一種電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印裝置，包括工作臺(tái)、襯底、液態(tài)有機(jī)聚合物、模板、電場和壓印機(jī)構(gòu)，工作臺(tái)上設(shè)有涂鋪有液態(tài)有機(jī)聚合物的襯底，液態(tài)有機(jī)聚合物為極性液體或者電解液，具有低粘度，襯底上放置模板，模板上固定有壓印機(jī)構(gòu)，模板包括支撐層和特征結(jié)構(gòu)層，支撐層在特征結(jié)構(gòu)層之上，襯底與模板的支撐層之間連有直流電源，施加外加電場，電場強(qiáng)度300～800V/cm；本實(shí)用新型采用“電滲力”驅(qū)動(dòng)提拉極性液體，在很小壓印力作用下，通過向上提升的電滲力即能實(shí)現(xiàn)液態(tài)聚合物對(duì)于模具微納米結(jié)構(gòu)型腔的快速完全填充，變納米壓印“壓力驅(qū)動(dòng)”為“電滲力”驅(qū)動(dòng)，液態(tài)聚合物對(duì)于模板微納結(jié)構(gòu)型腔填充由“壓”模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤袄蹦Ｊ健?br> 【專利說明】—種電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于微納制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]納米壓印光刻(Nanoimprint Lithography, NIL)是一種全新的微納米結(jié)構(gòu)制造方法，它是一種使用模具通過抗蝕劑的受力變形實(shí)現(xiàn)其圖形化的技術(shù)。與其它微納米制造方法相比，NIL具有高分辯率、超低成本(國際權(quán)威機(jī)構(gòu)評(píng)估同等制作水平的NIL比傳統(tǒng)光學(xué)投影光刻至少低一個(gè)數(shù)量級(jí))和高生產(chǎn)率的特點(diǎn)，尤其在大面積微納米結(jié)構(gòu)和復(fù)雜三維微納米結(jié)構(gòu)制造方面具有突出的優(yōu)勢(shì)。隨著納米壓印光刻在LED納米圖形化、高密度磁盤介質(zhì)(HDD)、微光學(xué)器件(如光學(xué)透鏡、衍射光學(xué)元件、光柵等)、太陽能光伏器件、高清顯示、微流控器件等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)于大面積納米壓印、高深寬比微納結(jié)構(gòu)的需求越來越迫切，同時(shí)復(fù)形精度和質(zhì)量的要求也愈來愈高。
[0003]傳統(tǒng)的納米壓印是基于“壓力驅(qū)動(dòng)”，即通過在模具上施加壓力，在壓力作用下液態(tài)聚合物流變填充模具微納米結(jié)構(gòu)型腔，完全填充并固化后，模具與壓印聚合物微納米結(jié)構(gòu)相互分離，脫模后得到制造的微納米結(jié)構(gòu)。但是，隨著壓印面積的不斷增大，高深寬比微納結(jié)構(gòu)制造巨大需求，以及壓印效率提高的要求，為了實(shí)現(xiàn)壓印過程中液態(tài)聚合物對(duì)于模具型腔的快速填充，需要的壓印力也變得越來越大。但是，過大的壓印力會(huì)引起諸多不利或者負(fù)面的影響:
[0004](I)引起模具的變形，尤其是軟模具將產(chǎn)生更大的變形，影響壓印圖形的精度和質(zhì)量;
[0005](2)可能對(duì)襯底造成損傷，尤其對(duì)于一些脆性材料襯底(例如II1-V族的襯底和外延片等)，過大或非均勻壓印力可能導(dǎo)致襯底碎裂；
[0006](3)影響對(duì)正精度；
[0007](4)增加設(shè)備的復(fù)雜性和成本(需要提高壓印設(shè)備剛性)。
[0008]此外，傳統(tǒng)“壓力驅(qū)動(dòng)”型納米壓印還面臨以下技術(shù)難題:
[0009](I)難以實(shí)現(xiàn)高深寬比微納米結(jié)構(gòu)的制造；
[0010](2)對(duì)于非平整襯底、大面積襯底難以確保模具和襯底獲得良好的共形接觸，獲得均勻一致壓印圖形；
[0011](3)大面積填充需要的時(shí)間長，嚴(yán)重影響納米壓印生產(chǎn)率的提高；
[0012](4)過大的壓印力，導(dǎo)致脫模困難，壓印圖形缺陷多。
[0013]因此，現(xiàn)有傳統(tǒng)“壓力驅(qū)動(dòng)”型納米壓印面臨以下四個(gè)迫切需要解決的挑戰(zhàn)性技術(shù)難題:
[0014](I)大面積晶圓級(jí)納米壓??；
