專利名稱：一種用于整片晶圓納米壓印自適應承片臺的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種納米壓印用承片臺，尤其涉及一種適用于大尺寸晶圓整片納米壓印光刻機的自適應承片臺，屬于微納制造和精密機械技術領域。
背景技術：
納米壓印光刻(Nanoimprint Lithography, NIL)是一種全新微納米圖形化的方法，它是一種使用模具通過抗蝕劑的受力變形實現其圖形化的技術。與其它微納米制造方法相比，NIL具有高分辯率、超低成本和高生產率的特點，尤其在大面積微納米結構和復雜三維微納米結構制造方面更具有突出的優勢。目前納米壓印工藝實現的方式主要有三種方案步進重復納米壓印工藝、滾壓印工藝和整片晶圓納米壓印。伴隨微納米技術對于大面積微納結構制造的不斷增長的需求，尤其是近年高亮度LED圖形化技術、微型透鏡等器件制造對于大面積晶圓尺度微納結構有著更為迫切的需求。因此，整片晶圓納米壓印工藝和裝備的開發已經變得越來越重要和越來越迫切。不同于現有步進重復納米壓印工藝和滾壓印工藝使用的承片臺(亦成為晶圓工作臺)，整片晶圓納米壓印是通過模板(模具)同時與整個晶圓(基片)上的抗蝕劑完全均勻性的接觸和壓印，一步(單步)實現晶圓尺度大面積圖形的復制。因此，整片晶圓納米壓印所使用的承片臺在結構、功能和形式與現有納米壓印光刻和各種其它光刻設備所用的承片臺有很大的不同。由于納米壓印結構機械本身的誤差以及基片自身的不平整(存在翹曲和變形，尤其對于LED外延片)，在納米壓印過程中存在不平行誤差和楔形誤差，如果不對基片和模具之間的不平行度誤差和楔形誤差進行補償，則無法保證在壓印過程中模板與基片之間完全均勻一致性接觸，獲得均勻一致的殘留層厚度。如果模板與及基片之間的不平行度超過一定的程度，導致楔形留膜的厚度差超過壓印特征的高度，將導致圖形轉移的失敗，而且還有可能導致模板的損壞。此外，模板與基片的不平行也可能導致納米壓印過程中模板與基片產生相對滑移，發生側向擴張，影響壓印圖形的精度；在脫模時模板也可能會對壓印特征造成破壞。因此，在納米壓印過程中必須保證模板與基片的平行度；另外，與步進重復納米壓印工藝相比，對于整片晶圓納米壓印，保持模板與基片之間的平行度尤為重要，因為步進重復納米壓印工藝在每次壓印過程中每個工步模板與基片的接觸面積相對較小，然而整片晶圓納米壓印過程中模板與基片同時接觸的面積非常大(整個晶圓面積)，與小面積步進重復納米壓印工藝相比，整片晶圓納米壓印具有誤差放大的作用，因此整片晶圓納米壓印工藝對于保持模板與基片之間的平行度有著更為苛刻的要求。所以，整片晶圓納米壓印光刻機必須具有模板和基片平行度調節和楔形誤差補償功能。對于整片晶圓納米壓印，由承片臺完成該功能，即在壓印過程中，通過調節承片臺空間位姿的變化，補償模板與基片的楔形誤差，保持模板與基片之間平行，避免它們之間產生相對橫向滑動。實現模板與基片之間均勻一致性接觸，獲得均勻一致的殘留層厚度。在整片晶圓壓印區內實現高保真度的圖形轉移和復制。通過承片臺實現模板與基片平行度調整和楔形誤差的方法有兩種被動調整(亦稱為自適應調整)和主動控制調整。自適應調整是利用機構自身的柔性來被動適應模板與基片的不平行度，當壓印力通過模板作用在基片上時，承載基片的承片臺會產生相應的微小轉動，補償楔形誤差，使得整個基片受力均勻。而這種微小的轉動可以通過機構自身的柔性來適應。自適應調整的方法主要有柔性鉸鏈機構、彈性支撐、萬向浮動球、楔形補償模塊等，自適應調整具有結構簡單、調整方便、成本低的顯著優勢。主動控制調整是通過測量系統檢測模板與基片的位置和不平行度，根據反饋的結果，通過執行元件主動調整模板與基片之間的位姿，實現兩者之間的平行定位。主動控制具有調整精度高、反應快的顯著優點， 但是成本高，控制復雜。
