DE112016004025T5 - Device for full-surface nano-embossing of a large wafer and associated embossing method - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Einrichtung zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers und ein zugehöriges Prägeverfahren. Die Einrichtung umfasst einen oberen Kammerkörper und einen unteren Kammerkörper, wobei der untere Kammerkörper durch eine Verschiebung nach oben und unten unter Antrieb von einem ersten Hubmechanismus den oberen Kammerkörper berührt oder davon getrennt wird, wobei im untersten Teil des oberen Kammerkörpers eine elastische Form zum Prägen vorgesehen und innerhalb der unteren Kammer ein Wafer-Chuck horizontal angeordnet ist, in dessen unterstem Teil ein zweiter Hubmechanismus vorgesehen ist, wobei in der Kammerwand des oberen Kammerkörpers eine mit einer Druckleitung flexibel verbundene Lufteintrittsöffnung des oberen Kammerkörpers, in der Kammerwand des unteren Kammerkörpers eine sowohl mit einer Vakuumleitung als auch mit der Druckleitung flexibel verbundene Lufteintrittsöffnung des unteren Kammerkörpers und in dem Wafer-Chuck eine mit der Vakuumleitung verbundene Wafer-Chuck-Lufteintrittsöffnung ausgebildet ist, wobei die Einrichtung ferner eine Belichtungsquelle umfasst. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich vorteilhafterweise dadurch aus, dass mit der vorliegenden Erfindung eine effiziente und kostengünstige Serienfertigung einer großflächigen Mikro-Nanometerstruktur mit einem ultragroßen, zerbrechlichen und nicht flachen Substrat verwirklicht wird, womit eine industrietaugliche Lösung für die Herstellung einer großen, Wafer-basierten, großflächigen Mikro-Nanometerstruktur bereitgestellt wird.The present invention discloses a device for whole-area nano-embossing of a large wafer and an associated embossing method. The device comprises an upper chamber body and a lower chamber body, wherein the lower chamber body is touched or separated from the upper chamber body by being displaced up and down by a first lifting mechanism, wherein an elastic embossing die is provided in the lowermost part of the upper chamber body and within the lower chamber, a wafer chuck is arranged horizontally, in the lower part of a second lifting mechanism is provided, wherein in the chamber wall of the upper chamber body flexibly connected to a pressure line air inlet opening of the upper chamber body, in the chamber wall of the lower chamber body with both a vacuum line as well as with the pressure line flexibly connected air inlet opening of the lower chamber body and in the wafer chuck connected to the vacuum line wafer chuck air inlet opening is formed, wherein the device further comprises an exposure source t. The present invention is advantageously characterized in that the present invention realizes an efficient and cost-effective mass production of a large-area micro-nanometer structure with an ultra-large, fragile and non-flat substrate, thus providing an industrial solution for the production of a large, wafer-based, large-scale micro-nanometer structure is provided.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers und ein zugehöriges Prägeverfahren, insbesondere ein Verfahren zur effizienten und kostengünstigen Serienfertigung einer großflächigen Mikro-Nanometerstruktur und gehört zu dem Bereich der Herstellung von Mikro-Nanometerstrukturen.The present invention relates to a device for whole-area nano-embossing of a large wafer and an associated embossing method, in particular a method for the efficient and cost-effective mass production of a large-area micro-nanometer structure and belongs to the field of producing micro-nanometer structures.
Technischer HintergrundTechnical background
Als eine neuartige Technik zur Herstellung einer Mikro-Nanometerstruktur zeichnet sich die Nanoprägelithografie (Nanoimprint Lithography, NIL) gegenüber der herkömmlichen Projektionslithographie- und Zukunftslithographie-Technik durch hohe Definition, geringe Kosten (bei NIL ähnlichen Herstellungsprozesses mindestens um eine Größenordnung verringert gegenüber herkömmlicher optischer Projektionslithographie nach der Beurteilung durch internationale Institution mit Autorität) und hohe Produktivität, sowie vorteilhafterweise durch die Fähigkeit zur Herstellung großflächiger, komplizierter, dreidimensionaler Mikro-Nanometerstruktur und die Musterbildung eines nicht flachen Substrats, insbesondere die Möglichkeit zum Verwirklichen eines Nanoprägens auf Wafer-Ebene auf einem nicht flachen (gebogene, verkrümmte oder stufenartige Struktur), gewölbten und zerbrechlichen Substrat mit Hilfe eines weichen UV-Nanoprägeverfahrens und die Fähigkeit zur kontinuierlichen Musterbildung wie beim Walzprägeverfahren aus. Das ganzflächige Wafer-Nanoprägen ermöglicht eine ganzflächige Musterbildung eines Wafers mit einem einzigen Schritt (also eine Musterbildung auf Wafer-Ebene) und zeichnet sich vorteilhafterweise durch hohe Prägeeffizienz, geringe Kosten und das Vermeiden zusammengefügter Musters aus, was für breite Anwendungsaussichten und großes Marktpotential auf den Gebieten LED-Musterbildung, optische Instrumente auf Wafer-Ebene und hochauflösende Anzeigefelder sorgt.As a novel technique for producing a micro-nanometer structure, nanoimprint lithography (NIL) over conventional projection lithography and future lithography technology is characterized by high definition, low cost (at NIL-like manufacturing process, at least an order of magnitude lower than conventional optical projection lithography the judgment by an international institution with authority) and high productivity, and advantageously by the ability to produce large-scale, complicated, three-dimensional micro-nanometer structure and patterning of a non-flat substrate, in particular the possibility of realizing wafer-level nanoimprinting on a non-flat surface (curved, curved or step-like structure), curved and fragile substrate using a soft UV nanoprinting process and the ability to continuously pattern g as in the roll stamping process. Whole-area wafer nanoprocessing allows for full-surface patterning of a single-step wafer (wafer-level patterning), and is advantageously characterized by high embossing efficiency, low cost, and avoiding mismatched patterns, which has broad application prospects and market potential Fields LED patterning, optical instruments at wafer level and high-resolution display panels ensures.
