CN103926789A - 纳米压印模板、系统以及压印方法 - Google Patents

纳米压印模板、系统以及压印方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米压印模板、系统以及压印方法。该纳米压印模板包括：对紫外光透明的第一基板；压印图形结构，形成在第一基板的第一表面上；加热部件，形成在第一基板的与第一表面相对的第二表面上，其中加热部件对紫外光透明；以及第一电极对，形成在第二表面上，用于将外部电源施加的电流提供给加热部件从而使加热部件产生热量。本发明的纳米压印模板和系统将紫外固化纳米压印技术和热塑纳米压印技术无缝融合在一起，具有设备体积小、成本低、工艺简单等优点。利用本发明的模板和系统进行热塑纳米压印时能够复制大面积微纳图形；利用本发明的模板和系统进行紫外光固化纳米压印时能够实现提高工艺吞吐量和减少图形复制缺陷的目的。

Description

纳米压印模板、系统以及压印方法
技术领域
本发明涉及纳米压印技术领域，尤其涉及一种纳米压印模板、系统以及压印方法。
背景技术
超高精度半导体表面图形化技术是微电子工艺中最核心、最尖端的技术。目前集成电路大规模制造中使用的主流表面图形化技术是193nm浸入式光刻技术和二次图形化技术。随着未来芯片特征尺寸的持续减小，现有光刻技术已不能满足下一代22nm半周期动态随机存取存储器和16nm半周期闪存的制造。
纳米压印技术是近年来在国际上迅速发展起来的微纳制造技术，以其超高图形精度（亚10nm）、工艺和设备简单、工艺吞吐量高等特点，备受学术界和工业界关注，被认为是下一代低成本、大规模制造纳米结构最有潜力的技术之一。纳米压印技术使用机械压印方式来复制微纳表面结构，根据工艺和使用材料的不同，通常分为热塑纳米压印和紫外固化纳米压印。
现有的热塑纳米压印设备采用全局加热的模式，使整个模板、基片及支撑样品的附属部件全部加热到压印温度。这样的设计存在一些重大的问题：1）因热传导的速度较慢，大质量的附属部件的升降温需要较长的时间，使热塑纳米压印一个周期的时间较长（10到20分钟），工艺吞吐量非常低。2）很难实现重复步进式热塑纳米压印和卷对卷热塑纳米压印。由于基片被整体加热，基片上不同微区之间发生热传导，会导致已经形成的微区图形重新熔融或坍塌，形成缺陷，影响图形向基片的转移。因此，现有的热塑纳米压印技术不适用于压印大面积微纳图形。虽然可以采用加大模板面积的方法，但这势必会导致受力和受热均匀性下降，同时模板制作难度和成本相应增加。3）加热大质量的附属部件所需能耗较高，因此现有的热塑纳米压印耗能较高。
适用于大面积图形复制的步进重复-曝光紫外光固化压印技术，通过采用小模板，每次压印一个小区域，然后移至下一区域重复压印，直至整个基片表面全部图形化。这种技术使生产率提高，成本降低，但是仍面临高图形复制缺陷率和低工艺吞吐量两个问题。压印模板和压印胶之间的粘结力导致脱模时压印胶撕裂或从基片脱落。尽管通过对模板和压印胶进行改性，纳米压印图形缺陷率已大大降低，但仍不能满足集成电路大规模工业生产的苛刻要求，特别是模板在复制几千份图形之后的图形缺陷率。目前，国际上先进的紫外固化纳米压印设备每小时能处理十几片硅片，这样的工艺吞吐量还达不到大规模集成电路制造需要的每小时60到200片硅片的工艺吞吐量。低工艺吞吐量将导致生产成本增加，抵消纳米压印技术的低成本优势。加快脱模速度可以增加工艺吞吐量，但是快的脱模速度导致模板和压印胶之间的粘附力增加，从而使图形复制缺陷率升高。因此，降低脱模时模板与压印胶之间的粘结力是同时解决图形复制缺陷和工艺吞吐量的有效途径。通常界面之间的粘结力随温度的升高而降低，因此提高脱模温度可有效降低模板和压印胶之间的粘结力。同时，在高于室温的条件下固化压印胶，固化速度会大大提高，压印胶固化更彻底，固化强度提高。因此，提高紫外纳米压印时的固化和脱模温度可以达到同时提高工艺吞吐量和减少图形复制缺陷的目的。
传统的热塑纳米压印和紫外固化纳米压印所需的配件不同，目前纳米压印设备都必需同时配备两个独立模块，来分别实现热塑和紫外固化纳米压印。这样会造成设备体积大、构造复杂、成本高，同时无法完成一些特殊的纳米压印工艺。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种纳米压印模板、系统以及压印方法，来解决背景技术中所涉及的问题中的一种或几种。
