1.一种整片晶圆纳米压印光刻机,其特征是,它包括:压印头(1)、曝光系统(2)、模板(3)、承片台(4)、脱模喷嘴(5)、机架(6)、大理石底座(7)、真空管路(8)和压力管路(9),其中,所述模板(3)固定于压印头(1)上,承片台(4)置于模板(3)的垂直正下方,并固定在大理石底座(7)上,承片台周边设有脱模喷嘴(5);曝光系统(2)的紫外光源置于压印头(1)内;真空管路(8)与承片台(4)相连,真空管路(8)和压力管路(9)分别与压印头(1)相连;
所述承片台的结构为:包括固定基座(401)、浮动底座(402)、真空吸盘(403)和真空管路(404),其中,浮动底座(402)位于固定基座(401)之上,真空吸盘(403)固定于浮动底座的(402)的上平面;固定基座具有凹形球形结构(40101),浮动底座具有凸形球形结构(40201),固定基座与浮动底座之间为半球形接触配合;固定基座(401)内设有水平管路(40103),真空管路(404)上设有控制阀进气孔Ⅰ(40401)和控制阀进气孔Ⅱ(40402),真空吸盘(403)上设有水平进气口;水平管路(40103)与控制阀进气孔Ⅰ(40401)相连,水平进气口与控制阀进气孔Ⅱ(40402)相连。
2.根据权利要求1所述的一种整片晶圆纳米压印光刻机,其特征是:所述压印头的
结构为:包括模板工作台(101)、曝光工作室(102)、法兰盘(103)、滚珠丝杠(104)、联轴器(105)、伺服电机(106)、导向架(107)、导向杆(108)和三个支承调节块(109),其中,曝光工作室(102)与模板工作台(101)通过螺钉相连,模板工作台(101)内部设有水平管路(10103)和垂直管路(10102);曝光工作室(102)与滚珠丝杠(104)通过法兰盘(103)相连接,曝光工作室(102)的内顶部(10201)均匀分布安装紫外光源,紫外光源上连接光路通道和控制单元,组成曝光系统(2);联轴器(105)安装在滚珠丝杠(104)上,伺服电机(106)安装在联轴器(105)上,导向架(107)安装在机架(6)下部,导向杆(108)安装在导向架(107)内部;3个支承调节块(109)置于模板工作台(101)的底部;模板工作台(101)两侧面设有进气孔A(101011)、进气孔B(101012)、进气孔C(101013);
或所述压印头的结构为:包括模板工作台(101)、曝光工作室(102)、法兰盘(103)、滚珠丝杠(104)、联轴器(105)、伺服电机(106)、支承调节块(109)、滑块(1011)、小支架(1012)、连接件(1013)和导轨(1014),其中,曝光工作室(102)与模板工作台(101)通过螺钉相连,模板工作台(101)内部设有水平管路(10103)和垂直管路(10102);曝光工作室(102)与滚珠丝杠(104)通过法兰盘(103)相连接,曝光工作室(102)的内顶部(10201)均匀分布安装紫外光源,紫外光源上连接光路通道和控制单元,组成曝光系统(2);联轴器(105)安装在滚珠丝杠(104)上,伺服电机(106)安装在联轴器(105)上,滑块(1011)通过导轨(1014)安装在机架(6)上,小支架(1012)安装在机架(6)和伺服电机(106)之间,连接件(1013)安装在机架(6)和联轴器(105)之间;3个支承调节块(109)置于模板工作台(101)的底部;模板工作台(101)两侧面设有进气孔A(101011)、进气孔B(101012)、进气孔C(101013);
或:所述压印头的结构为:包括模板工作台(101)、曝光工作室(102)、法兰盘(103)、滚珠丝杠(104)、联轴器(105)、伺服电机(106)、导向杆(108)、支承调节块(109)、滑块(1011)、小支架(1012)和连接件(1013),其中,曝光工作室(102)与模板工作台(101)通过螺钉相连,模板工作台(101)内部设有水平管路(10103)和垂直管路(10102);曝光工作室(102)与滚珠丝杠(104)通过法兰盘(103)相连接,曝光工作室(102)的内顶部(10201)均匀分布安装紫外光源,紫外光源上连接光路通道和控制单元,组成曝光系统(2);联轴器(105)安装在滚珠丝杠(104)上,伺服电机(106)安装在联轴器(105)上,滑块(1011)安装在机架(6)下部,导向杆(108)安装在滑块(1011)内部,小支架(1012)安装在机架(6)和伺服电机(106)之间,连接件(1013)安装在机架(6)和联轴器(105)之间;3个支承调节块(109)置于模板工作台(101)的底部;模板工作台(101)两侧面设有进气孔A(101011)、进气孔B(101012)、进气孔C(101013)。
3.根据权利要求2所述的一种整片晶圆纳米压印光刻机,其特征是:所述压印头
(1)中模板工作台(101)的内部管路结构为:包括模板工作台底面(10104),模板工作台底面(10104)上设有模板工作台凹槽面(10101)和水平管路(10103),模板工作台凹槽面(10101)上设有垂直管路(10102),垂直管路(10102)的一端与模板工作台凹槽面(10101)相通,另一端与水平管路(10103)相通。