Bei der offenlegten Patentschrift
Um die wachsende Anforderung an Mikro-Nanometer-Musterbildung großer Wafer auf den Gebieten LED-Musterbildung, optische Instrumente auf Wafer-Ebene und hochauflösende Anzeigefelder zu erfüllen, ist die Entwicklung eines neuen Verfahrens und einer neuen Technik zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers dringend notwendig, um die Beschränkung bei dem Nanoprägen eines Wafers mit einem Durchmesser von 8 Zoll und höher aufzuheben.In order to meet the growing demand for micro-nano patterning of large wafers in the fields of LED patterning, wafer-level optical instruments, and high-resolution display panels, it is urgently necessary to develop a new process and technique for whole-surface nanoprocessing of a large wafer. to remove the limitation on the nano-embossing of a wafer with a diameter of 8 inches and higher.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Lösen des Problems bei der Mikro-Nanometer-Musterbildung eines großen Wafers eine Einrichtung zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers und ein zugehöriges Prägeverfahren bereitzustellen, womit eine effiziente und kostengünstige Musterbildung auf Wafer-Ebene mit einem großen Substrat verwirklicht wird.It is an object of the present invention to provide a device for whole-area nano-embossing of a large wafer and an associated embossing method for solving the problem of micro-nanopatterning a large wafer, thus providing efficient and inexpensive wafer-level patterning with a large substrate is realized.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch folgende Ausgestaltung:According to the invention, the object is achieved by the following configuration:
Eine Einrichtung zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers, die einen oberen Kammerkörper mit einer darin angeordneten oberen Kammer und einen unteren Kammerkörper mit einer darin angeordneten unteren Kammer umfasst, wobei der untere Kammerkörper durch eine Verschiebung nach oben und unten unter Antrieb von einem ersten Hubmechanismus den oberen Kammerkörper berührt oder davon getrennt wird, wobei im untersten Teil des oberen Kammerkörpers eine elastische Form zum Prägen vorgesehen und innerhalb der unteren Kammer ein Wafer-Chuck horizontal angeordnet ist, in dessen unterstem Teil ein zweiter Hubmechanismus vorgesehen ist, wobei in der Kammerwand des oberen Kammerkörpers eine mit einer Druckleitung flexibel verbundene Lufteintrittsöffnung des oberen Kammerkörpers, in der Kammerwand des unteren Kammerkörpers eine sowohl mit einer Vakuumleitung als auch mit der Druckleitung flexibel verbundene Lufteintrittsöffnung des unteren Kammerkörpers und in dem Wafer-Chuck eine mit der Vakuumleitung verbundene Wafer-Chuck-Lufteintrittsöffnung ausgebildet ist, wobei die Einrichtung ferner eine Belichtungsquelle umfasst. Über die Druckleitung und die Vakuumleitung ein Prägen einfach und kostengünstig ermöglicht wird, wobei mit Hilfe einer Druckdifferenz ein kontinuierliche, abblätternde Entformung ausgehend von dem äußeren Rand des Wafers bis zu dessen Mittelpunkt einfache, kostengünstig und effizient verwirklicht wird, wobei die geringen Entformkraft für eine kleine Beschädigung der Form und der Prägestruktur sowie eine verlängerte Lebensdauer der Form sorgt und mit der Lufteintrittsöffnung des Wafer-Chucks über die Vakuumleitung eine Unterdruckumgebung zum Erleichtern des Ansaugens eines Wafers hergestellt wird.An apparatus for whole-area nano-embossing of a large wafer, comprising an upper chamber body with an upper chamber disposed therein and a lower chamber body with a lower chamber disposed therein, wherein the lower chamber body by moving from a first lifting mechanism to the upper Chamber body is touched or separated, wherein in the lowest part of the upper chamber body provided an elastic shape for embossing and within the lower chamber, a wafer Chuck is arranged horizontally, in the lower part of a second lifting mechanism is provided, wherein in the chamber wall of the upper chamber body an air inlet opening of the upper chamber body flexibly connected to a pressure line, in the chamber wall of the lower chamber body a flexible air inlet opening of the lower chamber body and in the wafer Chuck egg both with a vacuum line and with the pressure line ne connected to the vacuum line Wafer Chuck air inlet opening is formed, wherein the device further comprises an exposure source. About the pressure line and the vacuum line embossing is made possible easily and inexpensively, with the help of a pressure difference, a continuous, flaking demolding starting from the outer edge of the wafer to its center is simple, inexpensive and efficiently realized, the low Entformkraft for a small Damage to the mold and embossing structure as well as prolonged mold life is provided and a vacuum environment for facilitating the suction of a wafer is established with the air inlet of the wafer chuck via the vacuum line.