發明內容
本發明的目的就是為了解決整片晶圓納米壓印過程中基片與模板之間的不平行和存在楔形誤差的問題，提供了一種適用于整片晶圓納米壓印的自適應承片臺，以實現基片與模板之間平行調整和楔形誤差補償。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整片晶圓納米壓印的自適應承片臺，包括固定基座、浮動底座、真空吸盤和真空管路，其中，浮動底座位于固定基座之上；真空吸盤通過螺釘固定于浮動底座的上平面，真空吸盤用以放置和固定基片(晶圓)；固定基座中設有水平管路，真空管路包括真空管路I和真空管路II，真空吸盤上設有水平進氣口 ；水平管路與真空管路I相連，水平進氣口與真空管路II相連。所述固定基座具有凹形球形結構，浮動底座具有凸形球形結構，固定基座與浮動底座之間為半球形接觸配合。通過固定基座與浮動底座之間為球形接觸配合實現模板與基片平行自適應調整和楔形誤差的補償。所述固定基座內還設有垂直管路，固定基座中央設有中心圓形通孔，中心圓形通孔下方設有內圓形通孔，內圓形通孔分別與中心圓形通孔、水平管路以及垂直管路相通；垂直管路最上端與凹形球形結構相通，垂直管路最下端與內圓形通孔相通。本發明的工作原理為通過固定基座與浮動底座之間的球形接觸配合實現模板與基片平行自適應調整和楔形誤差的補償；隨后，采用真空負壓實現浮動底座在固定基座上的鎖緊和固定，保持調平后基片和模板之間的相對位姿，確保在壓印過程中模板與基片之間的平行，保持均勻性。應用時，通過開啟真空管路I，在真空負壓的作用下，實現調平后浮動底座在固定基座上的鎖緊和固定，并保持調平后基片和模板之間的相對位姿，確保在壓印過程中模板與基片之間的相互平行。通過開啟真空管路II，真空吸盤在基片的上下兩個平面之間產生的氣體壓強差，在負壓作用下實現對基片的夾緊和固定。整個承片臺系統通過真空管路產生的負壓實現調平后固定基座與浮動底座的鎖緊和固定，以及基片在真空吸盤上的固定。本發明的用于整片晶圓納米壓印自適應承片臺，在固定基座中央設有比較大的中心圓形通孔，一方面減少固定基座和浮動底座之間的接觸面積，從而減小自適應調整時的摩擦力，使兩者易于產生相對的滑動或者轉動，從而使模板與基片之間的楔形誤差得到充分補償；另一方面，增加鎖緊和固定時的吸附力，避免在壓印過程中固定基座和浮動底座之間出現相對滑動。
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采用本發明的用于整片晶圓納米壓印自適應承片臺實現基片和模板自適應調平和楔形誤差補償的方法為(1)將基片放置在真空吸盤上，開啟真空吸盤的真空管路系統，真空吸盤通過在基片的上下兩個平面之間產生的氣體壓強差在負壓作用下實現對基片的夾緊和固定；(2)壓印頭下壓，模板與基片相接觸，隨著壓印力的不斷增大，固定基座與浮動底座通過球形接觸配合實現模板與基片平行自適應調整和楔形誤差的補償；(3)壓印力增大到最大，并保持最大壓印力不變，通過2- 延遲實現模板與基片完全平行自適應調整；(4)開啟固定基座上的真空管路系統，在真空負壓的作用下，實現浮動底座在固定基座上的鎖緊和固定，保持調平后基片和模板之間的相對位姿，確保在壓印過程中模板與基片之間的平行。