[0015](2)高深寬比微納米結(jié)構(gòu)納米壓??；
[0016](3)易碎襯底、非平整襯底的納米壓??；
[0017](4)壓印效率改進(jìn)及提高。實(shí)用新型內(nèi)容
[0018]本實(shí)用新型為了解決上述問題，提出了一種電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印裝置，該裝置基于微流體電滲驅(qū)動(dòng)原理，變傳統(tǒng)的“壓力驅(qū)動(dòng)”型納米壓印為“電滲力驅(qū)動(dòng)”型納米壓印(液態(tài)聚合物在電滲力作用下被向上提升，實(shí)現(xiàn)液態(tài)聚合物對(duì)模具微納米結(jié)構(gòu)型腔的快速完全填充，而非通過傳統(tǒng)壓力擠壓液態(tài)聚合物實(shí)現(xiàn)對(duì)于模具微納米結(jié)構(gòu)型腔填充)，液態(tài)聚合物對(duì)于模板微納結(jié)構(gòu)型腔填充由傳統(tǒng)納米壓印的被動(dòng)“壓”模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)“拉”模式。實(shí)現(xiàn)大尺寸晶圓級(jí)納米壓印(大面積納米壓印)，高深寬比微納米結(jié)構(gòu)納米壓印，易碎襯底和非平整襯底的納米壓印，以及納米壓印效率的改進(jìn)和提高。
[0019]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0020]一種電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印裝置，包括工作臺(tái)、襯底、液態(tài)有機(jī)聚合物、模板、電場和壓印機(jī)構(gòu)，所述工作臺(tái)上設(shè)置有涂鋪有液態(tài)有機(jī)聚合物的襯底，襯底上放置有模板，模板上端固定有壓印機(jī)構(gòu)，壓印機(jī)構(gòu)中設(shè)置有若干個(gè)置于模板正上方的紫外光光源，所述模板包括支撐層和特征結(jié)構(gòu)層，支撐層在特征結(jié)構(gòu)層之上，支撐層具有導(dǎo)電特性，特征結(jié)構(gòu)層具有介電特性，并在特征結(jié)構(gòu)層上設(shè)有微納米特征結(jié)構(gòu)，所述襯底與模板的支撐層之間連接有直流電源，施加外加電場；所述液態(tài)有機(jī)聚合物為極性液體(導(dǎo)電率較高)或者電解液，并具有較低的粘度，其PH值的范圍:3〈pH彡7。
[0021]所述電場強(qiáng)度大小是300?800V/cm,所述電場的方向取決于極性液態(tài)有機(jī)聚合物(離子化溶液)與模板特征結(jié)構(gòu)層(介電表面)固液接觸面(界面)所形成的雙電層固體表面所帶電荷的極性。
[0022]所述襯底為導(dǎo)電襯底。
[0023]所述襯底為在非導(dǎo)電襯底上沉積一層導(dǎo)電層。
[0024]所述模板整體具有高彈性或柔性，并且具有良好紫外透光特性。
[0025]所述模板支撐層材料采用透明導(dǎo)電氧化銦錫(ITO)或者PET，特征結(jié)構(gòu)層材料為石英、玻璃、透明二氧化硅(S12)或者高介電常數(shù)、透明氟聚合物材料(如Teflon等)；所述支撐導(dǎo)電層厚度是100-500微米。特征結(jié)構(gòu)層厚度是200-600微米。
[0026]所述紫外光光源為LED。
[0027]基于電滲驅(qū)動(dòng)原理和納米壓印要求，如果所形成雙電層模板特征結(jié)構(gòu)層表面帶負(fù)電荷，所施加的電場以襯底端為正極，模板端為負(fù)極；如果所形成雙電層模板特征結(jié)構(gòu)層表面帶正電荷，所施加的電場以襯底端為負(fù)極，模板端為正極?？梢酝ㄟ^提高雙電層zeta電勢(shì)(電動(dòng)電位或電動(dòng)電勢(shì))有效提高電滲流流速。
[0028]所述電滲流，隨著液態(tài)有機(jī)聚合物黏度下降，電滲流增大，在液態(tài)有機(jī)聚合物加入有機(jī)溶劑如甲醇、乙腈，電滲流增大，在液態(tài)有機(jī)聚合物加入表面活性劑，可改變電滲流的大小和方向；雙電層和外加垂直電場是電滲流形成的兩個(gè)基本條件。
[0029]一種基于電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印裝置的壓印方法，如果襯底本身是導(dǎo)電的，包括以下步驟:
[0030](I)在襯底上旋涂一層液態(tài)有機(jī)聚合物，將襯底置于工作臺(tái)之上，使模板與襯底對(duì)正；
