整片晶圆纳米压印的装置和方法Word格式.docx
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压印过程和脱模过程均以模具中心为对称轴,模具均匀和对称受力,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)。
本项目提出大尺寸整片晶圆纳米压印方法,其基本过程如图1所示。
具体包括以下工艺步骤:
1)预处理过程。
关闭压力管路,打开真空管路,模板吸附在压印头工作台面上(具体说是模板的支撑层吸附于压印头工作台面中的凹槽里)。
将涂铺有抗蚀剂的晶圆固定在工作台上,压印头与晶圆对正后,压印机构下降,直至压印头的支撑调节块与晶圆工作台相接触。
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,软模具的弹性层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,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1(a)所示;
随后,从模具中心位置向外侧方向逐一将真空状态转换至压力状态,模具结构层与抗蚀剂的接触面积不断扩大,直至整个模具结构层与整片晶圆上的抗蚀剂完全接触,模具中的所有微纳米结构腔体被抗蚀剂所充填,如图1(b)和1(c)所示;
最后,所有压力通道的压力保持均匀一致性增大,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,紫外光透过模具对抗蚀剂曝光,充分固化液态抗蚀剂,如图1(d)所示。
4)脱模过程
首先,从晶圆最外两侧开始,关闭压力管路,打开真空管路,同时开启脱模用的喷嘴。
在真空吸力和喷嘴压缩空气产生水平力共同作用下,从最外侧开始模具与晶圆相互分离,如图1(e)所示;
随后,从晶圆最外侧向模具中心逐一将压力转换回真空状态,实现模具从晶圆外侧向中心连续“揭开”式的脱模,脱模力为真空吸力和水平力的合力,如图1(f)和1(g)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1(h)所示。
图1.大尺寸整片晶圆纳米压印工艺过程示意图
(1)软模具的结构设计
根据整片晶圆纳米压印的工艺要求,软模具应该具有以下性能:
①良好的弹性弯曲变形能力,确保压印过程和脱模过程工艺的实现;
②被转移图形具有高度的保真特性,压印过程中将变形降低到最小,确保被转移图形的质量和精度;
③抗蚀剂减薄过程中在整片晶圆区域保持均匀一致的压印力,确保获得均匀一致薄的残留层厚度;
④软模具尺寸大,前期实验包含特征图形的最小尺寸直径达到100mm;
⑤具有紫外光穿透特性,确保抗蚀剂固化工艺的实现;
⑥具有良好的脱模性能,确保脱模过程中模具与所复制的图形不发生粘连;
⑦使用寿命长,满足工业化生产的使用要求。
为此,本项目提出一种全新的三层复合结构透明的软模具,它由结构层、弹性层和支撑层三部分组成。
其中结构层包含所要复制的图形结构,弹性层位于结构层之上,支撑层位于弹性层之上。
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、弹性层、支撑层的材料均为改性的PDMS(聚二甲基硅氧烷),但其硬度不同;
弹性层选用具有良好纵向弯曲变形性能软的PDMS材料,而结构层和弹性层硬度为弹性层使用PDMS硬度的2-3倍。
具体结构如图2所示。
该模具将纳米压印使用的硬模具的高分辨率和软模具易于弹性弯曲的优点结合起来。
弹性层
支撑层
结构层
Figure3.Theoverallframeworkofthestepmicro-imprintlithographytool
承片台考虑楔形补偿机构
RapidElectrohydrodynamicLithographyUsingLowViscosityPolymers
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