第一方面，本发明提供了一种纳米压印模板，其特征在于包括：
对紫外光透明的第一基板；
压印图形结构，形成在所述第一基板的第一表面上；
加热部件，形成在所述第一基板的与所述第一表面相对的第二表面上，其中所述加热部件对所述紫外光透明；以及
第一电极对，形成在所述第二表面上，用于将外部电源施加的电流提供给所述加热部件从而使所述加热部件产生热量。
可选地，所述加热部件布置为使得所述第一基板均匀受热。
可选地，所述加热部件为条状，蜿蜒分布在所述第二表面上，或者为平层状，铺设在所述第二表面上；所述第一电极对中的一个电极设置在所述第二表面的一侧，连接所述加热部件的一端，所述第一电极对的另一个电极设置在所述第二表面的另一侧，连接所述加热部件的另一端。
可选地，所述加热部件的材料为对所述紫外光透明的金属氧化物。
可选地，所述第一电极对的材料为对所述紫外光透明的金属氧化物。
可选地，所述第一电极对中的两个电极分别连接所述外部电源的正负极，所述外部电源能够调节提供给第一电极对的电流。
可选地，所述纳米压印模板还包括对紫外光透明的第二基板，其中所述第二基板用于固定所述第一基板，并且其中所述第二基板的与所述第二表面相对的表面上设置有第二电极对，所述第二电极对与所述第一电极对对应设置。
可选地，所述第一电极对中的两个电极分别通过所述第二电极对中对应的一个电极连接所述外部电源的正负极。
可选地，所述固定为机械固定或电磁固定。
可选地，所述纳米压印模板还包括磁性材料薄膜，形成在所述第二基板的与所述第二表面相对的表面上，用于在所述电流通过所述加热部件而形成电磁场时以电磁力将第一基板和第二基板吸合。
可选地，所述纳米压印模板还包括光扩散薄膜，设置在所述第二基板的与所述第二表面相背的表面上
第二方面，本发明提供了一种纳米压印系统，包括第一方面所述的纳米压印模板以及用于承载待压印基片的基片承载平台。
可选地，纳米压印系统还包括安装在基片承载平台上的热电致冷器，所述热电致冷器包括热电致冷控制电路和热电致冷平台，其中热电致冷平台与所述待压印基片相接触，热电致冷控制电路用于调节热电致冷平台的温度。
第三方面，本发明提供了一种利用第二方面所述的纳米压印系统进行压印的方法，包括步骤：
S100对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到预定温度，所述预定温度高于待压印基片上涂布的热塑压印胶的玻璃化转变温度；
S105将压印图形结构压印入所述热塑压印胶中；
S110对加热部件停止加热，冷却所述基片直至被压印区域固化；
S115将所述模板与所述热塑压印胶分离，被压印区域形成压印图形；以及
S120重复步骤S100-S115，直至整个基片完全图形化。
可选地，对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到预定温度的步骤包括
S1000通过所述外部电源控制施加到所述第一电极对的电流值来使得所述第一基板的温度达到预定温度。
可选地，对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到预定温度的步骤包括
S1000通过所述外部电源控制施加到所述第二电极对的电流值来使得所述第一基板的温度达到预定温度。
可选地，冷却所述基片的步骤包括
S1110通过热电致冷控制电路调节所述热电致冷平台的温度从而冷却所述基片。
第四方面，本发明提供了一种利用第二方面所述的纳米压印系统进行压印的方法，包括步骤：
S200对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到高于室温的预定温度；
S205将压印图形结构压印入紫外固化压印胶中；
S210从所述第一基板的第一表面侧入射紫外光，使得被压印区域在预定温度下固化；
S215将所述模板与所述紫外固化压印胶分离，被压印区域形成压印图形；以及
S220重复步骤S205-S215，直至整个基片完全图形化。
可选地，对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到预定温度的步骤包括
S2000通过所述外部电源控制施加到所述第一电极对的电流值来使得所述第一基板的温度达到预定温度。
可选地，对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到预定温度的步骤包括
