專利名稱：一種金屬圖形直接壓印轉(zhuǎn)移掩模板基板靜電場(chǎng)力分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米壓印裝置，尤其涉及一種金屬圖形直接壓印轉(zhuǎn)移掩模板基板靜電場(chǎng)力分離裝置。
背景技術(shù)：
從國(guó)際半導(dǎo)體藍(lán)圖來(lái)看，近10年來(lái)納米壓印技術(shù)一直是半導(dǎo)體制備圖形轉(zhuǎn)移的支撐技術(shù)之一。自1995年納米壓印概念提出后，納米壓印技術(shù)迅速發(fā)展，出現(xiàn)了熱塑、紫夕卜、超聲、轉(zhuǎn)軸、激光、氣壓、微接觸、電化學(xué)、金屬圖形直接轉(zhuǎn)移等多種實(shí)現(xiàn)方式，最小特征線寬已達(dá)5nm。熱熔、固化、氣泡、模-基非平衡、壓力、抗粘、填充完全等難題逐步得到解決，但壓印后的掩模板與基板樣品分離問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)卻少有涉及。在納米壓印工藝流程中，壓力卸載和脫模作為晶圓后續(xù)處理工藝之前的最后一個(gè)關(guān)鍵步驟，關(guān)系到圖形轉(zhuǎn)移的完整 性、均勻性和保真度，進(jìn)而影響到轉(zhuǎn)移圖案的分辨率。好的脫模工藝不僅可以保證脫模應(yīng)力的均勻性，還能夠最大程度地降低對(duì)掩膜板和基板的損傷，以延長(zhǎng)掩模板使用壽命，是納米壓印技術(shù)替代傳統(tǒng)光學(xué)光刻實(shí)現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移制程中必不可少的關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)有的納米壓印技術(shù)脫模方式有傳統(tǒng)的機(jī)械剝離方式、高速氣流吹離脫模、彈性橡膠薄膜卷離脫模、靜電力和電磁力垂直脫模等。機(jī)械剝離是最早出現(xiàn)的一種脫模方式，這種方式將模板基板后背固定，利用機(jī)械方式拉動(dòng)模板實(shí)現(xiàn)脫模，其固定部分受力最大且掩膜板和基板之間的分離應(yīng)力很難保持均勻，對(duì)于常用的PMMA、PDMS、紫外膠等轉(zhuǎn)移介質(zhì)，壓印后基板和掩模板之間幾乎沒(méi)有空氣，分離過(guò)程中需要克服大氣壓強(qiáng)，分離應(yīng)力極大，容易造成完成圖形轉(zhuǎn)移的介質(zhì)層部分脫落、與基板結(jié)合力差等問(wèn)題影響后續(xù)制備工藝，而且對(duì)掩模板使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響。盡管有報(bào)道采用高分子抗粘層處理掩模板或者采用多層膜結(jié)構(gòu)來(lái)優(yōu)化機(jī)械分離的脫模方式，但增加了工藝步驟，生產(chǎn)成本升高。韓國(guó)三星電子的研究人員在ISinch晶圓納米壓印圖形轉(zhuǎn)移制備顯示器件研究工作中報(bào)道了一種氣流吹離的方式，壓印工藝采用彈性掩模板，將矩形掩模四角固定，利用高速氣流沿掩模板邊緣吹離的方式實(shí)現(xiàn)掩模板與基板的分離，但由于氣流始終存在于掩膜板和基板間隙的邊緣處，且氣流束截面積較小，難以保證整片晶圓上脫模應(yīng)力的均勻性，對(duì)轉(zhuǎn)移圖形保真度產(chǎn)生影響。利用彈性掩膜版實(shí)施納米壓印轉(zhuǎn)移的還有利用彈性掩模板的柔韌性，卷動(dòng)彈性掩模板實(shí)現(xiàn)分離的方法，在轉(zhuǎn)軸納米壓印技術(shù)中，這種分離技術(shù)是其實(shí)現(xiàn)連續(xù)壓印工藝的重要基礎(chǔ)，但分離界面彈性掩膜發(fā)生形變導(dǎo)致掩膜圖形也同樣產(chǎn)生形變，對(duì)轉(zhuǎn)移圖形產(chǎn)生較大的誤差。