CN102799064A - 一种金属图形直接压印转移掩模板基板静电场力分离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属图形直接压印转移掩模板基板静电场力分离装置，包括通过气浮滑轨支架设置在底座上的气浮滑轨，气浮滑轨上设置有多个通过连接管连接充气泵的气孔，气浮滑轨上设置有3个滑块，滑块、基座和绝缘电木依次连接，3个滑块上的绝缘电木上依次设置有金属电极和两个相对的金属真空吸盘，金属真空吸盘表面设置有软橡胶层，软橡胶层和金属真空吸盘上设置有连通的气体通道连接抽气泵。本发明利用静电场力实现掩模板和基板的分离，能够避免解决介质层部分区域的破碎问题，提高转移图形的保真度，保持转移介质与基板的较好附着力，可有效延长掩模板的使用寿命，避免基板图形因为应力不均匀而导致的功能器件损坏，结构简单，易于实现。

Description

一种金属图形直接压印转移掩模板基板静电场力分离装置
技术领域
本发明涉及一种纳米压印装置，尤其涉及一种金属图形直接压印转移掩模板基板静电场力分离装置。 
背景技术
从国际半导体蓝图来看，近10年来纳米压印技术一直是半导体制备图形转移的支撑技术之一。自1995年纳米压印概念提出后，纳米压印技术迅速发展，出现了热塑、紫外、超声、转轴、激光、气压、微接触、电化学、金属图形直接转移等多种实现方式，最小特征线宽已达5nm。热熔、固化、气泡、模-基非平衡、压力、抗粘、填充完全等难题逐步得到解决，但压印后的掩模板与基板样品分离问题长期以来却少有涉及。在纳米压印工艺流程中，压力卸载和脱模作为晶圆后续处理工艺之前的最后一个关键步骤，关系到图形转移的完整性、均匀性和保真度，进而影响到转移图案的分辨率。好的脱模工艺不仅可以保证脱模应力的均匀性，还能够最大程度地降低对掩膜板和基板的损伤，以延长掩模板使用寿命，是纳米压印技术替代传统光学光刻实现图形转移制程中必不可少的关键技术。 
现有的纳米压印技术脱模方式有传统的机械剥离方式、高速气流吹离脱模、弹性橡胶薄膜卷离脱模、静电力和电磁力垂直脱模等。机械剥离是最早出现的一种脱模方式，这种方式将模板基板后背固定，利用机械方式拉动模板实现脱模，其固定部分受力最大且掩膜板和基板之间的分离应力很难保持均匀，对于常用的PMMA、PDMS、紫外胶等转移介质，压印后基板和掩模板之间几乎没有空气，分离过程中需要克服大气压强，分离应力极大，容易造成完成图形转移的介质层部分脱落、与基板结合力差等问题影响后续制备工艺，而且对掩模板使用寿命产生严重影响。尽管有报道采用高分子抗粘层处理掩模板或者采用多层膜结构来优化机械分离的脱模方式，但增加了工艺步骤，生产成本升高。韩国三星电子的研究人员在18inch晶圆纳米压印图形转移制备显示器件研究工作中报道了一种气流吹离的方式，压印工艺采用弹性掩模板，将矩形掩模四角固定，利用高速气流沿掩模板边缘吹离的方式实现掩模板与基板的分离，但由于气流始终存在于掩膜板和基板间隙的边缘处，且气流束截面积较小，难以保证整片晶圆上脱模应力的均匀性，对转移图形保真度产生影响。利用弹性掩膜版实施纳米压印转移的还有利用弹性掩模板的柔韧性，卷动弹性掩模板实现分离的方法，在转轴纳米压印技术中，这种分离技术是其实现连续压印工艺的重要基础，但分离界面弹性掩膜发生形变导致掩膜图形也同样产生形变，对转移图形产生较大的误差。吹离和卷离方式只能在弹性掩膜板或者弹性基板的纳米压印方式中使用，对于更多采用的硅基板和刚性掩模板纳米压印方式只能采用机械分离，近年有报道利用静电力或电磁力脱模方法，将掩模板和基板固定在金属平板上，给金属平板带上同性电荷或者磁极，利用电荷斥力或磁性斥力完成掩模板与基板分离，在均匀性上要优于传统机械分离方式，但掩模板、基板与各自固定的金属平板存在着较大应力，对掩模板使用寿命几乎没有改善，而且依然需要利用抗粘技术保障图形转移的保真度，增加了电、磁系统，工艺成本增加，与传统机械分离优势不明显，从分离样品应力场分布来看，其实际上也是一种机械分离，分离应力作用到金属电极或磁极板上进而拉动掩模板或基板实现分离。 
在金属图形直接转移纳米压印技术中，转移完成的图形介质就是金属材质。在已有报道的三种金属图形直接转移技术方案中，采用锋利线条超硬掩模板对金属薄膜基板直接压印方式依靠较大压力和锋利线条实现转移，本身没有液态介质存在于掩模板和基板之间，且压印过程中还存在着大量气体，这种方式不需要脱模工艺步骤。采用激光熔融金属介质层和金属纳米粒子流体介质层实现压印图形转移，转移介质在工艺过程中是以液态存在，和常规热塑、紫外等纳米压印方式相同，压印后的脱模步骤同样必不可少。由于金属介质的特殊性，采用静电场力实现分离脱模不失为一种新颖的思路。 
静电场力脱模原理：由于旋涂或者溅射在基板上的抗蚀剂是易带电的金属薄膜或者假塑性金属纳米粒子流体薄膜，压印结束后，在模板释放即脱模阶段，利用电源充电或者其他带电方式给金属薄膜或者金属纳米粒子带上某种电荷，以同样方式给掩膜板背部金属板带上同种电荷，由此在金属板和金属/金属纳米粒子薄膜之间产生一种相互排斥的静电力，利用此静电斥力作为脱模力进行均匀脱模。克希霍夫公式给出了半径为R的圆形平行板电容公式： 
                                                                 