[0031](2)壓印機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模板向襯底移動(dòng)，使模板與襯底上的液態(tài)有機(jī)聚合物獲得完全共形接觸后，打開高壓直流電源，在模板支撐層和襯底之間形成直流電場，實(shí)現(xiàn)液態(tài)有機(jī)聚合物在模板的特征結(jié)構(gòu)層的納米結(jié)構(gòu)腔內(nèi)的完全填充；
[0032](3)開啟紫外光光源，紫外光透過模板對(duì)壓印后的液態(tài)有機(jī)聚合物曝光，使液態(tài)有機(jī)聚合物曝光，并充分完全固化，固化時(shí)間10-40s ；
[0033](4)壓印機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模板繼續(xù)向上微移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)模板與壓印圖形的逐漸相互分離，完成脫模，并返回壓印原位，更換襯底，開始下一輪工作循環(huán)；
[0034](5)進(jìn)一步結(jié)合刻蝕工藝，以壓印圖形為掩模，將壓印圖形轉(zhuǎn)移到襯底上，實(shí)現(xiàn)襯底圖形化。
[0035]所述步驟(2)的具體方法包括:
[0036]①壓印機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模板從初始工位向襯底移動(dòng)，模板與壓印機(jī)構(gòu)以快速進(jìn)給的速度向襯底移動(dòng)，一旦模板特征結(jié)構(gòu)層的最低點(diǎn)與襯底上的液態(tài)有機(jī)聚合物接觸，壓印機(jī)構(gòu)就轉(zhuǎn)變?yōu)楣みM(jìn)速度；
[0037]②壓印機(jī)構(gòu)以工進(jìn)速度進(jìn)給，使模板與襯底上的液態(tài)有機(jī)聚合物獲得完全共形接觸后，壓印機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)；
[0038]③打開高壓直流電源，在模板支撐層和襯底之間形成直流電場，如果所形成雙電層模板特征結(jié)構(gòu)層表面帶負(fù)電荷，所施加的電場以襯底端為正極，模板端為負(fù)極；如果所形成雙電層模板特征結(jié)構(gòu)層表面帶正電荷，所施加的電場以襯底端為負(fù)極，模板端為正極；在外加電場的作用下，形成微流體“電滲流”驅(qū)動(dòng)，在電滲力作用下使液態(tài)聚合物產(chǎn)生向上的提升力，驅(qū)動(dòng)液態(tài)有機(jī)聚合物在模板特征結(jié)構(gòu)層的微納米結(jié)構(gòu)腔體內(nèi)的快速填充，填充的平均高度取決于電滲力與氣相壓力和聚合物流變阻力的平衡；
[0039]④在電滲力作用下，實(shí)現(xiàn)液態(tài)有機(jī)聚合物在模板的特征結(jié)構(gòu)層的納米結(jié)構(gòu)腔內(nèi)的完全填充。
[0040]所述步驟(4)的具體方法包括:
[0041]①關(guān)閉高壓直流電源，壓印機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模板向上微移動(dòng)，首先破壞特征結(jié)構(gòu)層與壓印圖形即固化后的聚合物水平接觸界面的粘附力，使模板與固化的壓印圖形相互分離；壓印機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模板繼續(xù)向上微移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)模板與壓印圖形的逐漸相互分離，完成脫模；
[0042]②模板與壓印圖形完全分離后，壓印機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模板快速向上運(yùn)動(dòng)，返回壓印原位，更換襯底，開始下一輪工作循環(huán)。
[0043]一種基于電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印裝置的壓印方法，如果襯底本身是非導(dǎo)電的，它包括如下步驟:
[0044](I)在非導(dǎo)電襯底上沉積一層導(dǎo)電層，在導(dǎo)電層之上旋涂一層液態(tài)有機(jī)聚合物，將其置于工作臺(tái)之上；使模板與襯底對(duì)正；
[0045](2)壓印機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模板移動(dòng)，使模板與襯底上的液態(tài)有機(jī)聚合物獲得完全共形接觸后打開高壓直流電源，在模板的支撐層和襯底導(dǎo)電層之間形成電場；