Ferner ist vorgesehen, dass der Wafer-Chuck über eine Arbeitsplattform innerhalb der unteren Kammer befestigt ist, welche Arbeitsplattform den Mittelpunkt des unteren Kammerkörpers vertikal durchsetzt, wobei der zweite Hubmechanismus an dem Mittelpunkt der Arbeitsplattform befestigt ist und eine Verschiebung des Wafer-Chucks nach oben und unten unter Antrieb von dem zweiten Hubmechanismus bewirkt wird.It is further contemplated that the wafer chuck is mounted over a work platform within the lower chamber, which work platform vertically penetrates the center of the lower chamber body, the second lifting mechanism being attached to the midpoint of the work platform, and a wafer chuck upwards and is effected under the drive of the second lifting mechanism.
Ferner ist vorgesehen, dass auf dem Wafer-Chuck ein Wafer befestigt ist, dessen Oberfläche mit einem Prägematerial beschichtet ist.Furthermore, it is provided that a wafer is fixed on the wafer chuck, the surface of which is coated with an embossing material.
Ferner ist vorgesehen, dass die Form von oben nach unten der Reihe nach eine Stützschicht und eine Musterschicht umfasst, wobei die Stützschicht an einer Außenseite ihrer oberen Oberfläche mit der unteren Oberfläche des oberen Kammerkörpers verbunden und an ihrer unteren Oberfläche über ein Kopplungsmittel-Material mit der Musterschicht befestigt ist, wobei aufgrund der Elastizität der Form eine geringe Prägekraft aufgebracht, eine gute konforme Berührung der Form und des Wafers sowie eine rechtzeitige Abführung eingeschlossener Luftblasen bei einem großflächigen Prägevorgang ermöglicht werden.It is further contemplated that the form comprises, from top to bottom, in turn, a support layer and a pattern layer, the support layer being connected to the lower surface of the upper chamber body at an outer surface of its upper surface and a coupling agent material at the lower surface thereof Pattern layer is attached, whereby due to the elasticity of the mold applied a low embossing force, a good conformal contact of the mold and the wafer and a timely discharge trapped air bubbles are made possible in a large-scale embossing process.
Ferner ist vorgesehen, dass an der oberen Oberfläche des oberen Kammerkörpers eine transparente Glasscheibe befestigt ist.It is further provided that a transparent glass pane is attached to the upper surface of the upper chamber body.
Ferner ist vorgesehen, dass die Belichtungsquelle oberhalb des oberen Kammerkörpers befestigt ist, womit eine schnelle und unmittelbare Aushärtung des Prägematerials ermöglicht wird.It is further provided that the exposure source is mounted above the upper chamber body, whereby a rapid and immediate curing of the embossing material is made possible.
Ferner ist vorgesehen, dass die Musterschicht aus einem transparenten Fluorpolymer-Material hergestellt ist und eine Dicke von 10µm bis 50µm aufweist.It is further provided that the pattern layer is made of a transparent fluoropolymer material and has a thickness of 10 .mu.m to 50 .mu.m.
Ferner ist vorgesehen, dass die Stützschicht transparent und hochflexibel ausgestaltet ist und eine Dicke von 100µm bis 500µm aufweist.It is further provided that the support layer is made transparent and highly flexible and has a thickness of 100 .mu.m to 500 .mu.m.
Ein Prägeverfahren für die Einrichtung zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers, das konkret folgende Verwendungsschritte umfasst:An embossing method for the device for the whole-area nano-embossing of a large wafer, which concretely comprises the following use steps:
Vorbehandlungsvorgangpretreatment process
Ansaugen eines Wafers, dessen Oberfläche mit einem Prägematerial beschichtet ist, mittels Unterdruck an dem Wafer-Chuck und Ansaugen der Form mittels Unterdruck an der Unterseite des oberen Kammerkörpers,Sucking a wafer, the surface of which is coated with an embossing material, by means of negative pressure on the wafer chuck and suction of the mold by means of negative pressure on the underside of the upper chamber body,
Bewegen des Wafer-Chucks unter Antrieb von dem zweiten Hubmechanismus über die Arbeitsplattform nach oben, bis sich ein Spalt von 1mm bis 2mm zwischen der oberen Oberfläche des Wafers und der Form bildet, und Verschieben des unteren Kammerkörpers nach oben durch den ersten Hubmechanismus zum Sicherstellen einer völligen Anlage des oberen Kammerkörpers und des unteren Kammerkörpers aneinander,Driving the wafer chuck up the work platform by drive from the second lift mechanism until a gap of 1mm to 2mm forms between the upper surface of the wafer and the mold, and moving the lower chamber body upwardly through the first lift mechanism to ensure a complete abutment of the upper chamber body and the lower chamber body to each other,
Prägevorgangembossing process
Vakuumsaugen von der Lufteintrittsöffnung des unteren Kammerkörpers über eine Vakuumleitung, um eine völlige Verformung der Form zu bewirken, und Beenden der Vakuumsaugung, wenn die bogenförmig verbogene und verformte Form an ihrem tiefsten Punkt den Wafer berührt,Vacuum sucking from the air inlet opening of the lower chamber body via a vacuum line to cause complete deformation of the mold, and stopping the vacuum suction when the arcuately bent and deformed mold touches the wafer at its lowest point,
Bewegen des Wafer-Chucks nach oben unter Antrieb von dem zweiten Hubmechanismus, bis die Form in eine horizontale Stellung versetzt wird,Moving the wafer chuck up under drive from the second lifting mechanism until the mold is placed in a horizontal position,
Luftzuführung durch die Lufteintrittsöffnung des oberen Kammerkörpers über die Druckleitung, um das Aufbringen eines gleichmäßigen Drucks auf den ganzen Wafer zu ermöglichen, und Beibehalten des Drucks für eine eingestellte Zeit,Supplying air through the upper chamber body air inlet opening via the pressure line to allow uniform pressure to be applied to the entire wafer, and maintaining the pressure for a set time,