4.根据权利要求2所述的一种整片晶圆纳米压印光刻机,其特征是:所述压印头(1)
中模板工作台(101)的外部管路结构为:包括方向控制阀A(10106)、丝堵(10107)、连接管路(10108)和方向控制阀B(10109),其中,方向控制阀B(10109)的一端连接模板工作台(101)的进气孔A(101011),另外一端用丝堵(10107)封堵;方向控制阀A(10106)分别连接进气孔B(101012)和进气孔C(101013),进气孔B(101012)和进气孔C(101013)的另一端使用丝堵(10107)封堵;连接管路(10108)实现真空管路(8)、压力管路(9)、方向控制阀A(10106)、方向控制阀B(10109)、进气孔A(101011)、进气孔B(101012)和进气孔C(101013)的连接。
5.根据权利要求1所述的一种整片晶圆纳米压印光刻机,其特征是:所述承片台的结
构中,固定基座(401)内还设有垂直管路(10102),固定基座(401)中央设有中心圆形通孔(40104);固定基座(401)内设有内圆形通孔(40105),内圆形通孔(40105)分别与中心圆形通孔(40104)、水平管路(40103)以及垂直管路(40102)相通;垂直管路(40102)最上端与凹形球形结构(40101)相通,垂直管路(40102)最下端与内圆形通孔(40105)相通,水平管路(40103)与控制阀进气孔Ⅰ(40401)相连,真空吸盘(403)中的水平进气口与控制阀进气孔Ⅱ(40402)相连。
6.根据权利要求2所述的一种整片晶圆纳米压印光刻机,其特征是:所述模板(3)的结构为:包括三层,最下层为结构层(301),中间层为弹性层(302),最上层为支撑层(303),所述结构层(301)上设有要制造的微纳米结构图形(30101),弹性层(302)位于结构层(301)之上,支撑层(303)位于弹性层(302)之上。
7.根据权利要求2-4中任一项所述的一种整片晶圆纳米压印光刻机,其特征是:所述
真空管路(8)分别与承片台(4)上的真空吸盘和固定基座的方向控制阀进气孔相连,真空管路(8)和压力管路(9)与压印头(1)模板工作台两侧面的方向控制阀的进气孔相连。
8.根据权利要求6所述的一种整片晶圆纳米压印光刻机,其特征是:所述真空管路(8)分别与承片台(4)上的真空吸盘和固定基座的方向控制阀进气孔相连,真空管路(8)和压力管路(9)与压印头(1)模板工作台两侧面的方向控制阀的进气孔相连。
9.利用权利要求8中所述的一种整片晶圆纳米压印光刻机进行整片晶圆纳米压印光
刻的方法,其特征在于:步骤如下:
(1)纳米压印光刻机系统工作状态初始化过程:将涂铺有抗蚀剂的基片置于承片台的真空吸盘之上,开启真空吸盘的真空管路,将基片固定在真空吸盘之上;关闭压印头模板工作台的压力管路,打开真空管路,模板弹性层吸附在压印头模板工作台底面,模板支撑层吸附在模板工作台底面的凹槽面内;
(2)调平过程:首先,伺服电机通过滚珠丝杠带动压印头组件快速向下运动,直到固定于模板工作台的支承调节块与承片台上的真空吸盘或者浮动底座相接触;随后,降低压印头的下压速度,压印头继续向下运动,在压印头下压力的作用下,通过承片台固定基座与浮动底座之间的半球形接触配合产生相对滑动实现固定在压印头上的模板与固定在承片台上的基片平行自适应调整和楔形误差的补偿;最后,模板和基片完全调平后,开启承片台上的固定基座上的真空管路,在真空负压作用下实现浮动底座在固定基座上的锁紧和固定,保持调平后基片和模板之间的相对位姿,确保在整个压印、固化和脱模过程中模板与基片之间保持平行;
(3)压印过程:首先,从模板工作台中心位置开始,将初始的真空状态转换至压力状态,在气体辅助压印力和毛细力共同作用下,模板的弹性层在中心位置纵向产生弯曲变形,局部开始接触基片上的抗蚀剂,模具中心位置的微纳米结构腔体开始被抗蚀剂所充填;随后,从模板中心位置向两侧方向逐一将真空状态转换至压力状态,模板结构层与抗蚀剂的接触面积不断扩大,直至整个模板结构层与整片晶圆上的抗蚀剂完全接触,模板中的所有微纳米结构腔体被抗蚀剂所充填;最后,所有压力通道的压力保持均匀一致性增大,实现液态抗蚀剂材料在模具微纳米结构腔体内的完全充填,并且减薄至预定的残留层厚度;
(4)固化过程:开启曝光工作室的紫外光源,紫外光透过模具对抗蚀剂曝光,充分固化液态抗蚀剂,固化时间5-20s;
(5)脱模过程:首先,从模板工作台最外两侧开始,关闭压力管路,打开真空管路,同时开启脱模用的喷嘴,在真空吸力和喷嘴压缩空气产生水平力共同作用下,从最外侧开始模板与基片上的抗蚀剂相互分离;随后,从基片两侧向模板中心逐一将压力转换回真空状态,实现模具从晶圆外侧向中心连续“揭开”式的脱模,脱模力为真空吸力和水平力的合力;最后,模板中心位置与基片相分离,实现模板与基片的完全分离,完成脱模;
(6)压印头复位:伺服电机通过滚珠丝杠带动压印头快速向上运动,返回到系统初始位置;
(7)承片台复位:首先,关闭承片台真空吸盘上的真空管路,取下复形后的基片,随后,关闭承片台固定基座的真空管路,使浮动底座在固定基座上处于自由状态。