patterning full wafers of photonic crystal LEDs.

Inventors:
LAN HONGBO (CN)
DING YUCHENG (CN)
Application Number:
PCT/CN2011/000878
Publication Date:
June 28, 2012
Filing Date:
May 23, 2011
Export Citation:
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Assignee:
UNIV QINGDAO TECHNOLOGICAL (CN)
LAN HONGBO (CN)
DING YUCHENG (CN)
International Classes:
G03F7/00
Foreign References:
TW201103721A2011-02-01
US20080160129A12008-07-03
CN101573659A2009-11-04
CN101142743A2008-03-12
CN101104318A2008-01-16
CN1799808A2006-07-12
CN101249938A2008-08-27
CN101405087A2009-04-08
US20100072671A12010-03-25
Attorney, Agent or Firm:
JINAN SHENGDA INTELLECTUAL PROPERTY AGENCY CO., LTD (CN)
济南圣达知识产权代理有限公司 (CN)
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Claims:
权利要求书

1. 一种整片晶圆纳米压印的装置, 其特征是, 它包括: 工作台 (1 )、 涂铺有抗 蚀剂的整片晶圆 (2)、 脱模用的喷嘴 (3 )、 模板 (4)、 压印头 (5), 压力管路

(6)、 真空管路 (7) 和紫外光光源 (8); 其中, 模板 (4) 固定于压印头 (5) 的底面, 模板 (4) 下部侧面设有脱模用的喷嘴 (3 ); 压力管路 (6) 和真空管 路 (7) 与压印头工作台面两侧面的进气孔相连; 涂铺有抗蚀剂的整片晶圆 (2) 固定于晶圆工作台 (1 ) 之上; 紫外光光源 (8) 置于压印头 (5 ) 之上。

2. 如权利要求 1所述的整片晶圆纳米压印的装置, 其特征是, 所述模板(4)为 三层复合结构透明的软模具,包括结构层(401)、弹性层(402)和支撑层(403), 其中结构层 (401) 包含所要复制的微纳米结构图形 (40101 ), 弹性层 (402) 位于结构层(401)之上, 支撑层(403)位于弹性层(402)之上; 结构层(401 ) 和支撑层 (403) 尺寸大小一致, 弹性层 (402)尺寸大于结构层 (401 ) 和支撑 层 (403) 尺寸; 弹性层 (402) 固定于压印头 (5 ) 的下部。

3.如权利要求 2所述的整片晶圆纳米压印的装置, 其特征是, 所述结构层(401) 的厚度是 100-200微米; 弹性层 (402) 的厚度是 400-700微米; 支撑层 (403) 的厚度是 100-200微米; 结构层 (401) 和支撑层 (403 ) 的材料是硬的 PDMS, 其硬度为弹性层 (402) 使用 PDMS硬度的 3-5倍; 弹性层 (402) 为具有良好 纵向弯曲变形性能软的 PDMS聚二甲基硅氧烷材料,其杨氏模量范围在 1〜 1 0 N I mm。

4. 如权利要求 1或 2所述的整片晶圆纳米压印的装置, 其特征是, 所述压印头 (5 ) 由工作台面 (501 ) 和支撑调节块 (502) 组成, 工作台面 (501 ) 的底部 设有与模板 (4) 相配合的凹槽 (50101 ), 位于工作台面 (501 ) 两侧面的压力 通路圆孔阵列 (50102) 和真空通路圆孔阵列 (50103 ) 分别与工作台面 (501 ) 权利要求书

内部的压力通路 (50104) 和真空通路 (50105 ) 相连接。

5. 一种采用权利要求 1所述的整片晶圆纳米压印的装置的压印方法,其特征是, 它包括如下步骤:

1 ) 预处理过程

将模板 (4) 通过真空方式吸附在压印头 (5 );