Figure 676083DEST_PATH_IMAGE001
                       （1）
根据虚功原理得到静电力公式：
                
Figure 593223DEST_PATH_IMAGE002
                        （2）
Figure 372960DEST_PATH_IMAGE003
分别为介电常数，金属/金属纳米粒子流体薄膜半径，金属极板和金属/金属纳米粒子流体薄膜间电势差，极板间距，其中极板间距即带电金属板和基板上的金属薄膜之间的距离。根据以上公式和原理，设置合理的电压和电极板间距可以得到不同大小的静电场力以满足脱模力的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属图形直接压印转移掩模板基板静电场力分离装置，能够避免解决介质层部分区域的破碎问题，提高转移图形的保真度，保持转移介质与基板的较好附着力，可有效延长掩模板的使用寿命，避免基板转移图形因为应力不均匀而导致的功能器件损坏。 
本发明采用下述技术方案： 
一种金属图形直接压印转移掩模板基板静电场力分离装置，包括气浮滑轨，气浮滑轨通过气浮滑轨支架设置在底座上，气浮滑轨上设置有多个气孔，气孔通过连接管连接充气泵，气浮滑轨上设置有3个滑块，滑块通过连接杆连接基座，基座连接绝缘电木，3个滑块上的绝缘电木上依次设置有金属电极和两个相对的金属真空吸盘，设置有金属电极的滑块和中间的滑块上均设置有滑块锁死装置，金属真空吸盘表面设置有软橡胶层，软橡胶层和金属真空吸盘上设置有连通的气体通道连接抽气泵。
所述的滑块锁死装置为滑块锁死螺杆。 
所述的金属电极为圆形平板电极。 
所述的连接杆为金属连接杆，所述基座为金属基座。 
所述的气浮滑轨截面为正三角形。 
所述的气浮滑轨两端设置有薄橡胶阻尼区。 
所述的绝缘电木上设置有用于固定金属电极或金属真空吸盘的螺孔。 
还包括控制面板，控制面板控制连接充气泵与抽气泵。 
本发明利用静电场力实现掩模板和基板的分离，能够避免解决介质层部分区域的破碎问题，提高转移图形的保真度，保持转移介质与基板的较好附着力，可有效延长掩模板的使用寿命，避免基板图形因为应力不均匀而导致的功能器件损坏，结构简单，易于实现。 
附图说明
图1为本发明的结构示意图； 
图2为本发明所述设置有滑块锁死装置的滑块结构示意图；
图3为本发明所述金属电极的连接结构示意图；
图4为本发明所述金属真空吸盘的连接结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括截面为正三角形的气浮滑轨1，气浮滑轨1通过气浮滑轨支架2设置在底座16上，气浮滑轨1两端设置有薄橡胶阻尼区3，气浮滑轨1上设置有多个气孔4，气孔4通过连接管连接充气泵5，气浮滑轨1上设置有3个滑块6，滑块6通过金属连接杆7连接金属基座8，金属基座8连接绝缘电木9，3个滑块6上的绝缘电木9分别通过螺孔19依次连接金属电极10和两个相对的金属真空吸盘11，金属电极10为圆形平板电极，金属真空吸盘11表面设置有软橡胶层12，软橡胶层12和金属真空吸盘11上设置有连通的气体通道连接抽气泵13。设置有金属电极10的滑块6和中间的滑块6上均设置有滑块锁死螺杆14。本发明还包括控制面板15，控制面板15控制连接充气泵5与抽气泵13。 
如图2所示，本发明所述的滑块6上设置有滑块锁死螺杆14，金属连接杆7两端设置有螺纹，分别与滑块6和金属基座8连接。 
如图3所示，金属电极10利用金属电极固定装置17和螺孔19连接在绝缘电木9上，绝缘电木9连接金属基座8，金属基座8上还设置有用于连接金属连接杆7的金属连接杆螺孔18。 
如图4所示，金属真空吸盘11表面设置有软橡胶层12，金属真空吸盘11通过螺孔19连接在绝缘电木9上，绝缘电木9连接金属基座8，金属基座8上还设置有用于连接金属连接杆7的金属连接杆螺孔18，软橡胶层12和金属真空吸盘11上设置有连通的气体通道20。 
本发明在使用时，首先将已经完成压印图形转移的样品放到两个相对的金属真空吸盘11之间，样品为掩模板、金属纳米粒子介质层和基板所形成的三明治结构。然后通过控制面板15启动抽气泵13和充气泵5，抽气泵13通过软橡胶层12和金属真空吸盘11上设置的气体通道在软橡胶层12上形成负压，两个相对的金属真空吸盘11可利用负压分别对掩膜板和基板进行固定，金属真空吸盘11上设置的软橡胶层12可对样品起到保护作用。本实施例中，掩模板通过负压吸附在中间滑块6上设置的金属真空吸盘11上，此滑块6上设置有滑块锁死螺杆14；基板通过负压吸附在位于另一个滑块6上设置的金属真空吸盘11上，此滑块6上未设置滑块锁死螺杆14，掩模板与基板通过静电力吸附在一起。充气泵5启动后将通过连接管在气浮滑轨1上设置的多个气孔4处产生高压气流，高压气流可以使滑块6在气浮滑轨1上无摩擦滑动。当通过滑块锁死螺杆14固定好连接有金属电极10和吸附有掩模板的两个滑块6后，分别给金属电极10和样品中间的金属纳米粒子介质层带上相同极性电荷，即可利用电场斥力完成脱模。由于滑块6能够在气浮滑轨1上无摩擦滑动，电场斥力可使吸附有基板的滑块6向远端滑去，滑块6滑至薄橡胶阻尼区3时逐渐减速直至静止。分离后，金属纳米粒子层在基板上，取下掩模板和基板，即可进行后续工艺。本发明能够保证在脱模过程中，掩模板上不存在大的应力以及应力分布不均匀问题，能够解决介质层部分区域的破碎问题，提高转移图形的保真度，有效延长掩模板的使用寿命，保持转移介质与基板的较好附着力，避免基板图形因为应力不均匀而导致的功能器件损坏。 

