[发明专利]一种用于大面积纳米压印的自适应压印头

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米压印光刻用压印头，尤其涉及一种用于大面积纳米压印光刻的自适应压印头，属于微纳制造和精密机械技术领域。

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聚合物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具有高分辨率、超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。

NIL是一种接触式复形工艺，由于纳米压印结构机械本身的误差以及衬底自身的不平整（存在翘曲和变形，尤其对于LED外延片），在纳米压印过程中存在不平行误差和楔形误差，模具和衬底之间不能实现很好的共形接触，如果不对衬底和模具之间的不平行度误差和楔形误差进行补偿，确保模具和衬底之间具有良好的共形接触，则无法保证在压印过程中模具与衬底之间完全均匀一致性接触，获得均匀一致的残留层厚度，一致的压印图形。如果模具与衬底之间的不平行度超过一定的程度，导致楔形留膜的厚度差超过压印特征的高度，将导致图形转移的失败，而且还有可能导致模具的损坏。此外，模具与衬底的不平行也可能导致纳米压印过程中模具与衬底产生相对滑移，发生侧向扩张，影响压印图形的精度；在脱模时模具也可能会对压印特征造成破坏。为了确保模具和衬底之间具有良好的共形接触，传统的方法是增大压印力，但是这可能导致局部压印力过大，这一方面可能导致局部接触模具的损坏，对于III-V族等易碎衬底，也容易导致衬底碎裂。因此，在纳米压印过程中必须保证模具与衬底的平行度，模具和非平整衬底之间具有良好的共形接触。另外，与步进重复纳米压印工艺相比，对于大面积整片晶圆纳米压印，保持模具与衬底之间的平行度和共形接触更为重要，因为步进重复纳米压印工艺在每次压印过程中每个工步模具与衬底的接触面积相对较小，然而整片晶圆纳米压印过程中模具与衬底同时接触的面积非常大（整个晶圆面积），与小面积步进重复纳米压印工艺相比，整片晶圆纳米压印具有误差放大的作用，因此整片晶圆纳米压印工艺对于保持模具与衬底之间的平行度和共形接触有着更为苛刻的要求。所以，整片晶圆纳米压印光刻设备必须具有模具和衬底平行度调节和楔形误差补偿功能以及良好的共形接触能力。

实现模具和衬底不平行度调节、楔形误差补偿以及模具和衬底良好的共形接触的方法主要有两种方案：一是通过承片台调整衬底实现；二是通过压印头（压印机构）调整模具实现。此外，纳米压印使用柔性软模具可以解决共形接触的问题。目前已经开发的纳米压印光刻机和实验装置大都采用承片台的调整方式以实现模具和衬底平行度调节和楔形误差的补偿。与通过承片台调整的方法相比，采用压印头（压印机构）调整的方法在调整效果、简化设备复杂性等方面具有显著的优势，尤其是对于大面积滚轮对平面型纳米压印，则只能采用压印头调整的方法。而且对于滚型纳米压印如果只采用柔性软模具只能解决共形接触的问题，难以解决平行度调节和楔形误差补偿的问题。因此，迫切需要开发新的基于压印头调整的解决方案。

通过压印头实现模具与衬底不平行度调整、楔形误差补偿和共形接触的方法有两种：被动调整（亦称为自适应调整）和主动控制调整。自适应调整是利用机构自身的柔性来被动适应模具与衬底的不平行度、衬底的不平整度，当压印力通过模具作用在衬底上时，承载模具的压印头会产生相应的微小转动，补偿楔形误差和不平整度，使得整个衬底受力均匀。而这种微小的转动可以通过机构自身的柔性来实现。自适应调整的方法主要有：柔性铰链机构、弹性支撑、万向浮动球、楔形补偿模块等，自适应调整具有结构简单、调整方便、成本低的显著优势。主动控制调整是通过测量系统检测模具与衬底的位置和不平行度，根据反馈的结果，通过执行元件主动调整模具与衬底之间的位姿，实现两者之间的平行定位。主动控制具有调整精度高、反应快的显著优点，但是成本高，控制复杂。

发明内容

本发明的目的就是为了解决纳米压印过程中模具与衬底之间的不平行度、衬底的不平整度以及楔形误差补偿的问题，提供了一种适用于大面积纳米压印工艺的自适应压印头，以实现模具与衬底之间不平行度调整、楔形误差补偿和良好的共形接触。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种用于大面积纳米压印的自适应压印头，包括：

一维位移平台；一维位移平台与连接支架立板相连接，所述一维位移平台实现压印头沿Z向移动，对模具施加压印力以及模具和衬底之间间隙的调整。