2) 压印过程

首先, 从模板 (4) 中心位置开始, 将初始的真空状态转换至压力状态, 在气体 辅助压印力和毛细力共同作用下, 模板 (4) 的弹性层 (402) 在中心位置纵向 产生弯曲变形, 局部开始接触涂铺有抗蚀剂的整片晶圆 (2) 上的抗蚀剂, 模板 (4) 中心位置的微纳米结构腔体开始被抗蚀剂所充填; 随后, 从模板 (4) 中 心位置向两侧方向逐一将真空状态转换至压力状态, 模板 (4) 的结构层 (401) 与抗蚀剂的接触面积不断扩大, 直至整个模板 (4) 结构层 (401) 与涂铺有抗 蚀剂的整片晶圆 (2) 上的抗蚀剂完全接触, 模板 (4) 中的所有微纳米结构腔 体被抗蚀剂所充填; 最后, 所有压力通路(50104)的压力保持均匀一致性增大, 实现液态抗蚀剂材料在模板 .(4) 微纳米结构腔体内的完全充填, 并且减薄至预 定的残留层厚度;

3 ) 固化过程

开启紫外光光源 (8), 紫外光透过模板 (4)对抗蚀剂曝光, 充分固化液态抗蚀 剂;

4) 脱模过程

首先, 从晶圆最外两侧开始, 关闭压力通路 (50104), 打开真空通路 (50105 ), 同时开启脱模用的喷嘴 (3 ), 在真空管路真空吸力和喷嘴压缩空气产生的水平 权利要求书 PCT/CN2011/000878 力的共同作用下; 随后, 从晶圆两侧向模板 (4) 中心逐一将压力转换回真空状 态, 实现模板 (4) 从晶圆外侧向中心连续 "揭开"式的脱模, 脱模力为真空管 路真空吸力和喷嘴压缩空气产生的水平力的合力; 最后, 模板 (4) 中心位置与 晶圆相分离, 实现模板 (4) 与晶圆的完全分离, 完成脱模。

6.如权利要求 5所述的整片晶圆纳米压印的装置的压印方法, 其特征是, 所述步 骤 2)和步骤 4) 中, 压印过程和脱模过程以模板(4) 中心为对称轴, 模板(4) 均匀、 対称受力, 压印和脱模过程两侧同时进行。

7. 如权利要求 5所述的整片晶圆纳米压印的装置的压印方法, 其特征是, 所述 步骤 (3 ) 中固化时间 20-50s。

Description:
整片晶圆纳米压印的装置和方法 .

