專利名稱：一種壓縮式氣體施壓方式的納米壓印裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于納米壓印裝置技術領域，特別涉及一種壓縮式氣體施壓方式的納米壓印裝置。
背景技術：
圖形轉移是半導體制程的核心，是集成電路芯片更新換代的導向技術。長期以來一直采用光學光刻方式實現圖形轉移，在光學臨近效應校正、移相掩模、浸潤式光刻鏡頭等輔助技術支撐下，65nm/45nm特征線寬工藝已形成產能。從09年版國際半導體藍圖來看， 32nm節點和22nm節點也可能采用光學路線實現，但更小特征線寬節點將難以采用光學方式。而從22 nm節點以下，納米壓印一直是重要的備選支撐技術之一，以其成本低、產量高、 工藝簡單、圖形轉移保真度好等諸多優點備受關注。目前很多納米器件和納米結構的制備， 如納米線、納米管、NEMS、等離子波導、光子晶體、亞波長器件、Metamaterial功能結構等也都可以基于該技術實現。自1995年乂印&11 Y. Chou提出納米壓印技術的概念以來，納米壓印技術獲得了快速發展，相繼出現了紫外固化納米壓印技術、微接觸納米壓印技術、滾軸式納米壓印技術等。納米壓印領域的研究工作主要集中在納米壓印技術本身的不斷完善和基于納米壓印技術進行納米器件和結構的制備，兩個方向國內外都有很多人在從事研究工作。相繼報道了激光輔助納米壓印技術、氣壓輔助納米壓印技術(ACP)、靜電輔助納米壓印技術、超聲輔助納米壓印技術、金屬圖形直接壓印成形等。約從2001年開始，國內大陸地區開始關注納米壓印技術及其應用研究。華中科技大學、上海交通大學、西安交通大學、南京大學、中科院電工所等都自主建立了納米壓印系統，如華科的基于正交柔性工作臺熱壓印系統，西交的基于紫外固化、彈性掩模、六自由度主動調節承片臺等技術的壓印系統，上交的紫外固化真空負壓系統，電工所的氣囊汽缸式壓印系統，南大的混合式壓印系統實現了 15nm特性線寬轉移。納米壓印工藝流程中，壓力施壓是極為重要的步驟，面向大面積晶圓加工時尤為明顯，直接決定了壓印轉移圖形的均勻性，影響壓印掩模板的使用壽命、圖形保真度、系統自動控制等。早期施壓常采用平板施壓方式，為基板和掩模板平行度考慮，需要諸如多自由度主動調節、正交柔性承片臺、球型滑移、氣囊充氣、刀口支撐等方式在壓入過程中調節基板掩模板完全平行。近年來氣壓施壓路線逐漸獲得認可，先進性明顯，可以克服壓印模板在壓印過程中受應力不均勻的問題，以及基板掩模板自平行、雜物影響面積最小化、模板圖形結構微小形變影響降低、避免施壓過程中側應力作用導致模板相對基板滑移破壞轉移圖案等。早期氣體施壓的一般工藝是將基板和掩模板對準后放入施壓腔室，再利用惰性氣體或者氮氣通入施壓，通過氣體量的增加獲得壓力增強。Chou課題組于2002年申請的美國專利并于09年產業化，目前其Nanonex Corp公司的主要產品均是采用這種方式，著名的“TOM”壓印機也是基于該原理。惠普實驗室的mi等人報道了一種真空負壓施壓，彈性基板變形反向壓入的方式，將掩模板圖像轉移到基板上，特征線寬可以達到lOnm。國內上海交通大學和中科院電工所建立的壓印系統均采用了氣體施壓方式，上交采用的是腔室抽氣，外界大氣壓驅動貼到紫外視窗上的掩模板，克服彈性環彈力下壓將掩模板壓入轉移介質，電工所是利用氣囊充氣的方式，將固定在氣囊上的基板上頂與掩模板接觸施壓，氣囊具有施壓和平行自調節的功能。已有報道的幾種氣體施壓系統中，Chou等人采用對稱通氣噴嘴通入氮氣到施壓腔室，對準步驟后的掩模板和基板與氣體接觸，為避免氣體進入到掩模板和基板之間，設計了包括“0”形環、密封夾具、彈性不透膜、外圍管或重物等多種方式密封樣品。