S2000通过所述外部电源控制施加到所述第二电极对的电流值来使得所述第一基板的温度达到预定温度。
第五方面，本发明提供了一种利用第二方面所述的纳米压印系统进行压印的方法，其特征在于包括步骤：
S300将压印图形结构压印入紫外固化压印胶中；
S305从所述第一基板的第一表面侧入射紫外光；
S310对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到高于室温的预定温度，进而使得被压印区域在预定温度下固化；
S315将所述模板与所述紫外固化压印胶分离，被压印区域形成压印图形；
S318停止加热部件进行加热，以使第一基板冷却；以及
S320重复步骤S300-S315，直至整个基片完全图形化。
可选地，对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到预定温度的步骤包括
S3100通过所述外部电源控制施加到所述第一电极对的电流值来使得所述第一基板的温度达到预定温度。
可选地，对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到预定温度的步骤包括
S3100通过所述外部电源控制施加到所述第二电极对的电流值来使得所述第一基板的温度达到预定温度。
本发明通过采用带有可控热源的透明模板/系统，将紫外固化纳米压印技术和热塑纳米压印技术无缝融合在一起，可分别进行热塑纳米压印和紫外光固化纳米压印，也可以实现紫外光固化和热塑协同纳米压印，具有设备体积小、成本低、工艺简单等优点。
当本发明的带有可控热源的模板/系统用于热塑纳米压印时，对压印胶进行微区加热，实现利用步进重复式热塑纳米压印技术复制大面积微纳图形，拓宽了热塑纳米压印技术的适用范围，并使效率提高、成本降低。同时，节省能源，并可以减少由于模板、压印胶和基片之间热膨胀系数差异引起的缺陷。
当本发明的带有可控热源的模板/系统用于紫外光固化纳米压印时，利用模板对压印胶进行加热，压印胶在高于室温的条件下固化，使固化速度大大提高，显著减少曝光时间。压印胶固化更加彻底，固化强度提高，从而促进模板和压印胶的分离，减少图形复制缺陷。脱模时，模板和压印胶界面处温度高于室温，界面处粘附力较室温下脱模时显著减小，减少图形复制缺陷。同时，由于界面粘结力的降低，脱模速度可以大大提高，这也对提升工艺的吞吐量有很大帮助。因此，可以成功实现提高工艺吞吐量和减少图形复制缺陷的目的。
本发明还能对一些特殊材料实现热塑和紫外固化同步压印，如SU-8，可以同时实现高温和紫外光照射，一步压印并固化成型，大大简化处理这类材料的工艺流程，增加工艺灵活性。同时，本发明也为新型纳米压印胶的开发开辟了一个新的方向。新型纳米压印胶可同时对温度和紫外光反应，实现与传统热塑压印胶和紫外固化压印胶完全不同的特性。
进一步地，本发明采用热电致冷系统，可精确控温，对基片快速冷却，从而增加压印循环速度，大大提高热塑纳米压印的工艺吞吐量。热电致冷系统可产生低于环境的温度，因此本发明还适用于压印固化温度低于室温的材料，进一步拓宽传统热塑纳米压印技术的适用范围。
另外，采用电流和电压来实现模板的加热和基片的制冷，可通过精确控制电流与电压来精确控制模板与基片温度，为在纳米压印过程中精确控制温度这个重要工艺参数提供可行性，提升纳米压印结果的可重复性。
附图说明
现将参照附图解释示例。附图用于说明基本原理，因此仅图示了理解基本原理所必需的部件。附图并非依比例绘制。在附图中相同的附图标记表示相似的特征。
图1（a）-1（c）示出了根据本发明一个实施例的纳米压印模板；
图2示出了对图1（a）示出的纳米压印模板进行加热的示意图；
图3示出了图1（a）示出的纳米压印模板的变体；
图4示出了对图3所示的纳米压印模板进行加热的示意图；
图5示出了根据本发明一个实施例的纳米压印系统；
图6是利用本发明的纳米压印系统进行热塑纳米压印的方法流程图；
图7（a）-7（e）是图6所示的方法中各步骤对应的系统配置示意图；
图8是利用本发明的纳米压印系统进行紫外光固化纳米压印的方法流程图；
图9（a）-9（d）是图8所示的方法中各步骤对应的系统配置示意图；以及
图10是利用本发明的纳米压印系统进行紫外光固化纳米压印的另一方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
第一实施例
