[发明专利]整片纳米压印用三层复合结构透明软模具原位制造方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及整片纳米压印用三层复合结构透明软模具原位制造方法。

背景技术

纳米压印光刻（NIL）是一种使用模具通过抗蚀剂的受力变形实现其图形化的微纳米加工技术。与其它微纳米制造方法相比，NIL具有高分辨率、低成本和高生产率的特点，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更具有突出的优势。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、微透镜阵列、光栅）、微流控器件等领域的广泛应用，对于大面积、全场、整片晶圆纳米压印工艺和装备的需求越来越迫切。目前，实现大面积纳米压印的方法主要有三种：第一种是采用步进重复纳米压印工艺（Step-and-repeat NIL）；第二种是采用滚压印工艺（Roll NIL）；第三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和滚压印工艺实现大面积图形化方法相比，采用整片晶圆（晶圆尺度，晶圆级）纳米压印（Full wafer NIL,Wafer-level NIL,Wafer scale NIL）具有生产率高、成本低、图形均匀和一致性好等显著的优点，以及适合各种软和硬衬底的优势。

发明人在2010年申请了一项专利“整片晶圆纳米压印的装置和方法”（公开号：102096315A），该方法是一种单步整片晶圆纳米压印的方法，其基本原理是，引入一种三层复合结构透明的软模具，压印过程采用从模具中心位置向两侧方向逐渐均匀性微接触压印的方法，基于新的模具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、消除气泡缺陷，并在小的压印力下实现图形的复制。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（一方面避免大面积接触同时脱模需要较大的脱模力，导致对模具和复制图形造成损伤；另一方面避免单侧揭开式脱模，因模具变形大导致使用寿命短的缺陷）。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）。在该专利技术的基础上，发明人还于2011年申请了实用新型专利“一种整片晶圆纳米压印光刻机”（公开号：202205025U）。

发明人在2012年申请了一项发明专利“用于非平整衬底晶圆级纳米压印的复合软模具及制造方法”（申请号：102854741A），该软模具包括特征结构层、刚性限制层和弹性支撑层，制造方法包括（1）制造母模；（2）制造并结合刚性限制层和弹性支撑层；（3）制作特征结构层；（4）结合特征结构层和刚性限制层；（5）脱模。该方法为专利“整片晶圆纳米压印的装置和方法”（公开号：102096315A）中所涉及的三层复合结构的透明软模具，提供了一种解决方案。但是该复合软模具及制造方法存在以下不足：（1）该方法中涉及的特征结构层材料氟树脂与弹性支撑层材料PDMS或PET均为低表面能材料，采用透明的偶联剂将两个功能层进行复合的可操作性很差；（2）特征结构层和弹性支撑层之间借助偶联剂进行粘合，偶联剂的涂覆方式、固化方式会影响到复合模具的整体平行度、使用耐久度；（3）由于三层复合软模具各层本身的厚度在几十至几百微米量级，特征结构层和弹性支撑层之间借助偶联剂进行粘合，偶联剂层的材料属性、物理性能、几何参数会影响三层复合透明软模具的整体性能，影响压印质量；（4）复合软模具在层与层之间复合过程中，采用直接键合或偶联剂粘合的方式，很容易造成层间气泡残留，破坏复合模具的自身整体平行度，及复合模具特征结构层的工作面平面度。