[0046](3)開啟紫外光光源，紫外光透過模板對(duì)液態(tài)有機(jī)聚合物曝光，使液態(tài)有機(jī)聚合物曝光，并充分完全固化，固化時(shí)間10-40s ；
[0047](4)關(guān)閉高壓直流電源，壓印機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模板向上微移動(dòng)，首先破壞特征結(jié)構(gòu)層與壓印圖形水平接觸界面的粘附力，使模板與固化的壓印圖形相互分離；模板與壓印圖形完全分離后，壓印機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模板快速向上運(yùn)動(dòng)，返回壓印原位；
[0048](5)結(jié)合刻蝕工藝，以壓印聚合物圖形為掩模，將壓印圖形轉(zhuǎn)移到襯底的導(dǎo)電層上，并以導(dǎo)電層為掩模層，將特征結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到襯底之上，去除聚合物和導(dǎo)電層，實(shí)現(xiàn)襯底圖形化。
[0049]所述步驟(2)中，其具體步驟包括:
[0050]①壓印機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模板從初始工位向襯底移動(dòng)，模板與壓印機(jī)構(gòu)以快速進(jìn)給的速度向襯底移動(dòng)，一旦模板特征結(jié)構(gòu)層的最低點(diǎn)與襯底上的液態(tài)有機(jī)聚合物接觸，壓印機(jī)構(gòu)就轉(zhuǎn)變?yōu)楣みM(jìn)速度；
[0051]②壓印機(jī)構(gòu)以工進(jìn)速度進(jìn)給，使模板與襯底上的液態(tài)有機(jī)聚合物獲得完全共形接觸后，壓印機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)；
[0052]③打開高壓直流電源，在模板的支撐層和襯底導(dǎo)電層之間形成電場。如果所形成雙電層模板特征結(jié)構(gòu)層表面帶負(fù)電荷，所施加的電場以襯底端為正極，模板端為負(fù)極；如果所形成雙電層模板特征結(jié)構(gòu)層表面帶正電荷，所施加的電場以襯底端為負(fù)極，模板端為正極。在外加電場的作用下，形成微流體“電滲流”驅(qū)動(dòng)，在電滲力作用下使液態(tài)聚合物產(chǎn)生向上的提升力，驅(qū)動(dòng)液態(tài)有機(jī)聚合物在模板特征結(jié)構(gòu)層的微納米結(jié)構(gòu)腔體內(nèi)的快速填充，填充的平均高度取決于電滲力與氣相壓力和聚合物流變阻力的平衡；
[0053]④在電滲力作用下，實(shí)現(xiàn)液態(tài)有機(jī)聚合物在模板的特征結(jié)構(gòu)層的納米結(jié)構(gòu)腔內(nèi)的完全填充。
[0054]所述步驟(2)中，當(dāng)極性液態(tài)有機(jī)聚合物、模板特征結(jié)構(gòu)層所選用的材料確定后，極性液態(tài)有機(jī)聚合物與模板特征結(jié)構(gòu)層固液接觸面所形成的雙電層固體表面所帶電荷的極性也隨之確定，所施加電場方向也隨之確定。
[0055]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0056]1.變傳統(tǒng)納米壓印“壓力驅(qū)動(dòng)”為“電滲力”驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)液態(tài)聚合物對(duì)于模板微納結(jié)構(gòu)腔體填充由傳統(tǒng)的“壓”模式到“拉”模式的轉(zhuǎn)變；在很小壓印力條件下，利用向上的“電滲力”驅(qū)動(dòng)提拉液態(tài)聚合物即能實(shí)現(xiàn)對(duì)于模具微納米結(jié)構(gòu)腔體的快速完全填充，微流體電滲驅(qū)動(dòng)是一種致動(dòng)力直接作用于流體的驅(qū)動(dòng)方式，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制及操作方式簡單、流型呈扁平狀等優(yōu)點(diǎn)；電滲流的體積流量(每單位流道寬度)與流道高度(h)成線性變化，可以使用較低的驅(qū)動(dòng)電場在微納流道中產(chǎn)生的較高的流量；電滲流的速度分布呈幾乎均勻的栓塞狀；