图1(a)-1(c)示出了根据本发明第一实施例的纳米压印模板10，其中图1（a）为纳米压印模板10的主视图；图1（b）-1（c）为纳米压印模板10的俯视图，示出了加热部件的两种布置方式。
如图1（a）所示，纳米压印模板10包括：对紫外光透明的第一基板100；压印图形结构105，形成在第一基板的第一表面（图中以X表示）上；加热部件110，形成在第一基板的与第一表面相对的第二表面（图中以Y表示）上，其中加热部件110对紫外光透明；以及第一电极对115，形成在第二表面上，用于将外部电源施加的电流提供给加热部件110从而使加热部件110产生热量。
其中，第一基板100可以由紫外透明性的双面抛光石英玻璃平板制成。压印图形结构105可以采用微纳加工技术（例如电子束图形化或干法刻蚀技术）加工出表面微纳突起而形成。加热部件110和第一电极对115的材料可以为对紫外光透明的金属氧化物（如ITO、IZnO、ZnO或InO等），并且可以通过薄膜沉积、光刻及干法或湿法刻蚀形成。第一基板100的第二表面需保持平整，以保证压印过程中压力均匀。
如图2所示，压印时通过由外部电源120在第一电极对115上加载电压，即第一电极对中的两个电极A/B分别连接外部电源120的正负极，外部电源能够调节提供给第一电极对的电流。加热部件通过电流，对第一基板100进行加热，温度可达到100℃或更高。第一基板100的第二表面上的加热部件110的形状、截面积大小和材料本身电导率将影响接通电流后热量的产生和最终的模板温度。可通过选择不同的沉积方式，获得不同的电阻值。通过优化加热部件的形状和密度，实现整个第一基板均匀受热。图1（b）给出了加热部件110的一种布置形式，如图1（b）所示，加热部件110为条状，蜿蜒分布在第二表面上。第一电极对中的一个电极A设置在第二表面的一侧，连接加热部件110的一端，第一电极对的另一个电极B设置在第二表面的另一侧，连接加热部件110的另一端。图1（c）给出了加热部件110的另一种布置形式，如图1（c）所示，加热部件110为平层状，铺设在第二表面上。第一电极对中的一个电极A设置在第二表面的一侧，连接加热部件110的一端，第一电极对的另一个电极B设置在第二表面的另一侧，连接加热部件110的另一端。当模板制作完成以后，纳米压印过程中第一基板110的温度可由加载的电流值来控制。由于电流的施加可以由外部电源精确控制，第一基板110的温度可精确控制到0.1°C的精度内，这是现有热塑纳米压印设备达不到的精度。因为附属部件的存在，现有热塑纳米压印设备无法准确监测模板的实际温度，因而无法准确控制压印过程中的压印温度。
第二实施例
作为上述实施例中的纳米压印模板10的一种变体，如图3所示,纳米压印模板10还包括对紫外光透明的第二基板200，其中第二基板200具有以下两个作用：一是固定第一基板100，在第二基板支撑架的四周施加机械压力，可以提供纳米压印所需工作压力。固定可以通过机械或电磁两种方式固定。其中，对于电磁固定，纳米压印模板还包括磁性材料薄膜，形成在第二基板200的与第一基板的第二表面相对的表面（图中以W表示）上，用于在电流通过加热部件110而形成电磁场时以电磁力将第一基板100和第二基板200吸合。第二基板200的另一作用是通过将其上面集成的电极对与第一基板上的第一电极对通过直接接触相连，为第一基板100提供加热电流。具体地，第二基板200的与第一基板100的第二表面相对的表面上设置有第二电极对215，第二电极对215与第一电极对115对应设置。
在存在第二基板200的情况下，如图4所示，压印时通过由外部电源120在第二电极对215上加载电压，即第二电极对中的两个电极C/D分别连接外部电源120的正负极，第二电极对中的两个电极C/D再通过直接接触的第一电极对A/B将电流提供给加热部件110。外部电源120能够调节提供给第一电极对的电流。加热部件通过电流，对第一基板100进行加热，温度可达到100℃或更高。
紫外光源可由支撑架的上方导入，为保证入射紫外光的均匀性，在支撑架的紫外光入射一侧添加光扩散薄膜，即纳米压印模板还可以包括光扩散薄膜，设置在第二基板200的与第一基板100的第二表面相背的表面（图中以Z表示）上。
第三实施例
本发明还提供一种纳米压印系统，包括如第一实施例或第二实施例中所述的纳米压印模板10以及用于承载待压印基片20的基片承载平台30，如图4所示。注意，图4中示出的是包含第二实施例中的纳米压印模板10（即具有第二基板200）的情况。