Lösen der Verbindung zwischen der Druckleitung und der Lufteintrittsöffnung des oberen Kammerkörpers, so dass die Lufteintrittsöffnung des oberen Kammerkörpers mit der Atmosphäre verbunden ist und sich die Form allmählich zurückverformt,Releasing the connection between the pressure line and the air inlet opening of the upper chamber body, so that the air inlet opening of the upper chamber body is connected to the atmosphere and the mold gradually deforms back,
Härtungsvorgangcuring
Einschalten der Belichtungsquelle, so dass diese über die transparente Glasscheibe und die Form das Prägematerial zu dessen Aushärten belichtet, und Ausschalten der Belichtungsquelle nach Ablaufen einer eingestellten Belichtungszeit,Switching on the exposure source so that it illuminates the embossing material through the transparent glass pane and the mold to cure it, and switching off the exposure source after a set exposure time,
Entformvorgangmold removal
Verbinden der Lufteintrittsöffnung des unteren Kammerkörpers mit der Atmosphäre, um den Unterdruck zu lösen, und Verbinden der Lufteintrittsöffnung des unteren Kammerkörpers mit der Druckleitung zum Einleiten von Luft, so dass die Form und das Prägematerial an der Oberfläche des Wafers allmählich voneinander getrennt werden, und Beenden der Lufteinleitung, wenn unter Einwirkung einer Kraft nach oben sich die Form weiter verformt und einen nach oben gekrümmten Zustand einnimmt,Connecting the Air inlet opening of the lower chamber body with the atmosphere to release the negative pressure, and connecting the air inlet opening of the lower chamber body with the pressure line for introducing air, so that the shape and the embossing material on the surface of the wafer are gradually separated from each other, and stopping the air introduction when, under the action of a force upward, the shape deforms further and assumes an upward curved state,
Bewegen des Wafer-Chucks unter Antrieb von dem zweiten Hubmechanismus nach unten und Zurückkehren in seine Ausgangsposition,Moving the wafer chuck down the drive from the second lift mechanism and returning to its home position;
Verbinden der Lufteintrittsöffnung des unteren Kammerkörpers mit der Atmosphäre,Connecting the air inlet opening of the lower chamber body with the atmosphere,
Bewegen des unteren Kammerkörpers nach unten unter Antrieb von dem ersten Hubmechanismus und Zurückkehren in seine Ausgangsposition, Entfernen des geprägten Wafers von oberhalb des unteren Kammerkörpers aus, Auflegen eines neuen Wafers und Einleiten des nächsten Arbeitszyklus,Moving the lower chamber body down under drive from the first lifting mechanism and returning to its home position, removing the embossed wafer from above the lower chamber body, placing a new wafer, and initiating the next cycle of operation;
Nachbehandlungsvorgangpost-production operation
Isometrisches Ätzen des Prägematerials nach unten mittels eines herkömmlichen anisotropen Ätzverfahrens, Entfernen der Rückstandschicht, Kopieren der Mikro-Nanometer-Merkmalsstruktur der Form auf das Prägematerial,Isometric etching of the embossing material downwardly by a conventional anisotropic etching process, removing the residue layer, copying the micro-nanometer feature structure of the mold onto the embossing material,
Überführen der Musterschicht auf den Wafer mit Hilfe eines Ätzverfahrens (Nass-Ätzen oder Trocken-Ätzen) unter Verwendung des Musters auf dem Prägematerial als Maske, um eine Musterbildung auf Wafer-Ebene zu ermöglichen, oder alternativ dazu Überführen der Musterschicht auf ein anderes Funktionsmaterial mit Hilfe eines Lift-off-Verfahrens, um eine Musterbildung eines Funktionsmaterials zu verwirklichen.Transferring the pattern layer to the wafer by means of an etching process (wet etching or dry etching) using the pattern on the embossing material as a mask to enable wafer-level patterning or, alternatively, transferring the pattern layer to another functional material Help a lift-off process to realize a patterning of a functional material.
Ferner ist vorgesehen, dass im Schritt 2) und 4) der Prägevorgang und der Entformvorgang unter Heranziehung des Mittelpunkts der Form als Symmetrieachse erfolgen, so dass die Form eine gleichmäßige und symmetrische Kraft aufnimmt.It is further provided that in step 2) and 4) the embossing process and the Entformvorgang done using the center of the mold as the axis of symmetry, so that the shape receives a uniform and symmetrical force.
Die vorliegende Erfindung funktioniert nach dem folgenden Arbeitsprinzip: mit Hilfe der Umwandlung des negativen bzw. positiven Drucks der Form und der beiden Kammer in Kombination mit der Verschiebung des Wafer-Chucks nach oben und hinten wird ein Prägen mit einem sequenziellen Mikrokontakt-Prägen einer weichen Form und eines Wafers sowie einem gleichmäßig aufgebrachtem Druck ermöglicht, wobei nach der Aushärtung eine abblätternde Enformung erfolgt und ein Merkmalmuster der Form in einem einzigen Schritt auf ein auf dem Wafer aufgetragenes Prägematerial kopiert und überführt wird, womit ein ganzflächiges Prägen eines großen Wafers verwirklicht wird.The present invention works according to the following working principle: by means of the conversion of the negative or positive pressure of the mold and the two chambers in combination with the displacement of the wafer chuck upwards and backwards, embossing with a sequential microcontact embossing of a soft mold and a wafer and a uniformly applied pressure, wherein after the curing, a flaking Enformung takes place and a feature pattern of the mold is copied and transferred in a single step on an embossed on the wafer embossing material, whereby a full-surface embossing of a large wafer is realized.