本發明的用于整片晶圓納米壓印自適應承片臺，用于整片晶圓納米壓印，也可用于鍵合機，實現晶圓級鍵合，具有以下有益效果(1)結構簡單、調整方便、成本低。(2)完全楔形誤差補償由于在固定基座中央設有比較大的中心圓形通孔減小接觸面積，另外固定基座和浮動底座球形接觸為滾動摩擦，因此固定基座和浮動底座之間具有很小摩擦力，易于產生相對滑動和滾動，所以補償的充分和完全。(3)固定基座和浮動底座之間采用真空負壓鎖緊和固定，具有簡單快速，精度較高，便于操作，且經濟低的優勢。(4)系統的適應性廣，柔性高，隨著晶圓尺寸的不同，整個承片臺系統變動性小，可以適應不同晶圓尺寸整片晶圓納米壓印工藝的要求。(5)本發明的用于整片晶圓納米壓印自適應承片臺尤其適合大尺寸晶圓整片納米壓印，為大尺寸晶圓整片納米壓印工藝和裝備的開發提供一種有效的解決方案。
圖1是實施例中用于整片晶圓納米壓印自適應承片臺的結構示意圖。圖2是實施例中用于整片晶圓納米壓印自適應承片臺的三維結構示意圖。圖3a是實施例中固定基座的三維結構示意圖。圖北是實施例中固定基座的三維結構剖視示意圖。圖4是實施例中浮動底座的三維結構示意圖。其中，1、固定基座；101、凹形球形結構；102、垂直管路；103、水平管路；104、中心圓形通孔；105、內圓形通孔；2、浮動底座；201、凸形球形結構；3、真空吸盤；4、真空管路； 401、真空管路I ；402、真空管路II ；5、螺釘。
具體實施例方式以下結合附圖和發明人依本發明的技術方案給出的實施例對本發明作進一步的詳細描述。實施例一種用于整片晶圓納米壓印自適應承片臺，包括固定基座1、浮動底座2、真空吸盤3和真空管路4，如圖1、圖2、圖3a、圖北、圖4所示，其中，浮動底座2位于固定基座1之上；真空吸盤3通過螺釘5固定于浮動底座2的上平面，真空吸盤3用以放置和固定基片 (晶圓)；固定基座1中設有水平管路103，真空管路4包括真空管路I 401和真空管路II 402，真空吸盤3上設有水平進氣口 ；水平管路103與真空管路I 401相連，水平進氣口與真空管路II 402相連。所述固定基座1具有凹形球形結構101，浮動底座2具有凸形球形結構201，固定基座1與浮動底座2之間為半球形接觸配合。通過固定基座1與浮動底座2之間為球形接觸配合實現模板與基片平行自適應調整和楔形誤差的補償。所述固定基座1內還設有垂直管路102，固定基座1中央設有中心圓形通孔104， 中心圓形通孔104下方設有內圓形通孔105，內圓形通孔105分別與中心圓形通孔104、水平管路103以及垂直管路102相通；垂直管路102最上端與凹形球形結構101相通，垂直管路102最下端與內圓形通孔105相通。本發明的工作原理為通過固定基座1與浮動底座2之間的球形接觸配合實現模板與基片平行自適應調整和楔形誤差的補償；隨后，采用真空負壓實現浮動底座2在固定基座1上的鎖緊和固定，保持調平后基片和模板之間的相對位姿，確保在壓印過程中模板與基片之間的平行，保持均勻性。應用時，通過開啟真空管路I 401，在真空負壓的作用下，實現調平后浮動底座2 在固定基座1上的鎖緊和固定，并保持調平后基片和模板之間的相對位姿，確保在壓印過程中模板與基片之間的相互平行。