与传统的纳米压印采用水冷或气冷方式不同，本发明可以在基片承载平台20上安装热电致冷器，对基片快速冷却，并可以精确控制冷却温度。另外，利用热电致冷器可以产生比环境还低的温度，因此可用于压印固化温度低于室温的压印胶。具体地，热电致冷器包括热电致冷控制电路（图中未示出）和热电致冷平台40，其中热电致冷平台40与待压印基片20相接触，热电致冷控制电路用于调节热电致冷平台40的温度。
第四实施例
本实施例给出了将本发明的纳米压印模板/系统应用于热塑纳米压印的方法。如图6所示，该方法包括如下步骤。
S100对加热部件进行加热以使得第一基板的温度达到预定温度，所述预定温度高于待压印基片上涂布的热塑压印胶的玻璃化转变温度。
在存在第二基板200的情况下，如图7（a）所示，对加热部件110进行加热以使得第一基板的温度达到预定温度的步骤包括
S1000通过外部电源120控制施加到第二电极对215的电流值来使得第一基板的温度达到预定温度。
在该步骤中，也可以使得包括第一基板100和第二基板200的整个模板都达到该预定温度。只不过，为了实现本发明的目的，仅仅需要使得第一基板达到该预定温度就足够了，这样做，同时还能够节约能量。
类似地，尽管没有以图示出，但本领域技术人员能够理解，在仅有第一基板100而没有第二基板200的情况下，对加热部件110进行加热以使得第一基板的温度达到预定温度的步骤包括：
S1000通过所述外部电源控制直接施加到第一电极对的电流值来使得第一基板的温度达到预定温度。
接着以图7（a）的结构为例继续说明。
S105将压印图形结构压印入所述热塑压印胶中。
如图7（b）所示，在第二基板的上表面四周施加一定机械压力，使压印图形结构105与热塑压印胶50接触，与模板接触的部分被加热熔融，并在压力的作用下填充模板上的压印图形结构105的凸出部之间的微纳空腔，直至充分填充模板上所有微纳空腔。
S110对加热部件停止加热，冷却所述基片直至被压印区域固化。
优选地，在存在本发明的热电致冷器的情况下，冷却基片20的步骤包括
如图7（c）所示，将加载在第二电极上的电压断开，并且通过热电致冷控制电路调节热电致冷平台40的温度从而冷却基片20，直至被压印区域彻底固化后，关掉热电制冷器。
S115将所述模板与所述热塑压印胶分离，被压印区域形成压印图形，如图7（d）所示。
S120重复步骤S100-S115，直至整个基片完全图形化，如图7（e）所示。
步进重复的压印模式使压印工艺简化、成本降低、效率提高，适用于大面积图形复制。传统的热塑纳米压印将整个模板和基片全部加热，由于其技术本身的限制，无法精确的对压印胶局部加热，因此在采用步进重复模式压印时，由于基片被整体加热，当模板从上一个微区移到下一个微区时，已经形成上一个微区的图形重新熔融或坍塌，形成缺陷，因此无法实现步进重复式热塑纳米压印。本实施例的方法克服了上述问题，通过采用带有可控热源的模板，对压印胶进行微区加热，实现利用步进重复热塑纳米压印技术复制大面积图形，拓宽了热塑纳米压印技术的适用范围，并使效率提高、成本降低。同时，与传统的热塑纳米压印相比，本发明通过模板对压印胶进行微区加热，节省能源，并可以减少由于模板、压印胶和基片之间热膨胀系数差异引起的缺陷。
另外，本方法采用热电致冷器，可精确控温，对基片快速冷却，从而加快温度循环速度，提高压印循环速度，大大提升热塑纳米压印的工艺吞吐量。热电致冷器可产生低于环境的温度，因此本方法还适用于压印固化温度低于室温的材料，在这些材料上实现微纳图形，这将进一步拓宽传统热塑纳米压印技术的适用范围。
第五实施例
本实施例给出了将本发明的纳米压印模板/系统应用于紫外光固化纳米压印的方法。如图8所示，该方法包括如下步骤。
S200对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到高于室温的预定温度，例如60℃到80℃。
在存在第二基板200的情况下，如图9（a）所示，对加热部件110进行加热以使得第一基板的温度达到高于室温的预定温度的步骤包括
S2000通过外部电源120控制施加到第二电极对215的电流值来使得第一基板的温度达到高于室温的预定温度。
在该步骤中，也可以使得包括第一基板100和第二基板200的整个模板都达到该预定温度。只不过，为了实现本发明的目的，仅仅需要使得第一基板达到该预定温度就足够了，这样做，同时还能够节约能量。
类似地，尽管没有以图示出，但本领域技术人员能够理解，在仅有第一基板而没有第二基板的情况下，对加热部件进行加热以使得第一基板的温度达到高于室温的预定温度的步骤包括