技术领域

本发明涉及一种整片晶圆纳米压印的装置和方 法, 以实现光子晶体 LED 整片晶圆的图形化, 属微纳制造和光电子器件制造技术领域。

背景技术

纳米压印光刻 (Nanoimprint Lithography, NIL)是一种全新微纳米图形化的 方法, 它是一种使用模具通过抗蚀剂的受力变形实现 其图形化的技术。 与其它 微纳米制造方法相比, NIL具有高分辩率、超低成本(国际权威机构评 估同等制 作水平的 NIL比传统光学投影光刻至少低一个数量级) 和高生产率的特点, 尤 其在大面积微纳米结构和复杂三维微纳米结构 制造方面具有突出的优势。 随着 纳米压印光刻在高亮度光子晶体 LED、高密度磁盘介质(HDD)、光学元器件(光. 波导、微光学透镜、 光栅)、微流控器件等领域的广泛应用, 对于大面积、全场、 整片晶圆压印工艺的需求越来越迫切, 同时对于压印面积、 复型精度的要求也 愈来愈高。 目前实现大面积或者整片晶圆纳米压印的方法 主要有两种. · 第一种 是采用步进重复纳米压印工艺(Step-and-repeat NIL); 第二种是采用单步整片晶 圆纳米压印。 与采用步进重复纳米压印工艺实现大面积图形 化方法相比, 采用 整片晶圆 (晶圆级) 纳米压印 (Full wafer NIL, Wafer-level NIL, Wafer ^ale NIL) 具有生产率高、 图形均匀和一致性好等显著的优点。 但是整片晶圆压印工艺也. 面临着许多新的挑战性问翹: ( 1 ) 如何在大面积施加均匀一致的压印力。 压印 力分布不均匀, 一方面导致复型精度的降低, 另一方面对于脆性材料的模板或 者衬底,压印力的不均匀极易导致其破裂。晶 圆尺寸已经从早期的 4inch和 6inch, 发展到 8inch,直至当前的和 12inch (300毫米), 以及未来的 18inch (450毫米), 随着晶圆面积的增加, 意味着每单位面积的制作成本降低、 总体产能的提升。 但是随着晶圆尺寸的不断增大, 对于纳米压印工艺, 如何在大面积的晶圆上获 得均匀一致的压印力变的愈发困难。 对于压印工作台和压印机构性能的要求越 来越高; (2) 如何减小压印力。 为了实现模具与整片晶圆完全、 均匀性的接触, 液态抗蚀剂快速、 完全充填模具微纳米腔体结构, 与步进重复纳米压印工艺和 小面积压印工艺相比, 整片晶圆压印需要更到的压印力, 大的压印力将导致模 具产生变形, 对于软模具其变形尤为严重, 这将导致复型精度的降低、 存在缺 陷, 甚至图形复制失败; (3 ) 如何消除气泡。 如何消除气泡一直是纳米压印工 艺所面临的极为棘手的问题, 气泡的存在将导致复制的图形存在缺陷, 大面积 压印极易产生气泡, 在大面积压印过程中消除气泡是非常难以解决 的问题; (4) 脱模困难。 大面积需要更到的脱模力, 容易损坏模具和复制的图形; (5 ) 整个 压印区域获得均匀一致和薄的残留层。 在整片晶圆的压印区域获得均匀一致和 薄的残留层, 对于实现高质量的图形转移起到决定性的作用 。 此外, 不同与传 统的硅基纳米压印工艺, 采用 NIL加工光子晶体 LED芯片还面临以下的难题: ( 1 ) 晶圆不平整, 会有数微米尺寸的表面突起。 几十微米的翘曲是衬底材料膨 胀系数不一致的结果, 比如碳化硅或蓝宝石与外延生长的半导体材料 , 如氮化 镓, 其生长温度高于 900 °C。 这两层材料实际上像双层金属片一样, 会形成类似 薯片的翘曲结构。 热应力也阻碍了使用更大尺寸的晶圆。 表突起是外延生长的 副产品, 如果衬底和半导体材料的晶格不能完全匹配, 就会产生突起; (2) 晶 圆面不是非常清洁, 可能有污物; (3 ) 在高亮 LED生产中, 为了节省 MOCVD 外延生长的成本, 未来的发展趋势是使用大尺寸衬底, 例如 4寸或者 6寸晶圆。 然而外延生长会导致大尺寸基底的弯曲则越发 的明显, 在后续的光刻过程中强 行利用真空吸附等方式补偿这种弯曲以换取光 刻中的高分辨率有可能会造成衬 底断裂; (4) 目前大部分 LED生产厂家的超净室都设计在 1000级以上, 如果 使用普通纳米压印光刻技术, 空气中的颗粒状污染物将大大降低压印结构的 成 品率并损坏模板, 制造商将不得不为生产环境改造付出高额代价 。 对于光子晶 体 LED的图形化, 因此, 迫切需要开发一种新的整片晶圆纳米压印工艺 , 以实 现 8inch、 12inch整片晶圆图形的复制,尤其是实现面向光 子晶体 LED大面积整 片晶圆图形化。

发明内容

本发明针对整片晶圆纳米压印面临: 大面积均匀一致的压印力、 需要尽可 能小的压印力和脱模过力、 气泡消除、 均匀一致和薄残留层厚度、 有效的大面 积脱模方法等挑战性的问题, 对于 LED外延片的压印还面临晶圆不平整、 晶圆 有污物, 为脆性易碎的衬底材料。 现有的纳米压印工艺难以满足光子晶体 LED 整片图形化低成本、 规模化制造的要求。 为此本发明提供了一种整片晶圆纳米 压印的装置和方法, 它为光子晶体 LED整片晶圆的图形化提供了一种低成本、 工艺简单、 适合规模化制造的方法。

本发明提出大面积整片晶圆纳米压印工艺的基 本原理是: 引入一种三层复 合结构透明的软模板, 压印过程采用从模板中心位置向两侧方向逐渐 均匀性接 触压印的方法, 基于新的模板结构并采用气体辅助压印力和毛 细力共同作用下, 实现压印力均匀分布、 消除气泡, 并在小的压印力下实现图形的复制, 保证复 形的精度和质量。 脱模过程采用模具从晶圆两侧向中心连续 "揭开"式脱模工 艺, 在真空吸力和水平力的共同作用下, 采用微小的脱模力即可实现大面积脱 模, 避免大面积脱模需要大的脱模力导致对模具和 复制图形损伤。 压印过程和 脱模过程均以模板中心为对称轴, 模板均匀、 对称受力, 压印和脱模过程两侧 同时进行, 极大提高生产率和复形的质量。