[0057]2.模板為雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)，即包括支撐層和特征結(jié)構(gòu)層，模板整體具有很高的彈性或柔性，并且具有良好紫外透光特性；
[0058]3.實(shí)現(xiàn)了高效、低成本大面積納米壓印，尤其能夠?qū)崿F(xiàn)高深寬比微納結(jié)構(gòu)的高效和低成本制造，以及非平整、易碎襯底的大面積壓印圖形化；
[0059]4.適用范圍廣泛,可用于高密度磁盤、微光學(xué)器件(如光學(xué)透鏡、衍射光學(xué)兀件等)、玻璃圖形化、各種涂層(抗反射、自清潔、抗霜等)、三維微型電池、蝶式太陽能聚光器、復(fù)眼影像感測(cè)器、微流控器件、生物傳感器、MEMS器件、光伏器件等的制造，尤其適合亞波長抗反射結(jié)構(gòu)、大面積平板顯示、太陽能電池板、玻璃圖形化、LED圖形化、晶圓級(jí)微光學(xué)器件的工業(yè)級(jí)生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0060]圖1是本實(shí)用新型電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0061]圖2是本實(shí)用新型模板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0062]圖3是本實(shí)用新型一種模板實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0063]圖4是非導(dǎo)電襯底沉積導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0064]其中，1、工作臺(tái)；10、雙電層；1001、負(fù)電荷；2、襯底；3、液態(tài)有機(jī)聚合物；4、模板；401、支撐層；402結(jié)構(gòu)層；40201、微納米結(jié)構(gòu)腔；5、光源；6、高壓直流電源；7、壓印機(jī)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
:
[0065]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0066]如圖1所示，一種電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印裝置，包括工作臺(tái)(承片臺(tái))1、襯底(晶圓、夕卜延片)2、液態(tài)有機(jī)聚合物3、模板(模具)4、紫外光光源5、高壓直流電源6、壓印機(jī)構(gòu)7 ;其中，涂鋪有液態(tài)有機(jī)聚合物3的襯底2固定于工作臺(tái)I之上；模板4置于襯底2的正上方；紫外光光源5置于模板4正上方；模板4、紫外光光源5固定在壓印機(jī)構(gòu)7之上；高壓直流電源6的一端與襯底2 (第一電極)相連，另一端與模板4的支撐層401 (第二電極)相連接，在模板4和襯底2之間，即第二電極、第一電極形成電場。本實(shí)施例所形成雙電層10模板4特征結(jié)構(gòu)層401表面帶負(fù)電荷1001，因此，以模板4端為負(fù)極，襯底2端為正極。
[0067]如圖2所示，模板4為雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括支撐層401和特征結(jié)構(gòu)層402，支撐層401位于特征結(jié)構(gòu)層402之上。支撐層401具有導(dǎo)電特性，特征結(jié)構(gòu)層402具有介電特性，并在特征結(jié)構(gòu)層402上設(shè)有微納米特征結(jié)構(gòu)(型腔)40201。特征結(jié)構(gòu)層402具有高介電性和透明的特性，支撐層401具有透明、導(dǎo)電的特性。支撐層401的厚度是100-800微米。特征結(jié)構(gòu)層402的厚度是200-600微米。
[0068]如圖3所示，模板4的支撐層401采用透明導(dǎo)電氧化銦錫(ITO)，特征結(jié)構(gòu)層透明二氧化硅(S12)，支撐層401的厚度是400微米，特征結(jié)構(gòu)層402的厚度是200微米。
[0069]如圖4所不,所述為非導(dǎo)電藍(lán)寶石襯底2,在其上沉積厚度50nm導(dǎo)電層201金屬鎳。
[0070]模板、液態(tài)有機(jī)聚合物、襯底需要滿足以下條件:
[0071](I)模板:模板為雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)，即包括支撐層和特征結(jié)構(gòu)層，其中支撐層具有導(dǎo)電特性，特征結(jié)構(gòu)層具有介電特性(或者沉積一層介電層(dielectric layer));模板整體具有很高的彈性或柔性，以適應(yīng)非平整襯底隨形(conformal)接觸的要求；此外還應(yīng)具有高的紫外光透過率，滿足紫外固化要求；
[0072](2)液態(tài)有機(jī)聚合物:液態(tài)聚合物為極性、低粘度液態(tài)材料，具有良好的導(dǎo)電特性，并含有光引發(fā)子，實(shí)現(xiàn)紫外固化功能。其pH值的范圍:3〈pH<7。在液態(tài)有機(jī)聚合物加入表面活性劑，可改變電滲流的大小和方向。(非極性溶液導(dǎo)電率太低，在固液界面難以形成雙電層，無法形成電滲流)
[0073](3)襯底:具有導(dǎo)電性或者包含導(dǎo)電層，例如對(duì)于LED外延片和一些導(dǎo)電襯底(如SiC襯底)，其本身就具有導(dǎo)電性；而對(duì)于一些不導(dǎo)電的襯底，如藍(lán)寶石襯底需要在襯底上沉積一層導(dǎo)電層如Cr、鎳或者ITO等，該層同時(shí)兼做藍(lán)寶石刻蝕的硬掩模層(Hard Mask)。
[0074](4)液態(tài)有機(jī)聚合物與模板特征結(jié)構(gòu)層(介電表面)固液接觸面應(yīng)易于形成雙電層。
[0075](5)當(dāng)極性液態(tài)有機(jī)聚合物、模板特征結(jié)構(gòu)層所選用的材料確定后，極性液態(tài)有機(jī)聚合物(離子化溶液)與模板特征結(jié)構(gòu)層(介電表面)固液接觸面(界面)所形成的雙電層固體表面所帶電荷的極性也隨之確定，所施加電場方向也隨之確定。
[0076]實(shí)施例一:
[0077]本實(shí)用新型以LED外延片(導(dǎo)電襯底)圖形化(GaN基光子晶體LED制造)為實(shí)施例，基于本實(shí)用新型的裝置和方法進(jìn)行LED外延片圖形化的具體工藝步驟包括:
[0078](I)預(yù)處理過程
[0079]在GaN基LED襯底2上旋涂一層液態(tài)有機(jī)聚合物3，將其置于工作臺(tái)I之上。將模板4固定在壓印機(jī)構(gòu)7上；并使模板4與GaN基LED襯底2對(duì)正。
[0080](2)壓印過程
[0081 ] ①壓印機(jī)構(gòu)7帶動(dòng)模板4從初始工位向襯底2移動(dòng)，模板4與壓印機(jī)構(gòu)7以快速進(jìn)給的速度向襯底2移動(dòng)，一旦模板4特征結(jié)構(gòu)層402的最低點(diǎn)與襯底2上的液態(tài)有機(jī)聚合物3接觸，壓印機(jī)構(gòu)7就轉(zhuǎn)變?yōu)楣みM(jìn)速度；
[0082]②壓印機(jī)構(gòu)7以工進(jìn)速度進(jìn)給，使模板4與襯底2上的液態(tài)有機(jī)聚合物獲得完全共形接觸后，壓印機(jī)構(gòu)7停止運(yùn)動(dòng)；
[0083]③打開高壓直流電源6，本實(shí)施例所形成雙電層10模板4特征結(jié)構(gòu)層401表面帶負(fù)電荷1001，因此，以GaN基LED襯底2端為正極，模板4端為負(fù)極，在模板4和襯底2之間形成直流電場。在外加電場的作用下，形成微流體“電滲流”驅(qū)動(dòng)，在電滲力作用下使液態(tài)聚合物3產(chǎn)生向上的提升力，驅(qū)動(dòng)液態(tài)有機(jī)聚合物3在模板4特征結(jié)構(gòu)層402的微納米結(jié)構(gòu)腔(型腔)40201的快速填充，填充的平均高度取決于電滲力與氣相壓力和聚合物流變阻力的平衡；
[0084]④在電滲力作用下，實(shí)現(xiàn)液態(tài)有機(jī)聚合物3在模板4的特征結(jié)構(gòu)層402的納米結(jié)構(gòu)腔(型腔)40201內(nèi)的快速完全填充；
[0085](3)固化過程
[0086]開啟紫外光光源5，紫外光透過模板4對(duì)液態(tài)有機(jī)聚合物3曝光，使液態(tài)有機(jī)聚合物3曝光充分完全固化。
[0087]⑷脫模過程
[0088]①關(guān)閉高壓直流電源6 (電場)，壓印機(jī)構(gòu)7帶動(dòng)模板4向上微移動(dòng)，首先破壞模板4特征結(jié)構(gòu)層402與壓印圖形(固化后的聚合物)水平接觸界面的粘附力，使模板4與固化后的壓印圖形相互分離；壓印機(jī)構(gòu)7帶動(dòng)模板4繼續(xù)向上微移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)模板4與壓印圖形的逐漸相互分離，完成脫模；