吹離和卷離方式只能在彈性掩膜板或者彈性基板的納米壓印方式中使用，對(duì)于更多采用的硅基板和剛性掩模板納米壓印方式只能采用機(jī)械分離，近年有報(bào)道利用靜電力或電磁力脫模方法，將掩模板和基板固定在金屬平板上，給金屬平板帶上同性電荷或者磁極，利用電荷斥力或磁性斥力完成掩模板與基板分離，在均勻性上要優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械分離方式，但掩模板、基板與各自固定的金屬平板存在著較大應(yīng)力，對(duì)掩模板使用壽命幾乎沒(méi)有改善，而且依然需要利用抗粘技術(shù)保障圖形轉(zhuǎn)移的保真度，增加了電、磁系統(tǒng)，工藝成本增加，與傳統(tǒng)機(jī)械分離優(yōu)勢(shì)不明顯，從分離樣品應(yīng)力場(chǎng)分布來(lái)看，其實(shí)際上也是一種機(jī)械分離，分離應(yīng)力作用到金屬電極或磁極板上進(jìn)而拉動(dòng)掩模板或基板實(shí)現(xiàn)分離。在金屬圖形直接轉(zhuǎn)移納米壓印技術(shù)中，轉(zhuǎn)移完成的圖形介質(zhì)就是金屬材質(zhì)。在已有報(bào)道的三種金屬圖形直接轉(zhuǎn)移技術(shù)方案中，采用鋒利線條超硬掩模板對(duì)金屬薄膜基板直接壓印方 式依靠較大壓力和鋒利線條實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移，本身沒(méi)有液態(tài)介質(zhì)存在于掩模板和基板之間，且壓印過(guò)程中還存在著大量氣體，這種方式不需要脫模工藝步驟。采用激光熔融金屬介質(zhì)層和金屬納米粒子流體介質(zhì)層實(shí)現(xiàn)壓印圖形轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移介質(zhì)在工藝過(guò)程中是以液態(tài)存在，和常規(guī)熱塑、紫外等納米壓印方式相同，壓印后的脫模步驟同樣必不可少。由于金屬介質(zhì)的特殊性，采用靜電場(chǎng)力實(shí)現(xiàn)分離脫模不失為一種新穎的思路。靜電場(chǎng)力脫模原理由于旋涂或者濺射在基板上的抗蝕劑是易帶電的金屬薄膜或者假塑性金屬納米粒子流體薄膜，壓印結(jié)束后，在模板釋放即脫模階段，利用電源充電或者其他帶電方式給金屬薄膜或者金屬納米粒子帶上某種電荷，以同樣方式給掩膜板背部金屬板帶上同種電荷，由此在金屬板和金屬/金屬納米粒子薄膜之間產(chǎn)生一種相互排斥的靜電力，利用此靜電斥力作為脫模力進(jìn)行均勻脫模?？讼；舴蚬浇o出了半徑為R的圓形平行板電容公式
C^ d-sR(In 瓜』4)(O
' d ..
根據(jù)虛功原理得到靜電力公式
F =(I一d zR}(2)
*. R, V. rf:分別為介電常數(shù)，金屬/金屬納米粒子流體薄膜半徑，金屬極板
和金屬/金屬納米粒子流體薄膜間電勢(shì)差，極板間距，其中極板間距即帶電金屬板和基板上的金屬薄膜之間的距離。根據(jù)以上公式和原理，設(shè)置合理的電壓和電極板間距可以得到不同大小的靜電場(chǎng)力以滿足脫模力的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種金屬圖形直接壓印轉(zhuǎn)移掩模板基板靜電場(chǎng)力分離裝置，能夠避免解決介質(zhì)層部分區(qū)域的破碎問(wèn)題，提高轉(zhuǎn)移圖形的保真度，保持轉(zhuǎn)移介質(zhì)與基板的較好附著力，可有效延長(zhǎng)掩模板的使用壽命，避免基板轉(zhuǎn)移圖形因?yàn)閼?yīng)力不均勻而導(dǎo)致的功能器件損壞。本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種金屬圖形直接壓印轉(zhuǎn)移掩模板基板靜電場(chǎng)力分離裝置，包括氣浮滑軌，氣浮滑軌通過(guò)氣浮滑軌支架設(shè)置在底座上，氣浮滑軌上設(shè)置有多個(gè)氣孔，氣孔通過(guò)連接管連接充氣泵，氣浮滑軌上設(shè)置有3個(gè)滑塊，滑塊通過(guò)連接桿連接基座，基座連接絕緣電木，3個(gè)滑塊上的絕緣電木上依次設(shè)置有金屬電極和兩個(gè)相對(duì)的金屬真空吸盤，設(shè)置有金屬電極的滑塊和中間的滑塊上均設(shè)置有滑塊鎖死裝置，金屬真空吸盤表面設(shè)置有軟橡膠層，軟橡膠層和金屬真空吸盤上設(shè)置有連通的氣體通道連接抽氣泵。所述的滑塊鎖死裝置為滑塊鎖死螺桿。所述的金屬電極為圓形平板電極。