为了实现上述目的, 本发明采取如下的技术解决方案:

一种整片晶圆纳米压印的装置, 它包括: 工作台、 涂铺有抗蚀剂的整片晶 圆、 脱模用的喷嘴、 模板、 压印头、 压力管路、 真空管路和紫外光光源; 其中, 模板固定于压印头的底面, 模板下部侧面设有脱模用的喷嘴; 压力管路和真空 管路与压印头工作台面两侧面的进气孔相连; 涂铺有抗蚀剂的整片晶圆固定于 晶圆工作台之上; 紫外光光源置于压印头之上。

所述模板为三层复合结构透明的软模具, 包括结构层、 弹性层和支撑层, 其中结构层包含所要复制的微纳米结构图形, 弹性层位于结构层之上, 支撑层 位于弹性层之上; 结构层和支撑层尺寸大小一致, 弹性层尺寸大于结构层和支 撑层尺寸; 弹性层固定于压印头的下部。

所述结构层的厚度是 100-200微米; 弹性层的厚度是 400-700微米; 支撑层 的厚度是 100-200微米; 结构层和支撑层的材料是硬的 PDMS,其硬度为弹性层 使用 PDMS硬度的 3-5倍; 弹性层为具有良好纵向弯曲变形性能软的 PDMS材 料, 其杨氏模量范围在 1〜: 1 ON / mm。 .

所述压印头由工作台面和支撑调节块组成, 工作台面的底部设有与模板相 配合的凹槽, 位于工作台面两侧面的压力通路圆孔阵列和真 空通路圆孔阵列分 别与工作台面内部的压力通路和真空通路相连 接。

一种采用整片晶圆纳米压印的装置的压印方法 , 它包括如下步骤:

1 ) 预处理过程

将模板通过真空方式吸附在压印头; 2) 压印过程

首先, 从模板中心位置开始, 将初始的真空状态转换至压力状态, 在气体辅助 压印力和毛细力共同作用下, 模板的弹性层在中心位置纵向产生弯曲变形, 局 部开始接触涂铺有抗蚀剂的整片晶圆上的抗蚀 剂, 模板中心位置的微纳米结构 腔体幵始被抗蚀剂所充填; 随后, 从模板中心位置向两侧方向逐一将真空状态 转换至压力状态, 模板的结构层与抗蚀剂的接触面积不断扩大, 直至整个模板 结构层与涂铺有抗蚀剂的整片晶圆上的抗蚀剂 完全接触, 模板中的所有微纳米 · 结构腔体被抗蚀剂所充填; 最后, 所有压力通路的压力保持均匀一致性增大, 实现液态抗蚀剂材料在模板微纳米结构腔体内 的完全充填, 并且减薄至预定的 残留层厚度; '

3 ) 固化过程

开启紫外光光源, 紫外光透过模板对抗蚀剂曝光, 充分固化液态抗蚀剂;

4) 脱模过程

首先, 从晶圆最外两侧幵始, 关闭压力通路, 打开真空通路, 同时开启脱模用 的喷嘴, 在真空管路真空吸力和喷嘴压缩空气产生的水 平力的共同作用下, 从 模板最外侧开始与晶圆相互分离; 随后, 从晶圆两侧向模板中心逐一将压力转 换回真空状态, 实现模板从晶圆外侧向中心连续 "揭开"式的脱模, 脱模力为 真空管路真空吸力和喷嘴压缩空气产生的水平 力的合力; 最后, 模板中心位置 与晶圆相分离, 实现模板与晶圆的完全分离, 完成脱模。

所述步骤 2) 和步骤 4) 中, 压印过程和脱模过程以模板中心为对称轴, 模板均 匀、 对称受力, 压印和脱模过程两侧同时进行。

所述步骤中固化时间 20-50s。 所述紫外光光源为大功率紫外贡灯, 功率 100-1000W。

本发明的显著特征是:

1)本发明使用的模板为三层复合结构透明的软 板, 包括由结构层、 弹性 层和支撑层组。 其中所要复制的图形在结构层上; 结构层采用硬 PDMS, 减小 由于大的压印力、 压印力分布不均匀和衬底不平整导致模具微纳 米结构的局部 变形, 确保复形精度。 中间弹性层采用软 PDMS弹性材料 (易于产生较大的纵 向弯曲变形), 模板所具有的纵向弯曲性能, 一方面在压印过程中保证模板结构 层与晶圆是逐渐和均匀的接触, 适应大面积衬底的表面不平整度, 另一方面限 制由于颗粒状污染物所造成的缺陷面积。 硬的支撑层, 一方面保证了在压印过 程中模具在压力下不产生横向的拉伸形变, 另一方面保证当模板和晶圆完全接 触后, 在气体辅助压印力的作用下模板能够获得均匀 一致的压印力, 从而在大 面积整片晶圆上确保施加均匀一致的压印力。

2)本发明压印过程采用从模板中心位置向两侧 向逐渐均匀性接触的策 略, 其突出的特点和显著优势: (1 ) 通过模板与衬底的逐渐、 均匀性微接触, 一方面减小压印力, 避免传统整片晶圆压印需要大的压印力, 导致软模板产生 较大的变形, 影响复型的精度和质量; 另一方面可以适应大面积衬底具有表面 不平整度的压印工艺要求。 (2 ) 消除了整片晶圆压印 "气泡"缺陷。 压印过程 所产生的 "气泡"可以及时排除。

3)本发明通过气体辅助压印力和毛细力共同作 下, 实现图形的复制, 其 压印力为气体辅助压印力和毛细力的合力, 突出的特点和显著优势: (1 ) 易于 实现模板与晶圆的完全性接触;(2)可以在大 积整片晶圆上确保压力均匀; (3 ) 可以采用较小的压印力, 避免软模板的变形, 提高复形的质量和精度。 4)本发明脱模过程采用模板从晶圆两侧向中心 续 "揭开"式脱模工艺。 突出的特点和显著优势: (1 ) 传统脱模方法, 直接将大面积模板与整片晶圆相 互分离, 一方面需要很大的脱模力, 另一方面极易造成模板和所复制的图形的 损伤破坏。 本发明使用的脱模工艺脱模力小, 对于模具的损伤小, 可以提高模 具的使用寿命, 同时对于所复制的图形的破坏也可以降低到最 小; (2) 脱模过 程中脱模力对称分布, 整个脱模过程脱模力保持均匀。相对与其它脱 模工艺(模 具从晶圆一侧向另外一侧, 或者整片晶圆同时脱模), 本发明从晶圆两侧向中心 连续 "揭开"式脱模工艺可以确保模板中心 (面积最大的位置) 最后脱模, 虽 然模板与衬底此时的接触面积最大, 但两侧均已经完成脱模, 在两侧 (真空吸 力和水平力) 的共同作用下, 易于脱模。

5)本发明通过在真空吸力和水平力 (喷嘴) 共同作用下, 实现模板从晶圆 外侧向中心连续 "揭幵"式的脱模, 其脱模力为真空吸力和水平力的合力。 连 续 "揭开"式的脱模一方面避免了大的脱模力, 另一方面避免脱模过程对模板 和复制图形的损伤。

6)本发明压印过程和脱模过程以模板中心为对 轴,模板均匀、对称受力, 压印和脱模过程两侧同时进行, 生产效率高。

7) 本发明不依赖精密机械施加的平衡、均匀, 与表面垂直的压印力, 简化 了设备结构。

本发明的显著优势还在于: (1) 具有在 8inch和 12inch甚至更大晶圆上实 现整片晶圆压印的工艺能力; (2 ) 在大面积整片晶圆压印和晶圆不平整的条件 下, 可以实现模板与整片晶圆完全、 均匀性接触; (3 ) 压印过程和脱模过程模 板对称均匀受力, 需要的压印力和脱模力小, 模板变形小, 复形精度高; (4) 压印过程和脱模过程以模板中心为对称, 压印和脱模两侧同时进行, 生产率高;

(5)压印力为气体辅助压印力和毛细力的合力 , 压印力均匀; (6) 在真空吸力 和水平力 (喷嘴) 共同作用下, 模板从晶圆外侧向中心连续 "揭开"式的脱模, 脱模力小, 对于模板和复制的图形损伤小, 易于脱模, 图形复制质量高。

本发明的实现了整片晶圆压印低成本、高生产 率、高精度和规模化的制造, 本发明适合于高密度磁盘(HDD)、 微光学器件、 微流体器件等的制造, 尤其适 合光子晶体 LED的整片晶圆压印 (包括出光面表图形化和衬底图形化) 附图说明