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich vorteilhafterweise durch folgende Auswirkungen aus:
- (1) Durch die enge Zusammenwirkung der oberen Kammer, der weichen Form, der unteren Kammer, der Arbeitsplattform und des Luftleitungssystem (Druck- und Vakuumleitung) wird ein ganzflächiges Nanoprägen eines großen Wafers ermöglicht und der Nachteil bei dem bestehenden Verfahren zum ganzflächigen Nanoprägen eines Wafers überwunden. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich vorteilhafterweise durch einfachen Aufbau und Prozess, hohe Effizienz, geringe Kosten, hohe Genauigkeit geprägten Musters und geringen Mangel auf.
- (2) Bei dem Prägevorgang nach der vorliegenden Erfindung wird durch eine Verschiebung der Arbeitsplattform nach oben die verkrümmte und verformte Form flach geschoben, um ein Prägen mit einem allmählichen sequentiellen Mikrokontakt und Aufbringen eines Drucks ausgehend von dem Mittelpunkt der Form in Richtung deren Außenrands zu ermöglichen, wobei vorteilhafterweise eine einfache Struktur, eine hohe Effizienz, eine geringe aufgebrachte Prägekraft, eine gute konforme Berührung der Form und des Wafers und die Möglichkeit zum rechtzeitigen Abführen der bei einem großflächigen Prägevorgang eingeschlossenen Luftblasen verwirklicht werden, womit das Problem zum Beseitigen von Luftblasen bei großflächigem Nanoprägen gelöst wird.
- (3) Mit Hilfe einer weichen Form und eines gasunterstützt, gleichmäßig aufgebrachten Drucks werden eine großflächige, völlig konforme Berührung der Form und des Wafers und das gleichmäßige Aufbringen von Druck bei einem Prägevorgang eines großen, nicht flachen Wafers erzielt.
- (4) Sowohl der Prägevorgang als auch der Härtungsvorgang erfolgen bei einer Vakuumumgebung, womit die bei einem großflächigen Nanoprägevorgang eingeschlossenen und erzeugten Luftblasen völlig beseitigt werden können, was zum Beseitigen des Mangels der Luftblasen bei einem großflächigen Nanoprägevorgang, einem vorteilhafterweise schnellen Härtungsvorgang des Prägematerials und einer erhöhten Prägeeffizienz beiträgt.
- (5) Bei einem Prägevorgang wird ein durch die Form gleichmäßig auf den ganzen Wafer aufgebrachter Druck durch die Zusammenwirkung eines von dem positiven Druck der oberen Kammer nach unten auf die Form aufgebrachten gleichmäßigen Drucks mit einer von dem negativen Druck der unteren Kammer nach unten auf die Form aufgebrachten Vakuum-Ansaugkraft ermöglicht, wobei ein flüssiges, mittels von UV aushärtbares Prägematerial die Mikro-Nanometer-Merkmalstruktur der Form schnell und völlig ausfüllt, womit die Prägeeffizienz erhöht und der Mangel einer nicht völligen Füllung vermieden wird.
- (6) Bei der vorliegenden Erfindung wird eine kontinuierliche, abblätternde Entformung ausgehend von dem äußeren Rand des Wafers bis zu dessen Mittelpunkt mit Hilfe einer Druckdifferenz der oberen und unteren Kammer verwirklicht, was vorteilhafterweise zu einer einfachen, kostengünstigen und effizienten Entformung, einer geringen Entformkraft mit weniger Beschädigung der Form und der Prägestruktur, einer verlängerten Lebensdauer der Form und einer erhöhten Zurückverformungs-Genauigkeit und Qualität beiträgt.
- (7) Bei der Präge- und Entformvorgang nimmt die Form eine symmetrische und gleichmäßige Kraft auf und benötigt somit eine geringe Präge- und Entformkraft, was zu einer geringen Verformung und einer hohen Zurückverformungs-Genauigkeit der Form beiträgt.
- (8) Der Prägevorgang und der Entformvorgang erfolgen symmetrisch relativ zu dem Mittelpunkt der Form und somit gleichzeitig auf beiden Seiten der Form, was für eine hohe Produktivität sorgt.
- (9) Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine effiziente und kostengünstige Serienfertigung einer großflächigen Mikro-Nanometerstruktur mit einem ultragroßen, zerbrechlichen und nicht flachen Substrat, womit eine industrietaugliche Lösung für die Herstellung einer großen, Wafer-basierten, großflächigen Mikro-Nanometerstruktur bereitgestellt wird.
- (10) Die vorliegende Erfindung eignet sich für industrietaugliche Serienfertigung auf den Gebieten LED-Musterbildung, optische Instrumente auf Wafer-Ebene und hochauflösende Anzeigefelder, insbesondere für die Mikro-Nanometer-Musterbildung eines großen Wafers ohne zusammengefügtes Muster.
