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CN115167072A - 一种快速制备光刻胶掩膜的压印方法 - Google Patents

一种快速制备光刻胶掩膜的压印方法 Download PDF

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CN115167072A
CN115167072A CN202210079240.XA CN202210079240A CN115167072A CN 115167072 A CN115167072 A CN 115167072A CN 202210079240 A CN202210079240 A CN 202210079240A CN 115167072 A CN115167072 A CN 115167072A
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Abstract

本发明提供了一种快速制备光刻胶掩膜的压印方法，包括以下步骤：a)采用复制材料通过压印方式获得硅母模版上的纳米结构图形数据，得到压印后的样片；b)在步骤a)得到的压印后的样片边缘开口后，将带有纳米结构图形数据的一面与基体贴合，然后在开口处注入光刻胶并使其填满压印后的样片与基体的间隙，再经UV固化，得到处理后的样品；c)将步骤b)得到的处理后的样品剥离压印后的样片，并去除开口处的光刻胶，得到纳米结构图形数据与所述硅母模版一致的光刻胶掩膜。与现有技术相比，本发明采用非光刻的特定工艺步骤，实现整体较好的相互作用，能够实现快速制备高保真精度的母模版，以便产品大批量生产制造使用，提高生产效率及产品良率。

Description

一种快速制备光刻胶掩膜的压印方法
技术领域
本发明涉及微纳米加工技术领域，更具体地说，是涉及一种快速制备光刻胶掩膜的压印方法。
背景技术
纳米压印技术是当前微纳加工制造的前沿关键性技术，作为一种大面积、高产率、低成本的图案复制技术，可以继续为半导体工业界按照摩尔定律缩小半导体元器件尺寸提供技术支持，因此该技术自发明以后得到极大的推广和发展。纳米压印技术的关键要素主要是：模版制备、图形压印转移方式、关键材料应用，其中模版制备作为工艺源头尤为重要，模版主要分为母模版和子模版，母模版通常采用硅材料经过光刻、刻蚀工艺制程制备而来，存在设备与耗材限制、加工精度要求高、工艺繁琐等特性。对于批量生产，母模版也存在易受污染、易损坏等特点，而传统的光刻、刻蚀方法在制程良率与效率上无法满足快速制备相同精度要求的压印母模版。因此，如何快速高保真的制备压印母模版成为纳米压印技术实现大批量化生产应用的关键技术。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种快速制备光刻胶掩膜的压印方法，能够实现快速制备高保真精度的母模版，以便产品大批量生产制造使用，提高生产效率及产品良率。
本发明提供了一种快速制备光刻胶掩膜的压印方法，包括以下步骤：
a)采用复制材料通过压印方式获得硅母模版上的纳米结构图形数据，得到压印后的样片；
b)在步骤a)得到的压印后的样片边缘开口后，将带有纳米结构图形数据的一面与基体贴合，然后在开口处注入光刻胶并使其填满压印后的样片与基体的间隙，再经UV固化，得到处理后的样品；
c)将步骤b)得到的处理后的样品剥离压印后的样片，并去除开口处的光刻胶，得到纳米结构图形数据与所述硅母模版一致的光刻胶掩膜。
优选的，步骤a)中所述复制材料的厚度为0.1mm～1mm。
优选的，步骤a)中所述通过压印方式获得硅母模版上的纳米结构图形数据的过程具体为：
采用复制材料贴合硅母模版，放置压印机腔室，升温到150℃～160℃，施加2MPa～5MPa气压，持续1min～5min，之后冷却至室温，剥离得到压印后的样片。
优选的，步骤b)中所述开口的位置位于压印后的样片带有纳米结构图形数据区域的边缘；所述开口的长度至少为所述样片的纳米结构图形区域长度的1/3。
优选的，所述开口的位置需要与所述压印后的样片与基体贴合形成的间隙相通。
优选的，步骤b)中所述贴合的过程具体为：
将压印后的样片带有纳米结构图形数据的一面与基体贴合，采用辊轮赶出气泡，再置于真空干燥皿中抽真空至-0.1MPa～-0.02MPa，持续2min～8min。
优选的，步骤b)中所述光刻胶的用量为10μL～100μL。
优选的，步骤b)中使光刻胶填满压印后的样片与基体的间隙的过程具体为：
在压印机腔室内施加0.3MPa～0.8MPa气压，持续0.5min～2min。
优选的，步骤b)中所述UV固化采用UV灯照射，持续0.5min～1.5min。
优选的，步骤c)中所述去除开口处的光刻胶的过程具体为：
采用手术刀切除开口处多余的光刻胶。