图 1是本发明制作装置结构示意图。

图 2是本发明模板结构示意图。

图 3a是本发明压印头的结构示意图。

图 3b是图 3a的俯视图。

图 4a是本发明整片晶圆纳米压印工艺步骤示意图

图 4b是本发明整片晶圆纳米压印工艺步骤示意图

图 4c是本发明整片晶圆纳米压印工艺步骤示意图

图 4d是本发明整片晶圆纳米压印工艺步骤示意图

图 4e是本发明整片晶圆纳米压印工艺步骤示意图

图 4f是本发明整片晶圆纳米压印工艺步骤示意图

图 4g是本发明整片晶圆纳米压印工艺步骤示意图 具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详 细描述。

图 1中, 它包括: 工作台 1、 涂铺有抗蚀剂的整片晶圆 2、 脱模用的喷嘴 3、 模板 4、 压印头 5, 压力管路 6、 真空管路 7和紫外光光源 8; 其中, 模板 4固 定于压印头 5的底面, 模板 4下部侧面设有脱模用的喷嘴 3; 压力管路 6和真空 管路 7与压印头工作台面两侧面的进气孔相连; 涂铺有抗蚀剂的整片晶圆 2固 定于晶圆工作台 1之上; 紫外光光源 8置于压印头 5之上。

图 2中, 所述模板 4为三层复合结构透明的软模具, 其中第一层 (最下层) 是结构层 401,第二层(中间层)是弹性层 402,第三层(最上层)是支撑层 403。 所述结构层 401包含要制造的微纳米结构图形 40101, 弹性层 402位于结构层 401之上, 支撑层 403位于弹性层 402之上。 结构层 401的厚度范围是 100-200 微米;弹性层 402的厚度范围是 400-700微米;支撑层 403的厚度范围是 100-200 微米。 结构层 401、 弹性层 402和支撑层 403材料均为 PDMS, 但其硬度不同。 结构层 401和支撑层 403的材料是硬的 PDMS (聚二甲基硅氧垸:), 其硬度为弹 性层 402使用 PDMS硬度的 3-5倍; 弹性层 402选用具有良好纵向弯曲变形性 能软的 PDMS材料, 其杨氏模量为 5N I m m。 结构层 401和支撑层 403尺寸 大小一致, 弹性层 402比结构层 401和支撑层 403尺寸大 60-150毫米 (具体数 值根据晶圆尺寸的大小确定, 晶圆尺寸越大, 该数值愈大), 即弹性层 402的尺 寸是 30-75毫米。 弹性层 402固定于压印头 5的工作台面 501上, 初始状态下, 支撑层 403吸附于压印头工作台面 501中的凹槽 50101。

本发明压印头的结构示意图参见图 3a、 图 3b。 压印头 5具有以下三个方 面的功能, (1 ) 固定模板 4; (2)实现压力通路和真空通路中的压力和真空均 匀 分布;(3 )调节模板 4与涂铺有抗蚀剂的整片晶圆 2间的压印距离 (一般在 30-150 微米)。 压印头 5包括工作台面 501, 支撑调节块 502。 其中作台面 501实现前 两个功能, 支撑调节块 502实现第三个功能。 工作台面 501 中的凹槽 50101其 直径比模板 4的支撑层 403大 10毫米, 深度尺寸与模板 4的支撑层 403尺寸相 一致, 弹性层 402固定于工作台面 501的底面。 当弹性层 402固定在工作台面 501的底面时, 在初始状态下, 模板 4的支撑层 403被吸附在工作台面 501的凹. 槽 50101中, 确保模板 4与工作台面 501的紧密接触。 位于工作台面 501两侧 面的压力通路圆孔阵列 50102和真空通路圆孔阵列 50103 内侧分别与工作台面 501内部的压力通路 50104和真空通路 50105相连接,实现压力通路和真空通路 的压力和真空均匀分布。 工作台面 501 中的压力通路圆孔阵列 50102和真空通 路圆孔阵列 50103外侧分别与压力管路 6和为真空管道路 Ί相连。

以 4英吋 (约 100毫米) GaN基光子晶体 LED的整片晶圆压印为实施例, 结合本发明整片晶圆纳米压印工艺步骤示意图 4,详细说明整片晶圆纳米压印工 艺的原理和具体工艺步骤。 '