所述的連接桿為金屬連接桿，所述基座為金屬基座。所述的氣浮滑軌截面為正三角形。所述的氣浮滑軌兩端設(shè)置有薄橡膠阻尼區(qū)。所述的絕緣電木上設(shè)置有用于固定金屬電極或金屬真空吸盤的螺孔。還包括控制面板，控制面板控制連接充氣泵與抽氣泵。本發(fā)明利用靜電場(chǎng)力實(shí)現(xiàn)掩模板和基板的分離，能夠避免解決介質(zhì)層部分區(qū)域的破碎問(wèn)題，提高轉(zhuǎn)移圖形的保真度，保持轉(zhuǎn)移介質(zhì)與基板的較好附著力，可有效延長(zhǎng)掩模板的使用壽命，避免基板圖形因?yàn)閼?yīng)力不均勻而導(dǎo)致的功能器件損壞，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明所述設(shè)置有滑塊鎖死裝置的滑塊結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明所述金屬電極的連接結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明所述金屬真空吸盤的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明包括截面為正三角形的氣浮滑軌1，氣浮滑軌I通過(guò)氣浮滑軌支架2設(shè)置在底座16上，氣浮滑軌I兩端設(shè)置有薄橡膠阻尼區(qū)3，氣浮滑軌I上設(shè)置有多個(gè)氣孔4，氣孔4通過(guò)連接管連接充氣泵5，氣浮滑軌I上設(shè)置有3個(gè)滑塊6，滑塊6通過(guò)金屬連接桿7連接金屬基座8，金屬基座8連接絕緣電木9，3個(gè)滑塊6上的絕緣電木9分別通過(guò)螺孔19依次連接金屬電極10和兩個(gè)相對(duì)的金屬真空吸盤11，金屬電極10為圓形平板電極，金屬真空吸盤11表面設(shè)置有軟橡膠層12，軟橡膠層12和金屬真空吸盤11上設(shè)置有連通的氣體通道連接抽氣泵13。設(shè)置有金屬電極10的滑塊6和中間的滑塊6上均設(shè)置有滑塊鎖死螺桿14。本發(fā)明還包括控制面板15，控制面板15控制連接充氣泵5與抽氣泵13。如圖2所示，本發(fā)明所述的滑塊6上設(shè)置有滑塊鎖死螺桿14，金屬連接桿7兩端設(shè)置有螺紋，分別與滑塊6和金屬基座8連接。如圖3所示，金屬電極10利用金屬電極固定裝置17和螺孔19連接在絕緣電木9上，絕緣電木9連接金屬基座8，金屬基座8上還設(shè)置有用于連接金屬連接桿7的金屬連接桿螺孔18。如圖4所示，金屬真空吸盤11表面設(shè)置有軟橡膠層12，金屬真空吸盤11通過(guò)螺孔19連接在絕緣電木9上，絕緣電木9連接金屬基座8，金屬基座8上還設(shè)置有用于連接金屬連接桿7的金屬連接桿螺孔18，軟橡膠層12和金屬真空吸盤11上設(shè)置有連通的氣體通道20。本發(fā)明在使用時(shí)，首先將已經(jīng)完成壓印圖形轉(zhuǎn)移的樣品放到兩個(gè)相對(duì)的金屬真空吸盤11之間，樣品為掩模板、金屬納米粒子介質(zhì)層和基板所形成的三明治結(jié)構(gòu)。然后通過(guò)控制面板15啟動(dòng)抽氣泵13和充氣泵5，抽氣泵13通過(guò)軟橡膠層12和金屬真空吸盤11上設(shè)置的氣體通道在軟橡膠層12上形成負(fù)壓，兩個(gè)相對(duì)的金屬真空吸盤11可利用負(fù)壓分別對(duì)掩膜板和基板進(jìn)行固定，金屬真空吸盤11上設(shè)置的軟橡膠層12可對(duì)樣品起到保護(hù)作用。本實(shí)施例中，掩模板通過(guò)負(fù)壓吸附在中間滑塊6上設(shè)置的金屬真空吸盤11上，此滑塊6上設(shè)置有滑塊鎖死螺桿14;基板通過(guò)負(fù)壓吸附在位于另一個(gè)滑塊6上設(shè)置的金屬真空吸盤11上，此滑塊6上未設(shè)置滑塊鎖死螺桿14，掩模板與基板通過(guò)靜電力吸附在一起。充氣泵5啟動(dòng)后將通過(guò)連接管在氣浮滑軌I上設(shè)置的多個(gè)氣孔4處產(chǎn)生高壓氣流，高壓氣流可以使滑塊6在氣浮滑軌I上無(wú)摩擦滑動(dòng)。當(dāng)通過(guò)滑塊鎖死螺桿14固定好連接有金屬電極10和吸 附有掩模板的兩個(gè)滑塊6后，分別給金屬電極10和樣品中間的金屬納米粒子介質(zhì)層帶上相同極性電荷，即可利用電場(chǎng)斥力完成脫模。由于滑塊6能夠在氣浮滑軌I上無(wú)摩擦滑動(dòng)，電場(chǎng)斥力可使吸附有基板的滑塊6向遠(yuǎn)端滑去，滑塊6滑至薄橡膠阻尼區(qū)3時(shí)逐漸減速直至靜止。分離后，金屬納米粒子層在基板上，取下掩模板和基板，即可進(jìn)行后續(xù)工藝。本發(fā)明能夠保證在脫模過(guò)程中，掩模板上不存在大的應(yīng)力以及應(yīng)力分布不均勻問(wèn)題，能夠解決介質(zhì)層部分區(qū)域的破碎問(wèn)題，提高轉(zhuǎn)移圖形的保真度，有效延長(zhǎng)掩模板的使用壽命，保持轉(zhuǎn)移介質(zhì)與基板的較好附著力，避免基板圖形因?yàn)閼?yīng)力不均勻而導(dǎo)致的功能器件損壞。