- (1) The close cooperation of the upper chamber, the soft mold, the lower chamber, the work platform, and the air duct system (pressure and vacuum piping) enables full-surface nanoprocessing of a large wafer, and the disadvantage of the existing method of whole-area nanoprocessing of a wafer overcome. The present invention is advantageously characterized by simple structure and process, high efficiency, low cost, high accuracy embossed pattern and low defect.
- (2) In the embossing process of the present invention, shifting the work platform upward shifts the warped and deformed shape flat to permit embossing with a gradual sequential microcontact and application of pressure from the center of the mold toward its outer edge , wherein advantageously a simple structure, a high efficiency, a low applied embossing force, a good conformal contact of the mold and the wafer and the possibility of timely discharge of trapped in a large-scale embossing process air bubbles are realized, thus the problem of eliminating air bubbles in a large area Nanoprägen is solved.
- (3) With the help of a soft mold and a gas-assisted, evenly applied pressure, a large-area, completely conformal contact of the mold and the wafer and the uniform application of pressure during a stamping process of a large, non-flat wafer are achieved.
- (4) Both embossing and curing are performed in a vacuum environment, whereby the air bubbles trapped and generated in a large-area nanoimprinting process can be completely eliminated, eliminating the shortage of air bubbles in a large-area nanoimprinting process, an advantageously rapid curing process of the embossing material, and so on contributes to increased stamping efficiency.
- (5) In an embossing operation, a pressure uniformly applied to the whole wafer by the mold is caused by the cooperation of a uniform pressure applied downward from the positive pressure of the upper chamber to the mold at a downward pressure from the negative pressure of the lower chamber Vacuum applied, whereby a liquid UV-curable embossing material Nanometer feature structure of the mold quickly and completely fills, which increases the embossing efficiency and the lack of a non-complete filling is avoided.
- (6) In the present invention, a continuous, flaking demolding from the outer edge of the wafer to its center by means of a pressure difference of the upper and lower chamber realized, which advantageously for a simple, inexpensive and efficient demolding, a low Entformkraft with less damage to the mold and embossed structure, prolonged mold life, and increased re-deformation accuracy and quality.
- (7) In the embossing and demolding operation, the mold takes on a symmetrical and uniform force and thus requires a small embossing and demoulding force, which contributes to a small deformation and a high back-deformation accuracy of the mold.
- (8) The embossing operation and the demolding operation are symmetrical relative to the center of the mold and thus simultaneously on both sides of the mold, providing high productivity.
- (9) The present invention enables efficient and inexpensive mass production of a large-area micro-nanometer structure with an ultra-large, fragile and non-flat substrate, thus providing an industry-ready solution for producing a large, wafer-based, large-scale micro-nanometer structure.
- (10) The present invention is suitable for industrial mass production in the fields of LED patterning, wafer-level optical instruments, and high-resolution display panels, particularly for the micro-nanometer patterning of a large wafer without a mated pattern.
Figurenlistelist of figures
Es zeigen
-
1 eine Einrichtung zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers nach der vorliegenden Erfindung in einer schematischen strukturellen Darstellung, -
2 eine Form nach der vorliegenden Erfindung in einer schematischen strukturellen Darstellung, -
3 einen Vorgang zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers nach der vorliegenden Erfindung in einem Ablaufdiagramm, -
4a einen Prozessschritt zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers nach der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung, -
4b einen Prozessschritt zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers nach der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung, -
4c einen Prozessschritt zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers nach der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung, -
4d einen Prozessschritt zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers nach der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung, -
4e einen Prozessschritt zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers nach der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung, -
4f einen Prozessschritt zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers nach der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung, -
4g einen Prozessschritt zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers nach der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung, -
4h einen Prozessschritt zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers nach der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung, -
4i einen Prozessschritt zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers nach der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung, -
4j einen Prozessschritt zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers nach der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung, -
4k einen Prozessschritt zum ganzflächigen Nanoprägen eines großen Wafers nach der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung,
-
1 a device for the whole-area nano-embossing of a large wafer according to the present invention in a schematic structural representation, -
2 a mold according to the present invention in a schematic structural representation, -
3 a process for the whole-area nano-embossing of a large wafer according to the present invention in a flow chart, -
4a a process step for the entire surface nanoimprinting of a large wafer according to the present invention in a schematic representation, -
4b a process step for the entire surface nanoimprinting of a large wafer according to the present invention in a schematic representation, -
4c a process step for the entire surface nanoimprinting of a large wafer according to the present invention in a schematic representation, -
4d a process step for the entire surface nanoimprinting of a large wafer according to the present invention in a schematic representation, -
4e a process step for the entire surface nanoimprinting of a large wafer according to the present invention in a schematic representation, -
4f a process step for the entire surface nanoimprinting of a large wafer according to the present invention in a schematic representation, -
4g a process step for the entire surface nanoimprinting of a large wafer according to the present invention in a schematic representation, -
4h a process step for the entire surface nanoimprinting of a large wafer according to the present invention in a schematic representation, -
4i a process step for the entire surface nanoimprinting of a large wafer according to the present invention in a schematic representation, -
4y a process step for the entire surface nanoimprinting of a large wafer according to the present invention in a schematic representation, -
4k a process step for the entire surface nanoimprinting of a large wafer according to the present invention in a schematic representation,
Konkrete AusführungsformenConcrete embodiments
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnungen des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung eine Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung klar und vollständig beschrieben.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described clearly and completely with reference to accompanying drawings of the embodiment of the present invention.