S2000通过外部电源控制直接施加到第一电极对的电流值来使得第一基板的温度达到高于室温的预定温度。
接着以图9（a）的结构为例继续说明。
S205将压印图形结构压印入紫外固化压印胶中。
如图9（b）所示，在第二基板的上表面（图中以Z表示）四周施加一定机械压力，使压印图形结构105与紫外固化压印胶60接触，在压力的作用下填充模板上的压印图形结构105的凸出部分之间的微纳空腔，直至充分填充模板上所有微纳空腔。
S210从所述第一基板的第一表面侧入射紫外光，使得被压印区域在预定温度下固化。
在图中以Z示出的表面一侧照射紫外光，如图9（b）中箭头所示。如上所述，第一基板100和第二基板200均为紫外透明性，加热部件也为紫外透明性，因此紫外光可射入紫外固化压印胶内，对紫外固化压印胶进行固化。此时，与模板接触的紫外固化压印胶区域被模板加热，在高于室温的条件下固化。
S215将所述模板与所述紫外固化压印胶分离，被压印区域形成压印图形。如图9（c）所示，压印胶彻底固化后，将模板与压印胶60以一定速度分离，此时由于模板和压印胶60界面处温度高于室温，因此界面处粘附力较室温下分离时显著下降，从而使模板和压印胶60顺利分离，在压印胶60中形成完整的微纳结构。
S120重复步骤S205-S215，直至整个基片完全图形化，如图9（d）所示。
第六实施例
本实施例是第五实施例的一种变体。如图10所示，该方法包括如下步骤。
S300将压印图形结构压印入紫外固化压印胶中。
在第二基板的上表面四周施加一定机械压力，使压印图形结构与紫外固化压印胶接触，在压力的作用下填充模板上的压印图形结构的凸出部分之间的微纳空腔，直至充分填充模板上所有微纳空腔。
S305从第一基板的第一表面侧入射紫外光。
如上所述，第一基板和第二基板均为紫外透明性，加热部件也为紫外透明性，因此紫外光可射入紫外固化压印胶内。
S310对加热部件进行加热以使得第一基板的温度达到高于室温的预定温度（例如60℃到80℃），进而使得被压印区域在预定温度下固化。
在存在第二基板的情况下，对加热部件进行加热以使得第一基板的温度达到高于室温的预定温度的步骤包括
S3100通过外部电源控制施加到第二电极对的电流值来使得第一基板的温度达到高于室温的预定温度。
在该步骤中，也可以使得包括第一基板100和第二基板200的整个模板都达到该预定温度。只不过，为了实现本发明的目的，仅仅需要使得第一基板达到该预定温度就足够了，这样做，同时还能够节约能量。
类似地，尽管没有以图示出，但本领域技术人员能够理解，在仅有第一基板而没有第二基板的情况下，对加热部件进行加热以使得第一基板的温度达到高于室温的预定温度的步骤包括
S3100通过外部电源控制直接施加到第一电极对的电流值来使得第一基板的温度达到高于室温的预定温度。
S315将所述模板与所述紫外固化压印胶分离，被压印区域形成压印图形。
压印胶彻底固化后，将模板与压印胶以一定速度分离，此时由于模板和压印胶界面处温度高于室温，因此界面处粘附力较室温下分离时显著下降，从而使模板和压印胶顺利分离，在压印胶中形成完整的微纳结构。
S318停止加热部件进行加热，以使第一基板冷却。
S320重复步骤S300-S315，直至整个基片完全图形化。
该实施例是先将模板表面微纳图形压入压印胶后，进行紫外曝光后，再给模板施加电压，给模板及压印胶加热。这样做可以避免有些压印胶受温度影响而改变其光固化特性。独立加热和曝光为纳米压印工艺带来了极大的灵活性。
传统紫外固化压印技术中，每次压印都需要一定的紫外曝光时间。考虑到完成8英寸或12英寸硅片需要上百次的压印、曝光和脱模，若能减少曝光时间和加快脱模速度将能大大提升工艺的吞吐量。通常固化速度与温度呈指数关系，因此将温度升高到60℃到80℃，可以将固化速度提高几十倍。第五和第六实施例通过模板进行加热，使压印胶在高于室温的条件下固化，使固化速度大大提高，显著减少曝光时间。与传统紫外固化纳米压印相比，可以提高工艺的速度。同时，在高于室温下，压印胶固化更彻底，固化强度提高，从而促进模板和压印胶的分离，减少图形复制缺陷。通常界面之间的粘结力随温度的升高而降低，因此在高于室温的温度下脱模，可有效降低模板与压印胶之间的粘结力，减少图形复制缺陷。同时，由于界面粘结力的降低，脱模速度可以大大提高，这也对提升工艺的吞吐量有很大帮助。因此，本实施例通过采用带有可控热源的模板，可以成功实现提高紫外光压印工艺吞吐量和减少图形复制缺陷的双重目的。