試驗表明該氣體施壓方式最終壓力分布均勻，克服雜質影響能力強。但氣體初始通入時，點對稱氣源存在初始壓力不均勻，導致掩模板基板上應力分布不均勻，影響掩模板使用壽命，如采用的掩模板是軟掩模(PMDS等)時，對轉移圖形的保真度還有一定影響。基座與施壓腔室作為一個整體無阻尼措施，氣流通入造成的腔室振動會傳遞到承片臺。兩種負壓施壓方式中，mi等人的方案需要彈性基板有很均勻的彈力，才能保證抽氣過程中基板被均勻的吸壓。上交的方案是將紫外透射窗和掩模貼在一起，周邊與施壓腔室基于彈性膜封閉，抽氣時大氣壓將透射窗和掩模下壓接觸基板，對彈性膜均勻性要求也很高，試驗過程中多次出現因彈性膜彈力不均勻，掩模板與基板傾斜接觸的現象。電工所氣囊施壓方案也要求氣囊周邊彈力均勻，否則基板在上頂過程中也存在與掩模板不平行，傾斜接觸造成掩模應力不均勻。
發明內容
本發明的目的在于提供一種壓縮式氣體施壓方式的納米壓印裝置。為實現上述目的，本發明采取了如下技術方案
一種壓縮式氣體施壓方式的納米壓印裝置包括底部帶有基座的施壓腔室及固設在施壓腔室上方的驅動支架，驅動支架上固設有伺服馬達，施壓腔室中內嵌有下壓活塞，下壓活塞通過滾珠絲桿與伺服馬達連接，基座上放置有承片臺，靠近承片臺的施壓腔室的施壓腔壁上開設有樣品通道。如果遠離承片臺頂部設置樣品通道，放置樣品時，會存在一個沉降過程，很容易破壞已完成對準后樣品的對準度，影響圖像轉移效果。為盡量降低沉降影響，本發明中，靠近承片臺頂部設置樣品通道，樣品通道的下沿距離承片臺頂部(T2mm，但更優選樣品通道下沿與承片臺頂部平齊(即樣品通道的下沿距離承片臺頂部Omm)。進一步，為有效阻尼機械振動向基座及承片臺傳導，施壓腔室底部的施壓腔壁內嵌設有隔震套環，且與基座和施壓腔壁腔壁結合緊密，氣密性良好。為較好地起到阻尼作用，隔震套環頂部與基座頂部平齊或稍高于基座頂部，即隔震套環頂部高于基座頂部(T20mm。更好地，隔震套環優選橡膠隔震套環。橡膠隔震套環的縱截面結構形狀為蜂窩型、多層重疊型、中空型或實心型。再進一步，承片臺上放置有已完成對準后的掩模板、轉移介質、基板組合。本發明施壓過程中不涉及到氣體量的改變，可同時加工多組完成對準步驟后的樣品，有效提升產量。較好地，所述掩模板上設置有構成內部壓印圖形的裸片，掩模板外面一圈設置有連續的凸出環，凸出環線條高度與內部壓印圖形高度一致。凸出環與轉移介質接觸使其內部形成相對獨立的密閉空間，壓印力驅使多余的介質流體被擠壓出，防止施壓過程中氣體進入到掩模板與基板之間影響轉移效果。本發明的有益效果避免了施壓過程中掩模板與基板傾斜接觸、氣流通入擾動、氣壓力不均勻等問題，本發明提出的壓縮式氣壓施壓方式，能夠保證在整個施壓的過程中，壓印壓力在全掩模板、基板面積上均勻分布，施壓時，壓印力均勻性提高，轉移圖形的保真度也得到提高，掩模板壽命延長，方法實施簡單，控制方便，可重復性高；本發明能夠進行微納器件與結構制備中的圖像轉移工藝，在半導體制程、微納功能器件制備領域有廣泛應用空間。
圖1是本發明壓縮式氣體施壓方式的納米壓印裝置的結構示意圖1-伺服馬達， 2-驅動支架，3-滾珠絲杠，4-下壓活塞，5-施壓腔壁，6-施壓腔室，7-樣品通道，8-承片臺， 9-隔震套環，10-基座；
圖2是掩模板的結構示意圖11-裸片，12-凸出環；