[0089]②模板4與壓印圖形完全分離后，壓印機(jī)構(gòu)7帶動(dòng)模板4快速向上運(yùn)動(dòng)，返回壓印原位，更換GaN基LED襯底2，開始下一輪工作循環(huán)；
[0090](5)后處理過程
[0091]后續(xù)結(jié)合刻蝕工藝(濕法刻蝕或者ICP刻蝕)，以壓印圖形為掩模，將壓印圖形轉(zhuǎn)移到GaN基LED襯底2上，實(shí)現(xiàn)LED襯底2的圖形化或者光子晶體LED制造。
[0092]本實(shí)施例一電場強(qiáng)度大小是400V/cm。
[0093]所述固化時(shí)間25s。
[0094]所述極性液態(tài)有機(jī)聚合物的pH值為7。
[0095]實(shí)施例二
[0096]對(duì)于不導(dǎo)電襯底，需要在襯底上先沉積一層導(dǎo)電層，例如金屬鎳、鉻、ITO等，該層同時(shí)兼做圖形轉(zhuǎn)移的硬掩模層(Hard Mask)。本實(shí)施例二以藍(lán)寶石襯底圖形化為例，首先在藍(lán)寶石襯底2上沉積50nm金屬鎳導(dǎo)電層201，隨后基于本實(shí)用新型裝置和方法進(jìn)行藍(lán)寶石襯底2圖形化的具體工藝步驟包括:
[0097](I)預(yù)處理過程
[0098]在沉積金屬鎳201的藍(lán)寶石襯底2上旋涂一層液態(tài)有機(jī)聚合物3，將其置于工作臺(tái)I之上；并使模板4與藍(lán)寶石襯底2對(duì)正。
[0099](2)壓印過程
[0100]①壓印機(jī)構(gòu)7帶動(dòng)模板4從初始工位向藍(lán)寶石襯底2移動(dòng)，模板4與壓印機(jī)構(gòu)7以快速進(jìn)給的速度向襯底移動(dòng)，一旦模板4特征結(jié)構(gòu)層402的最低點(diǎn)與藍(lán)寶石襯底2上的液態(tài)有機(jī)聚合物3接觸，壓印機(jī)構(gòu)7就轉(zhuǎn)變?yōu)楣みM(jìn)速度；
[0101]②壓印機(jī)構(gòu)7以工進(jìn)速度進(jìn)給，使模板4與藍(lán)寶石襯底2上的液態(tài)有機(jī)聚合物3獲得完全共形接觸后，壓印機(jī)構(gòu)7停止運(yùn)動(dòng)；
[0102]③打開高壓直流電源6，本實(shí)施例所形成雙電層10模板4特征結(jié)構(gòu)層401表面帶負(fù)電荷1001，因此，以藍(lán)寶石襯底2的導(dǎo)電層金屬鎳201端為正極，模板4端為負(fù)極，在模板4和藍(lán)寶石襯底2之間形成直流電場。在外加電場的作用下，形成微流體“電滲流”驅(qū)動(dòng)，在電滲力作用下使液態(tài)聚合物3產(chǎn)生向上的提升力，驅(qū)動(dòng)液態(tài)有機(jī)聚合物3在模板4特征結(jié)構(gòu)層402的微納米結(jié)構(gòu)內(nèi)(型腔)40201的快速填充，填充的平均高度取決于電滲力與氣相壓力和聚合物流變阻力的平衡；
[0103]④在電滲力作用下，實(shí)現(xiàn)液態(tài)有機(jī)聚合物3在模板4的特征結(jié)構(gòu)層402的納米結(jié)構(gòu)腔(型腔)40201內(nèi)的快速完全填充；
[0104](3)固化過程
[0105]開啟紫外光光源5，紫外光透過模板4對(duì)液態(tài)有機(jī)聚合物3曝光，使液態(tài)有機(jī)聚合物3曝光充分完全固化。
[0106](4)脫模過程
[0107]①關(guān)閉高壓直流電源6 (電場)，壓印機(jī)構(gòu)7帶動(dòng)模板4向上微移動(dòng)，首先破壞特征結(jié)構(gòu)層402與壓印圖形(固化后的壓印圖形聚合物)水平接觸界面的粘附力，使模板4與壓印圖形相互分離；壓印機(jī)構(gòu)7帶動(dòng)模板4繼續(xù)向上微移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)模板4與壓印圖形的逐漸相互分離，完成脫模；
[0108]②模板4與壓印圖形完全分離后，壓印機(jī)構(gòu)7帶動(dòng)模板4快速向上運(yùn)動(dòng)，返回壓印原位，更換藍(lán)寶石襯底2，開始下一次工作循環(huán)；
[0109](5)后處理過程
[0110]后續(xù)結(jié)合刻蝕工藝(濕法刻蝕或者ICP刻蝕)，以壓印圖形為掩模，將特征圖形轉(zhuǎn)移到藍(lán)寶石襯底2的導(dǎo)電層金屬鎳201上，并以導(dǎo)電層金屬鎳201為硬掩模層，將模板4特征結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到藍(lán)寶石襯底2之上，去除聚合物壓印圖形和導(dǎo)電層金屬鎳201，實(shí)現(xiàn)藍(lán)寶石襯底2的納米圖形化。