另外，本发明的纳米压印模板/系统还能对一些特殊材料实现热塑和紫外固化同步压印，如SU-8，可以同时实现高温和紫外光照射，一步压印并固化成型，大大简化处理这类材料的工艺流程。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种纳米压印模板，其特征在于包括：
对紫外光透明的第一基板；
压印图形结构，形成在所述第一基板的第一表面上；
加热部件，形成在所述第一基板的与所述第一表面相对的第二表面上，其中所述加热部件对所述紫外光透明；以及
第一电极对，形成在所述第二表面上，用于将外部电源施加的电流提供给所述加热部件从而使所述加热部件产生热量。
2.根据权利要求1所述的纳米压印模板，其特征在于
所述加热部件布置为使得所述第一基板均匀受热。
3.根据权利要求2所述的纳米压印模板，其特征在于
所述加热部件为条状，蜿蜒分布在所述第二表面上，或者为平层状，铺设在所述第二表面上；
所述第一电极对中的一个电极设置在所述第二表面的一侧，连接所述加热部件的一端，所述第一电极对的另一个电极设置在所述第二表面的另一侧，连接所述加热部件的另一端。
4.根据权利要求3所述的纳米压印模板，其特征在于
所述加热部件的材料为对所述紫外光透明的金属氧化物。
5.根据权利要求1所述的纳米压印模板，其特征在于
所述第一电极对的材料为对所述紫外光透明的金属氧化物。
6.根据权利要求1所述的纳米压印模板，其特征在于所述第一电极对中的两个电极分别连接所述外部电源的正负极，所述外部电源能够调节提供给第一电极对的电流。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的纳米压印模板，其特征在于所述纳米压印模板还包括对紫外光透明的第二基板，其中所述第二基板用于固定所述第一基板，并且其中所述第二基板的与所述第二表面相对的表面上设置有第二电极对，所述第二电极对与所述第一电极对对应设置。
8.根据权利要求7所述的纳米压印模板，其特征在于所述第一电极对中的两个电极分别通过所述第二电极对中对应的一个电极连接所述外部电源的正负极。
9.根据权利要求7所述的纳米压印模板，其特征在于所述固定为机械固定或电磁固定。
10.根据权利要求9所述的纳米压印模板，其特征在于所述纳米压印模板还包括磁性材料薄膜，形成在所述第二基板的与所述第二表面相对的表面上，用于在所述电流通过所述加热部件而形成电磁场时以电磁力将第一基板和第二基板吸合。
11.根据权利要求7所述的纳米压印模板，其特征在于所述纳米压印模板还包括光扩散薄膜，设置在所述第二基板的与所述第二表面相背的表面上。
12.一种纳米压印系统，其特征在于包括根据权利要求1-11中任一项所述的纳米压印模板以及用于承载待压印基片的基片承载平台。
13.根据权利要求12所述的纳米压印系统，其特征在于还包括安装在基片承载平台上的热电致冷器，所述热电致冷器包括热电致冷控制电路和热电致冷平台，其中热电致冷平台与所述待压印基片相接触，热电致冷控制电路用于调节热电致冷平台的温度。
14.一种利用权利要求12所述的纳米压印系统进行压印的方法，其特征在于包括步骤：
S100对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到预定温度，所述预定温度高于待压印基片上涂布的热塑压印胶的玻璃化转变温度；
S105将压印图形结构压印入所述热塑压印胶中；
S110对加热部件停止加热，冷却所述基片直至被压印区域固化；
S115将所述模板与所述热塑压印胶分离，被压印区域形成压印图形；以及
S120重复步骤S100-S115，直至整个基片完全图形化。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于在利用权利要求6所述的纳米压印模板时，对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到预定温度的步骤包括
S1000通过所述外部电源控制施加到所述第一电极对的电流值来使得所述第一基板的温度达到预定温度。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于在利用权利要求8所述的纳米压印模板时，对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到预定温度的步骤包括