实施例中晶圆、 模板和一些工艺参数设置如下: 晶圆为 4英吋 GaN基外延 片, 需要在 P型半导体层压印出光子晶体结构, 其中光子晶体的几何参数是: 晶格常数 600nm,圆孔的直径 200nm,孔的深度是 80nm。抗蚀剂使用 Micro resist technology公司的 mr-UVCur06, 在 GaN基外延片旋涂的厚度是 300nm。 模板 4 的结构层 401和支撑层 403的尺寸与晶圆的尺寸相同 (直径为 100毫米), 结构 层 401和支撑层 403的厚度相同均为 100微米, 均使用硬度是弹性层材料 3倍 的硬的 PDMS材料。 弹性层 402的直径为 180毫米, 弹性层 40202的尺寸为 40 毫米, 弹性层的厚度为 400微米, 其材料为普通软的 PDMS材料, 其杨氏模量 为 5N / m m。 模板的制造采用传统的纳米压印软模具 PDMS制造工艺, 采用 三次浇注工艺分别制作结构层 401、 弹性层 402和支撑层 403, 即首先使用液态 硬的 PDMS材料浇注母模制作结构层 401, 然后采用软的液态 PDMS材料继续 浇注制造弹性层 402, 最后浇注液态硬的 PDMS材料制造支撑层 403。制造结构 层的母模为硅模具, 采用干涉光刻在 4英吋整个硅片上制造出纳米柱阵列结构, 纳米柱的几何参数: 周期 600nm, 圆柱的直径 200nm, 高度是 100nm。 压力通 路的压力是 80mBar。

紫外光光源 8采用大功率紫外贡灯, 功率为 200W。

1 ) 预处理过程

在 4英吋 GaN外延片均匀旋涂铺' 300nm厚的抗蚀剂,随后将该涂铺有抗蚀 剂的整片晶圆 2固定在工作台 1上。 压印头 5与涂铺有抗蚀剂的整片晶圆 2对 正后, 压印机构下降, 直至压印头 5中的支撑调节块 502 (其高度为 80微米) 与工作台 1相接触。 关闭压力通路 6, 打开真空通路 7, 模板 4的支撑层 03吸 附于压印头工作台面 501中.的凹槽 50101。 ·

2) 压印过程

首先, 从模板中心位置开始, 将初始的真空状态转换至压力状态, 在气体 辅助压印力作用下, 弹性层 402在中心位置纵向产生弯曲变形, 局部开始接触 衬底上的抗蚀剂, 在气体辅助压印力和毛细力共同作用下, 模具中心位置的微 纳米结构腔体开始被抗蚀剂所充填; 如图 4 a) 所示; 随后, 从模具中心位置向 两侧方向逐一将真空状态转换至压力状态, 模具结构层 401与抗蚀剂的接触面 积不断扩大, 直至整个模具结构层 401与整片晶圆上的抗蚀剂完全接触, 模具 结构层 401中的所有微纳米结构腔体被抗蚀剂所充填; 如图 4 b和 4c所示; 最 后, 所有压力通路的压力保持均匀一致增大, 实现液态抗蚀剂材料在模具微纳 米结构腔体内的完全充填, 并且减薄残留层至预定的厚度。 如图 4 c所示。

3 ) 固化过程 开启紫外光光源 8, 紫外光透过模具 4对抗蚀剂曝光, 充分固化液态抗蚀 剂。 固化时间 40s, 如图 4 d所示。

4) 脱模过程

首先, 从晶圆最外两侧开始, 关闭压力通路, 打开真空通路, 同时开启脱 模用的喷嘴 3, 在真空吸力和水平力共同作用下, 从模具最外侧开始与晶圆相互 分离,如图 4 e所示;随后,从晶圆两侧向模具中心逐一将 力转换回真空状态, 实现模具从晶圆外侧向中心连续 "揭幵"式的脱模, 脱模力为真空吸力和水平 力的合力, 如图 4f所示; 最后, 模具中心位置与晶圆相分离, 实现模具与晶圆 的完全分离, 完成脱模, 如图 4 g所示。

另外, 本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变 化。 当然, 这些依据 本发明精神所作的变化, 都应包含在本发明所要求保护的范围内。