[0111]本實(shí)施例二電場電場強(qiáng)度大小是500V/cm。
[0112]所述固化時(shí)間20s。
[0113]所述極性液態(tài)有機(jī)聚合物的pH值為7。
[0114]對(duì)于實(shí)施例一和二，特征結(jié)構(gòu)層采用石英或者二氧化硅時(shí)，溶液pH增高時(shí)，表面電離多，電荷密度增加，特征結(jié)構(gòu)層zeta電勢(shì)增大，電滲流增大，pH = 7，達(dá)到最大；pH〈3，完全被氫離子中和，表面電中性，電滲流為零。
[0115]本實(shí)用新型變傳統(tǒng)納米壓印“壓力驅(qū)動(dòng)”為“電滲力”驅(qū)動(dòng)，液態(tài)聚合物對(duì)于模板微納結(jié)構(gòu)型腔填充由傳統(tǒng)納米壓印的被動(dòng)“壓”模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)“拉”模式；在很小壓印力條件下，利用向上的“電滲力”驅(qū)動(dòng)提拉液態(tài)聚合物即能實(shí)現(xiàn)對(duì)于模具微納米結(jié)構(gòu)腔體的快速完全填充。微流體電滲驅(qū)動(dòng)是一種致動(dòng)力直接作用于流體的驅(qū)動(dòng)方式，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制及操作方式簡單、流型呈扁平狀等優(yōu)點(diǎn)。電滲流和壓力驅(qū)動(dòng)流相比有幾點(diǎn)不同:首先，電滲流的體積流量(每單位流道寬度)與流道高度(h)成線性變化，可以使用較低的驅(qū)動(dòng)電場在微納流道中產(chǎn)生的較高的流量。而壓力驅(qū)動(dòng)流的流量(每單位寬度)與流道高度的立方成正比，這需要非常大的壓降，使得壓力驅(qū)動(dòng)流不適合納米流道應(yīng)用。其次，電滲流的速度分布呈幾乎均勻的栓塞狀，而壓力驅(qū)動(dòng)流的速度分布是拋物線型。
[0116]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印裝置，其特征是:包括工作臺(tái)、襯底、液態(tài)有機(jī)聚合物、模板、電場和壓印機(jī)構(gòu)，所述工作臺(tái)上設(shè)置有涂鋪有液態(tài)有機(jī)聚合物的襯底，襯底上放置有模板，模板上端固定有壓印機(jī)構(gòu)，壓印機(jī)構(gòu)中設(shè)置有若干個(gè)置于模板正上方的紫外光光源，所述模板包括支撐層和特征結(jié)構(gòu)層，支撐層在特征結(jié)構(gòu)層之上，支撐層具有導(dǎo)電特性，特征結(jié)構(gòu)層具有介電特性，并在特征結(jié)構(gòu)層上設(shè)有微納米特征結(jié)構(gòu)，所述襯底與模板的支撐層之間連接有直流電源，施加外加電場，電場強(qiáng)度是300?800V/cm ;所述液態(tài)有機(jī)聚合物為極性液體或者電解液，并具有低粘度，其PH值的范圍:3〈pH< 7。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印裝置，其特征是:所述襯底為導(dǎo)電襯底。
3.如權(quán)利要求1所述的一種電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印裝置，其特征是:所述襯底為在非導(dǎo)電襯底上沉積一層導(dǎo)電層。
4.如權(quán)利要求1所述的一種電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印裝置，其特征是:所述模板支撐層材料采用透明導(dǎo)電氧化銦錫或者PET，特征結(jié)構(gòu)層材料為石英、玻璃、透明二氧化硅或者高介電常數(shù)、透明氟聚合物材料。
5.如權(quán)利要求4所述的一種電滲驅(qū)動(dòng)納米壓印裝置，其特征是:所述支撐導(dǎo)電層厚度范圍為100-500微米，所述特征結(jié)構(gòu)層厚度范圍為200-600微米。
【文檔編號(hào)】B82Y40/00GK204009350SQ201420449381
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】蘭紅波 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)