圖3是橡膠隔振套環的結構形狀示意圖A-整體結構示意圖，B-蜂窩型結構示意圖， C-多層重疊型結構示意圖，D-中空型結構示意圖，E-實心型結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示的一種壓縮式氣體施壓方式的納米壓印裝置包括底部帶有基座10的施壓腔室6及固設在施壓腔室6上方的驅動支架2，驅動支架2上固設有伺服馬達1，施壓腔室6中內嵌有下壓活塞4，下壓活塞4通過滾珠絲桿3與伺服馬達1連接，基座10上放置有承片臺8，在與承片臺8頂部平齊的施壓腔室6的施壓腔壁5上開設有樣品通道7，施壓腔室6底部的施壓腔壁5內嵌設有橡膠隔震套環9，橡膠隔震套環9頂部高于基座10頂部 20mmo橡膠隔震套環9的整體結構形狀如圖3A所示，縱截面可以為蜂窩型(圖:3B)、多層重疊型(圖;3B)、中空型(圖3B)或實心型(圖;3B)。使用時，把已完成對準后的掩模板、轉移介質、基板組合通過樣品通道7放置到承片臺8上，伺服馬達1驅動滾珠絲杠3推動下壓活塞4下降，位移量可以較高精度的控制， 在溫度保持不變的情況下PV=恒值，腔室體積減小，壓強增大，作用到加工對象表面的壓力均勻增強達到要求值，施壓壓力動態可調。施壓結束后，下壓活塞4上升，腔室體積增大，壓強減小，加工對象表面壓力恢復到初始狀態，取出即可進行下一程序。所用掩模板的結構如圖2所示，掩模板上設置有構成內部壓印圖形的裸片11，外面一圈設置有連續的凸出環12，凸出環12線條高度與內部壓印圖形一致，凸出環12與轉移介質接觸使掩模板內部與基板形成相對密閉空間，壓印力驅使多余的介質流體被擠壓出， 防止施壓過程中氣體進入到掩模板與基板之間影響轉移效果。
權利要求
1.一種壓縮式氣體施壓方式的納米壓印裝置，其特征在于包括底部帶有基座的施壓腔室及固設在施壓腔室上方的驅動支架，驅動支架上固設有伺服馬達，施壓腔室中內嵌有下壓活塞，下壓活塞通過滾珠絲桿與伺服馬達連接，基座上放置有承片臺，靠近承片臺的施壓腔室的施壓腔壁上開設有樣品通道。
2.如權利要求1所述的壓縮式氣體施壓方式的納米壓印裝置，其特征在于施壓腔室底部的施壓腔壁內嵌設有隔震套環。
3.如權利要求2所述的壓縮式氣體施壓方式的納米壓印裝置，其特征在于隔震套環頂部與基座頂部平齊或稍高于基座頂部。
4.如權利要求3所述的壓縮式氣體施壓方式的納米壓印裝置，其特征在于隔震套環為橡膠隔震套環。
5.如權利要求4所述的壓縮式氣體施壓方式的納米壓印裝置，其特征在于橡膠隔震套環的縱截面結構形狀為蜂窩型、多層重疊型、中空型或實心型。
6.如權利要求廣5之任意一項所述的壓縮式氣體施壓方式的納米壓印裝置，其特征在于承片臺上放置有已完成對準后的掩模板、轉移介質、基板組合。
7.如權利要求6所述的壓縮式氣體施壓方式的納米壓印裝置，其特征在于所述掩模板上設置有構成內部壓印圖形的裸片，掩模板外面一圈設置有連續的凸出環，凸出環線條高度與內部壓印圖形高度一致。
全文摘要
本發明屬于納米壓印裝置技術領域，公開了一種壓縮式氣體施壓方式的納米壓印裝置。包括底部帶有基座的施壓腔室及固設在施壓腔室上方的驅動支架，驅動支架上固設有伺服馬達，施壓腔室中內嵌有下壓活塞，下壓活塞通過滾珠絲桿與伺服馬達連接，基座上放置有承片臺，靠近承片臺的施壓腔室的施壓腔壁上開設有樣品通道。本發明的有益效果避免了施壓過程中掩模板與基板傾斜接觸、氣流通入擾動、氣壓力不均勻等問題，本發明提出的壓縮式氣壓施壓方式，能夠保證在整個施壓的過程中，壓印壓力在全掩模板、基板面積上均勻分布，施壓時，壓印力均勻性提高，轉移圖形的保真度也得到提高，掩模板使用壽命延長，方法實施簡單，控制方便，可重復性高。
文檔編號G03F7/00GK102253597SQ20111010143
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月22日 優先權日2011年4月22日
發明者梁二軍, 段智勇, 鄭國恒, 黃震 申請人:鄭州大學