S1000通过所述外部电源控制施加到所述第二电极对的电流值来使得所述第一基板的温度达到预定温度。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于在利用权利要求13所述的纳米压印系统时，冷却所述基片的步骤包括
S1110通过热电致冷控制电路调节所述热电致冷平台的温度从而冷却所述基片。
18.一种利用权利要求12所述的纳米压印系统进行压印的方法，其特征在于包括步骤：
S200对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到高于室温的预定温度；
S205将压印图形结构压印入紫外固化压印胶中；
S210从所述第一基板的第一表面侧入射紫外光，使得被压印区域在预定温度下固化；
S215将所述模板与所述紫外固化压印胶分离，被压印区域形成压印图形；以及
S220重复步骤S205-S215，直至整个基片完全图形化。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于在利用权利要求6所述的纳米压印模板时，对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到高于室温的预定温度的步骤包括
S2000通过所述外部电源控制施加到所述第一电极对的电流值来使得所述第一基板的温度达到高于室温的预定温度。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于在利用权利要求8所述的纳米压印模板时，对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到高于室温的预定温度的步骤包括
S2000通过所述外部电源控制施加到所述第二电极对的电流值来使得所述第一基板的温度达到高于室温的预定温度。
21.一种利用权利要求12所述的纳米压印系统进行压印的方法，其特征在于包括步骤：
S300将压印图形结构压印入紫外固化压印胶中；
S305从所述第一基板的第一表面侧入射紫外光；
S310对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到高于室温的预定温度，进而使得被压印区域在预定温度下固化；
S315将所述模板与所述紫外固化压印胶分离，被压印区域形成压印图形；
S318停止对加热部件进行加热，以使所述第一基板冷却；以及
S320重复步骤S300-S315，直至整个基片完全图形化。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于在利用权利要求6所述的纳米压印模板时，对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到预定温度的步骤包括
S3100通过所述外部电源控制施加到所述第一电极对的电流值来使得所述第一基板的温度达到预定温度。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于在利用权利要求8所述的纳米压印模板时，对加热部件进行加热以使得所述第一基板的温度达到预定温度的步骤包括
S3100通过所述外部电源控制施加到所述第二电极对的电流值来使得所述第一基板的温度达到预定温度。
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Application publication date: 20140716

Assignee: Shenzhen diaotou Technology Co.,Ltd.

Assignor: SOUTH University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA

Contract record no.: X2021980002191

Denomination of invention: Nano imprinting template, system and imprinting method

Granted publication date: 20160420

License type: Exclusive License

Record date: 20210329