權(quán)利要求
1.一種金屬圖形直接壓印轉(zhuǎn)移掩模板基板靜電場(chǎng)力分離裝置，其特征在于包括氣浮滑軌，氣浮滑軌通過(guò)氣浮滑軌支架設(shè)置在底座上，氣浮滑軌上設(shè)置有多個(gè)氣孔，氣孔通過(guò)連接管連接充氣泵，氣浮滑軌上設(shè)置有3個(gè)滑塊，滑塊通過(guò)連接桿連接基座，基座連接絕緣電木，3個(gè)滑塊上的絕緣電木上依次設(shè)置有金屬電極和兩個(gè)相對(duì)的金屬真空吸盤，設(shè)置有金屬電極的滑塊和中間的滑塊上均設(shè)置有滑塊鎖死裝置，金屬真空吸盤表面設(shè)置有軟橡膠層，軟橡膠層和金屬真空吸盤上設(shè)置有連通的氣體通道連接抽氣泵。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬圖形直接壓印轉(zhuǎn)移掩模板基板靜電場(chǎng)力分離裝置，其特征在于所述的滑塊鎖死裝置為滑塊鎖死螺桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬圖形直接壓印轉(zhuǎn)移掩模板基板靜電場(chǎng)力分離裝置，其特征在于所述的金屬電極為圓形平板電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬圖形直接壓印轉(zhuǎn)移掩模板基板靜電場(chǎng)力分離裝置，其特征在于所述的連接桿為金屬連接桿，所述基座為金屬基座。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬圖形直接壓印轉(zhuǎn)移掩模板基板靜電場(chǎng)力分離裝置，其特征在于所述的氣浮滑軌截面為正三角形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬圖形直接壓印轉(zhuǎn)移掩模板基板靜電場(chǎng)力分離裝置，其特征在于所述的氣浮滑軌兩端設(shè)置有薄橡膠阻尼區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬圖形直接壓印轉(zhuǎn)移掩模板基板靜電場(chǎng)力分離裝置，其特征在于所述的絕緣電木上設(shè)置有用于固定金屬電極或金屬真空吸盤的螺孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬圖形直接壓印轉(zhuǎn)移掩模板基板靜電場(chǎng)力分離裝置，其特征在于還包括控制面板，控制面板控制連接充氣泵與抽氣泵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬圖形直接壓印轉(zhuǎn)移掩模板基板靜電場(chǎng)力分離裝置，包括通過(guò)氣浮滑軌支架設(shè)置在底座上的氣浮滑軌，氣浮滑軌上設(shè)置有多個(gè)通過(guò)連接管連接充氣泵的氣孔，氣浮滑軌上設(shè)置有3個(gè)滑塊，滑塊、基座和絕緣電木依次連接，3個(gè)滑塊上的絕緣電木上依次設(shè)置有金屬電極和兩個(gè)相對(duì)的金屬真空吸盤，金屬真空吸盤表面設(shè)置有軟橡膠層，軟橡膠層和金屬真空吸盤上設(shè)置有連通的氣體通道連接抽氣泵。本發(fā)明利用靜電場(chǎng)力實(shí)現(xiàn)掩模板和基板的分離，能夠避免解決介質(zhì)層部分區(qū)域的破碎問(wèn)題，提高轉(zhuǎn)移圖形的保真度，保持轉(zhuǎn)移介質(zhì)與基板的較好附著力，可有效延長(zhǎng)掩模板的使用壽命，避免基板圖形因?yàn)閼?yīng)力不均勻而導(dǎo)致的功能器件損壞，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H01L21/683GK102799064SQ201210298150
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者段智勇, 李天昊, 鄭國(guó)恒, 蘇宇鋒, 弓巧俠 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)