通過開啟真空管路II 402，真空吸盤3在基片的上下兩個平面之間產生的氣體壓強差，在負壓作用下實現對基片的夾緊和固定。整個承片臺系統通過真空管路產生的負壓實現調平后固定基座1與浮動底座2的鎖緊和固定，以及基片在真空吸盤3上的固定。采用本發明的用于整片晶圓納米壓印自適應承片臺實現基片和模板自適應調平和楔形誤差補償的方法為(1)將基片放置在真空吸盤3上，開啟真空吸盤3的真空管路系統，真空吸盤3 通過在基片的上下兩個平面之間產生的氣體壓強差在負壓作用下實現對基片的夾緊和固定；(2)壓印頭下壓，模板與基片相接觸，隨著壓印力的不斷增大，固定基座1與浮動底座2通過球形接觸配合實現模板與基片平行自適應調整和楔形誤差的補償；(3)壓印力增大到最大，并保持最大壓印力不變，通過2- 延遲實現模板與基片完全平行自適應調整；(4)開啟固定基座1上的真空管路系統，在真空負壓的作用下，實現浮動底座2在固定基座上1的鎖緊和固定，保持調平后基片和模板之間的相對位姿，確保在壓印過程中模板與基片之間的平行。固定基座1的凹形球形結構101上表面和浮動底座2的凸形球形結構201下表面應當涂覆耐磨涂層或者進行熱處理，具有很高的表面粗糙度、硬度和耐磨性。
權利要求
1.一種用于整片晶圓納米壓印自適應承片臺，其特征是，它包括固定基座(1)、浮動底座O)、真空吸盤(3)和真空管路G)，其中，浮動底座(2)位于固定基座(1)之上；真空吸盤(3)固定于浮動底座O)的上平面；固定基座(1)中設有水平管路(103)，真空管路(4) 包括真空管路I (401)和真空管路II 002)，真空吸盤3上設有水平進氣口 ；水平管路(103) 與真空管路1(401)相連，水平進氣口與真空管路11(402)相連。
2.如權利要求1所述的一種用于整片晶圓納米壓印自適應承片臺，其特征是，所述固定基座(1)具有凹形球形結構(101)，浮動底座(2)具有凸形球形結構001)，固定基座(1) 與浮動底座( 之間為半球形接觸。
3.如權利要求1或2所述的一種用于整片晶圓納米壓印自適應承片臺，其特征是，所述固定基座(1)內還設有垂直管路(102)，固定基座(1)中央設有中心圓形通孔(104)， 中心圓形通孔(104)下方設有內圓形通孔(105)，內圓形通孔(105)分別與中心圓形通孔 (104)、水平管路(10 以及垂直管路(10 相通；垂直管路(10 最上端與凹形球形結構 (101)相通，垂直管路(102)最下端與內圓形通孔(105)相通。
全文摘要
本發明公開了一種適用于整片晶圓納米壓印的自適應承片臺，它包括固定基座、浮動底座、真空吸盤和真空管路。其中，真空吸盤固定于浮動底座的上平面；固定基座具有凹形球形結構，浮動底座具有凸形球形結構，固定基座與浮動底座之間為半球形接觸。本發明通過固定基座與浮動底座之間的球形接觸配合產生相對滑動實現模板與基片平行自適應調整和楔形誤差的補償；采用真空負壓實現浮動底座在固定基座上的鎖緊和固定，保持調平后基片和模板之間的相對位姿，確保在壓印過程中模板與基片之間的平行。本發明具有結構簡單、調整方便、成本低、適應性廣和柔性高等優點，可應用于整片晶圓納米壓印，尤其適用于大尺寸晶圓整片納米壓印工藝和裝備。
文檔編號G03F7/00GK102269930SQ20111026626
公開日2011年12月7日 申請日期2011年9月8日 優先權日2011年9月8日
發明者丁玉成, 蘭紅波 申請人:青島理工大學