Claims (8)

1.一种金属图形直接压印转移掩模板基板静电场力分离装置，其特征在于：包括气浮滑轨，气浮滑轨通过气浮滑轨支架设置在底座上，气浮滑轨上设置有多个气孔，气孔通过连接管连接充气泵，气浮滑轨上设置有3个滑块，滑块通过连接杆连接基座，基座连接绝缘电木，3个滑块上的绝缘电木上依次设置有金属电极和两个相对的金属真空吸盘，设置有金属电极的滑块和中间的滑块上均设置有滑块锁死装置，金属真空吸盘表面设置有软橡胶层，软橡胶层和金属真空吸盘上设置有连通的气体通道连接抽气泵。
2.根据权利要求1所述的金属图形直接压印转移掩模板基板静电场力分离装置，其特征在于：所述的滑块锁死装置为滑块锁死螺杆。
3.根据权利要求2所述的金属图形直接压印转移掩模板基板静电场力分离装置，其特征在于：所述的金属电极为圆形平板电极。
4.根据权利要求3所述的金属图形直接压印转移掩模板基板静电场力分离装置，其特征在于：所述的连接杆为金属连接杆，所述基座为金属基座。
5.根据权利要求4所述的金属图形直接压印转移掩模板基板静电场力分离装置，其特征在于：所述的气浮滑轨截面为正三角形。
6.根据权利要求5所述的金属图形直接压印转移掩模板基板静电场力分离装置，其特征在于：所述的气浮滑轨两端设置有薄橡胶阻尼区。
7.根据权利要求6所述的金属图形直接压印转移掩模板基板静电场力分离装置，其特征在于：所述的绝缘电木上设置有用于固定金属电极或金属真空吸盘的螺孔。
8.根据权利要求7所述的金属图形直接压印转移掩模板基板静电场力分离装置，其特征在于：还包括控制面板，控制面板控制连接充气泵与抽气泵。
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