[发明专利]具有对准式自动脱模紫外纳米压印装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于器件制造如半导体器件，光学器件和生物制品的纳米压印装置，涉及掩模与衬底对准，LED紫外冷光源固化纳米压印装置，属于微纳制造和器件制造技术领域。

背景技术

随着科技的进步，适应半导体集成电路技术的飞速发展，普通的光学光刻分辨率已经达到了极限。随之而来，最近几年出现了普通光学光刻技术的替代技术：极紫外光刻(EUV)技术和纳米压印技术(NIL)。极紫外光刻技术使用波长11～13nm的极紫外光，采用精度极高的反射式光学系统，以避免折射系统中强烈的光吸收，如何实现足够功率的短波长光源也是一个难点，整个光刻系统造价非常昂贵。除极紫外光刻之外，比较有前途的技术还有电子束光刻、X射线光刻，但其也存在一些不足之处，如产出低，模板难以制作等，从而离工业化应用还有一段距离，同时整个光刻系统造价非常高。作为可商用化的产品，必须具有较高的性价比，操作简单、可靠、易行，同时可实现工业化生产、高的重复性。纳米压印光刻技术的提出，避免使用昂贵的光学系统，大大降低了成本。

纳米压印光刻技术(Nanoimprint Lithography，NIL)是由美国明尼苏达大学纳米结构实验室Stephen Y.Zhou教授于1995年开始进行了开创性的研究，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。通过近二十年的发展，纳米压印光刻已作为32、22和16nm节点的集成电路制造技术列入国际半导体技术路线图(ITRS)，成为公认的低成本、高分辨率、大面积图形加工技术。纳米压印技术主要包括热压印(HEL)、紫外压印(UV-NIL)(包括步进-闪光压印(S-FIL))、微接触印刷(μ-CP)。主要应用领域：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)、生物微流控器件等领域。对于可实现大面积，整片晶圆纳米工业化生产工艺的需求亟需提上日程。目前，可用于大面积及整片晶圆规模化工业生产的纳米压印方法主要有两种：步进重复纳米压印工艺(Step-and-repeat NIL)和单步整片晶圆纳米压印工艺。两者大面积纳米图形化工艺相比较，后者具有生产率高、图形均一性好等显著的优点。同时整片晶圆进行纳米压印也面临着许多新的挑战：(1)如何大面积或整片晶圆上施加均一的压印力；(2)如何控制压印力的大小；(3)消除纳米压印过程中气泡的产生；(4)解决脱模困难问题；(5)对准机构；(6)控制压印晶圆残留层均一性及薄残留层；(7)晶圆面固体颗粒控制；(8)晶圆压印效率控制。因此，迫切需要开发一种新的整片晶圆纳米压印设备，整片晶圆纳米图形的复制，尤其是可实现工业化生产。

发明内容

本发明目的是提供一种具有对准机构的自动脱模纳米压印设备，解决了压应力在有效面积内均匀分布，有效做到较小脱膜力、气泡消除、残留层薄且均一，解决了大面积脱膜方法等挑战性工作。为微纳结构图形化提供了一套低成本、工艺简单适合规模化生产的方法。

本发明能够实现规模化，大面积压印工艺的基本原理：

引入具有一定韧性的透明软模板，可以使压印模板中心与涂有抗刻蚀剂的结构晶圆的抗刻蚀剂先接触，实现抗刻蚀剂填充压印模板的结构，随后，通过XYZT四轴中Z轴移动，可以使其由中心向四周线接触式均匀接触，同时压印模板与涂有抗刻蚀剂的结构晶圆的腔室抽真空，有利于消除气泡，可在小压印力下实现图形的复制，保证转移图形的保真度。脱模过程打开脱模吹气管路，同时控制Z轴向下移动，在脱模吹气管路1212和Z轴向下移动拉力共同作用下脱模，实现从晶圆四周向中心线分离式连续脱模，可实现小脱模力大面积压印脱模；避免大脱模力对模板和转移图形的损坏。同时，脱模过程中使得压印模板与压印基底实现自动分开，达到“解放双手”，使压印过程中避免人为的因素对压印的影响-传统压印过程通过双手去手动脱模，使模板与基底在脱模过程中受力不均匀导致应力集中致使模板、基底两者其中之一损坏或两者都损坏。

为实现上述目的，本发明采用以下技术解决方案：