Der untere Kammerkörper
Für die Form
Bei dem Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung wird am Beispiel eines ganzflächigen Nanoprägevorgangs eines Wafers für 8-Zoll-LED (mit einem Durchmesser von ungefähr 200mm) aus GaN-basiertem photonischem Kristall (Mikrometer-Musterbildung LED-Epi-Wafer) unter Bezugnahme auf Ablaufdiagramme eines ganzflächigen Nanoprägevorgangs eines großen Wafers (z.B.
Einige konkrete Parameter bei dem Wafer
Der konkrete Vorgang läuft wie folgt ab:The concrete process is as follows:
Vorbehandlungsvorgangpretreatment process
Auftragen eines flüssigen, mittels von UV aushärtbaren Prägematerials
Bewegen des Wafer-Chucks
Prägevorgangembossing process
-
1. Verbinden der Lufteintrittsöffnung
301 des unteren Kammerkörpers mit einer Vakuumleitung, um in der unteren Kammer II eine Umgebung negativen Drucks aufzubauen, so dass unter Einwirkung einer Vakuum-Saugkraft sich die Form8 verbiegen und verformen, und Schließen der mit der Lufteintrittsöffnung301 des unteren Kammerkörpers verbundenen Vakuumleitung12 , wenn die bogenförmig verbogene und verformte Form an ihrem tiefsten Punkt80102 den Wafer5 berührt, wie sich aus4c ergibt,1. Connect the air inlet opening301 the lower chamber body with a vacuum line to build in the lower chamber II a negative pressure environment, so that under the influence of a vacuum suction force the shape8th bend and deform, and closing with theair inlet 301 the lower chamber body connectedvacuum line 12 when the arcuate bent and deformed shape at itslowest point 80102 thewafer 5 touched, as turned out4c reveals -
2. Bewegen des Wafer-Chucks
4 und des Wafers5 nach oben unter Antrieb vor Arbeitsplattform1 , Anheben des Wafer-Chucks4 und des Wafers5 von der ersten Prägeposition14 bis auf die zweite Prägeposition15 (die ganze Form wird in eine horizontale Stellung versetzt, um ein sequenzielles Mikrokontakt-Prägen ausgehend von dem Mittelpunkt des Wafers5 in Richtung seines äußeren Rands und eine völlige konforme Berührung des Wafers5 mit der Form8 zu ermöglichen, wie aus4d zu entnehmen ist,2. Move thewafer chuck 4 and thewafer 5 upwards under drive in front ofwork platform 1 , Lifting thewafer chuck 4 and thewafer 5 from thefirst stamping position 14 to the second embossing position15 (The entire mold is placed in a horizontal position to sequentially microcontact embossing from the center of thewafer 5 towards its outer edge and a complete conformal touch of thewafer 5 with the form8th to enable, as out4d it can be seen -
3. Verbinden der Lufteintrittsöffnung
902 des oberen Kammerkörpers mit einer Druckleitung13 , um einen Luftzufuhrvorgang einzuleiten, so dass in der oberen Kammer eine Umgebung positiven Drucks aufgebaut wird, wobei unter Zusammenwirkung einer durch den positiven Druck der oberen Kammer I nach unten gleichmäßig auf die Form aufgebrachten Prägedruck mit einer durch den negativen Druck der unteren Kammer II nach unten auf die Form8 aufgebrachten Vakuum-Saugkraft das Aufbringen eines gleichmäßigen Drucks durch die Form8 auf den ganzen Wafer5 zu ermöglichen, wobei das flüssige, mittels von UV aushärtbare Prägematerial6 schnell und völlig in die Mikro-Nanometer-Merkmalstruktur80101 der Form gefüllt wird, wie sich aus4e ergibt,3. Connect the air inlet opening902 of the upper chamber body with apressure line 13 to initiate an air supply operation so that a positive pressure environment is built up in the upper chamber, whereby an impression pressure applied to the mold uniformly downwards by the positive pressure of the upper chamber I coincides with that produced by the negative pressure of the lower chamber II down on the form8th applied vacuum suction force applying a uniform pressure through the mold8th on thewhole wafer 5 to allow the liquid, by means of UV-curable embossing material 6 quickly and completely into themicro-nanometer feature structure 80101 the shape is filled, as is4e reveals -
4. Schließen der Druckleitung
13 der Lufteintrittsöffnung902 des oberen Kammerkörpers nach Beibehalten des Drucks für 3s, Verbinden der Lufteintrittsöffnung902 des oberen Kammerkörpers mit der Atmosphäre, so dass in der oberen Kammer I ein Normaldruck (Atmosphärendruck) aufgebaut wird und sich die Form8 unter Einwirkung des Drucks völlig zurückverformt, wie aus4f zu entnehmen ist,4. Close thepressure line 13 the air inlet opening902 the upper chamber body after maintaining the pressure for 3s, connecting the air inlet opening902 of the upper chamber body with the atmosphere, so that in the upper chamber I, a normal pressure (atmospheric pressure) is built up and the shape8th completely deformed under pressure, as if from4f it can be seen
Härtungsvorgangcuring
-
1. Einschalten der Belichtungsquelle
11 , so dass die UV-Lichtquelle über die transparente Glasscheibe10 und die Form8 das Prägematerial6 zu dessen Aushärten belichtet,1. Turn on theexposure source 11 so that the UV light source is above thetransparent glass 10 and the shape8th the embossingmaterial 6 exposed to its curing, -
2. Ausschalten der Belichtungsquelle
11 nach Ablaufen einer Belichtungszeit von 5s und völliger Aushärtung des Prägematerials6 , wie sich aus4g ergibt,2. Turn off theexposure source 11 After expiration of an exposure time of 5s and complete curing of theembossing material 6 , as out4g reveals
Entformvorgang mold removal
-
1. Verbinden der Lufteintrittsöffnung
301 des unteren Kammerkörpers mit der Atmosphäre, um den Unterdruck zu lösen, Verbinden der Lufteintrittsöffnung301 des unteren Kammerkörpers mit der Druckleitung13 , so dass unter Einwirkung des Drucks die Form8 und das Prägematerial6 auf dem Wafer5 ausgehend von der äußersten Seite80103 der Form allmählich voneinander getrennt werden, bis die Form und das Prägematerial6 bis zu dem Mittelpunkt80102 der Form völlig voneinander getrennt werden, um eine quasi-abblätternde Entformung zu verwirklichen, wie aus4h zu entnehmen ist, und Schließen der Druckleitung13 der Lufteintrittsöffnung301 des unteren Kammerkörpers3 , wenn nach völliger Trennung der Form8 von dem Prägematerial6 unter Einwirkung einer Kraft der unteren Kammer II nach oben sich die Form8 weiter verformt und einen nach oben gekrümmten Zustand einnimmt, wie sich aus4i ergibt,1. Connect the air inlet opening301 the lower chamber body with the atmosphere to release the negative pressure, connecting the air inlet opening301 of the lower chamber body with thepressure line 13 , so that under the influence of pressure the mold8th and theembossing material 6 on thewafer 5 starting from theoutermost side 80103 The mold gradually separated from each other until the mold and the stampingmaterial 6 to thecenter 80102 the form are completely separated from each other to realize a quasi-flaking demolding, as seen from4h can be seen, and closing thepressure line 13 the air inlet opening301 of thelower chamber body 3 if after complete separation of the form8th from theembossing material 6 under the action of a force of the lower chamber II up the shape8th deformed further and assumes a curved upward state, as is apparent from4i reveals -
2. Bewegen des Wafers
5 unter Antrieb von dem zweiten Hubmechanismus1 nach unten und Zurückkehren von der zweiten Prägeposition15 in seine Ausgangsposition,2. Move thewafer 5 under drive from thesecond lifting mechanism 1 down and return from thesecond embossing position 15 in his starting position, -
3. Verbinden der Lufteintrittsöffnung
301 des unteren Kammerkörpers mit der Atmosphäre, wie aus4j zu entnehmen ist,3. Connect the air inlet opening301 of the lower chamber body with the atmosphere, as out4y it can be seen -
4. Bewegen des unteren Kammerkörpers
3 nach unten unter Antrieb von dem ersten Hubmechanismus2 , Entfernen des geprägten Wafers5 , Auflegen eines neuen Wafers5 und Einleiten des nächsten Arbeitszyklus, wie sich aus4k ergibt,4. Move thelower chamber body 3 down under the drive of thefirst lifting mechanism 2 , Remove the embossedwafer 5 , Placing anew wafer 5 and initiating the next work cycle, as is4k reveals
Nachbehandlungsvorgangpost-production operation
-
1. Isometrisches Ätzen nach unten mittels eines herkömmlichen anisotropen Ätzverfahrens, Entfernen der Rückstandschicht, Kopieren der Mikro-Nanometer-Merkmalsstruktur
80101 der Form auf das Prägematerial6 ,1. Downside isometric etching by means of a conventional anisotropic etching process, removal of the residue layer, copying of themicro-nanometer feature structure 80101 the shape on theembossing material 6 . -
2. Überführen des Merkmalmusters auf ein GaN-basiertes LED-Substrat (Wafer
5 ) mit Hilfe eines Ätzverfahrens (Nass-Ätzen oder ICP-Ätzen) unter Verwendung des geprägten Musters als Maske, um eine Musterbildung eines LED-Epi-Wafers oder die Herstellung einer photonischen Kristall-LED zu ermöglichen.2. Transferring the feature pattern to a GaN-based LED substrate (wafer5 ) using an etching process (wet etching or ICP etching) using the embossed pattern as a mask to enable patterning of an LED epi wafer or fabrication of a photonic crystal LED.
Bei der Belichtungsquelle nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Hochspannungs-UV-Quecksilberlampe mit einer Leistung von 500W.The exposure source of the present embodiment is a high voltage UV mercury lamp having a power of 500W.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Druckleitung einen Betriebsdruckbereich von OMPa bis 0,2MPa und die Vakuumleitung einen Betriebsdruckbereich von OMPa bis -0,08MPa auf.In the present embodiment, the pressure line has an operating pressure range of OMPa to 0.2MPa and the vacuum line has an operating pressure range of OMPa to -0.08MPa.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Luftzylinder mit einer Puffereinrichtung als der Hubmechanismus
Im Schritt (
Im Schritt (
Bisher wurde lediglich eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet verschiedene Verbesserungen und Modifikationen ohne Verlassen des Prinzips der Erfindung möglich sind, welche Verbesserungen und Modifikationen ebenfalls als Bestandteile des Schutzumfangs der Erfindung angesehen werden sollen.So far, only a preferred embodiment of the present invention has been explained. It should be understood that various improvements and modifications can be made by those of ordinary skill in the art without departing from the principle of the invention, which improvements and modifications are also to be considered as part of the scope of the invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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