本发明提供了一种快速制备光刻胶掩膜的压印方法，包括以下步骤：a)采用复制材料通过压印方式获得硅母模版上的纳米结构图形数据，得到压印后的样片；b)在步骤a)得到的压印后的样片边缘开口后，将带有纳米结构图形数据的一面与基体贴合，然后在开口处注入光刻胶并使其填满压印后的样片与基体的间隙，再经UV固化，得到处理后的样品；c)将步骤b)得到的处理后的样品剥离压印后的样片，并去除开口处的光刻胶，得到纳米结构图形数据与所述硅母模版一致的光刻胶掩膜。针对现有技术光刻胶图形制备与复制的缺点：(1)光刻技术：受光刻机、显影机设备，光刻胶、显影液材料的限制及多次套刻工艺繁琐，精度要求高等限制，无法做到快速制备高保真的光刻胶掩膜；(2)传统纳米压印技术：从设备与工艺参数调试角度，只能做到残胶极少的光刻胶掩膜，无法实现无残胶掩膜；本发明采用非光刻的特定工艺步骤，实现整体较好的相互作用，能够实现快速制备高保真精度的母模版，以便产品大批量生产制造使用，提高生产效率及产品良率。实验结果表明，本发明提供的快速制备光刻胶掩膜的压印方法实现以下技术效果：(1)光刻胶图形高精度复制；(2)无残胶的光刻胶掩膜；(3)有利于后段工艺快速制备母模版；因此具有广阔的应用前景，对光刻胶掩膜生产指导有较大意义。
附图说明
图1为本发明实施例提供的快速制备光刻胶掩膜的压印方法的工艺流程图；
图2为本发明实施例中开口塑料片正面图；
图3为本发明实施例中步骤(1)～(5)的样品截面图；
图4为本发明实施例中步骤(6)的样品截面图；
图5为本发明实施例中步骤(7)的成品截面图；
图6为本发明实施例最终得到无残胶的光刻胶掩膜结构与原始压印母模版一致的效果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种快速制备光刻胶掩膜的压印方法，包括以下步骤：
a)采用复制材料通过压印方式获得硅母模版上的纳米结构图形数据，得到压印后的样片；
b)在步骤a)得到的压印后的样片边缘开口后，将带有纳米结构图形数据的一面与基体贴合，然后在开口处注入光刻胶并使其填满压印后的样片与基体的间隙，再经UV固化，得到处理后的样品；
c)将步骤b)得到的处理后的样品剥离压印后的样片，并去除开口处的光刻胶，得到纳米结构图形数据与所述硅母模版一致的光刻胶掩膜。
本发明首先采用复制材料通过压印方式获得硅母模版上的纳米结构图形数据，得到压印后的样片。在本发明中，所述复制材料可以采用模版胶+类似PET基底，但是做完复制后要做抗粘层，或者采用其他可填充性良好、可快速固化的含氟材料，如含氟塑料片、含氟胶等；在本发明优选的实施例中，所述复制材料为含氟塑料片。本发明对所述复制材料的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述工作模具复制材料的市售商品即可。
在本发明中，所述复制材料的厚度优选为0.1mm～1mm，更优选为0.2mm。
在本发明中，所述硅母模版为待批量化复制的硅母模版，具有高精度结构；本发明对其来源没有特殊限制，采用传统光刻刻蚀的工艺技术制备纳米压印母模版即可。
在本发明中，所述通过压印方式获得硅母模版上的纳米结构图形数据的过程优选具体为：
采用复制材料贴合硅母模版，放置压印机腔室，升温到150℃～160℃，施加2MPa～5MPa气压，持续1min～5min，之后冷却至室温，剥离得到压印后的样片；
更优选为：
采用复制材料贴合硅母模版，放置压印机腔室，升温到155℃，施加3MPa～4MPa气压，持续2min～4min，之后冷却至室温，剥离得到压印后的样片。
得到所述压印后的样片后，本发明在得到的压印后的样片边缘开口后，将带有纳米结构图形数据的一面与基体贴合，然后在开口处注入光刻胶并使其填满压印后的样片与基体的间隙，再经UV固化，得到处理后的样品。
在本发明中，所述开口的位置优选位于压印后的样片带有纳米结构图形数据区域的边缘，目的是不破坏压印后的样片上获得的纳米结构图形数据。同时，所述开口的位置需要与所述压印后的样片与基体贴合形成的间隙相通，从而确保后续在开口处点胶后，光刻胶能够完全填满所述压印后的样片与基体形成的间隙。本发明对所述开口的形状没有特殊限制，能够便于后续注入光刻胶即可。在本发明中，所述开口的长度至少为所述样片的纳米结构图形区域长度的1/3。
以所述样片的纳米结构图形区域为正方形为例，所述开口位于上述正方形某一条边的边缘，并能够保证开口与所述压印后的样片与基体贴合形成的间隙相通，所述开口的长度可以与上述正方形的边长相等，也可以小于该边长，但至少为该边长的1/3，以便于后续点胶后光刻胶能够完全填满所述压印后的样片与基体形成的间隙；同时当开口的长度小于上述正方形的边长时，本发明对所述开口具体设置位置没有特殊限制，优选在上述正方形边长的中间位置即可。此外，当所述样片的纳米结构图形区域为其他形状如圆形、不规则图形等时，同理，开口的位置与压印后样片与基体贴合形成的间隙相通，各相邻间隙可连成一条线，则开口的长度可与该条线的长度相等，也可小于该条线的长度，本发明对此没有特殊限制。
本发明对所述基体的材质没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的硅片、二氧化硅、氮化硅、玻璃、塑料等均可，优选为硅片。
在本发明中，所述贴合的过程优选具体为：
将压印后的样片带有纳米结构图形数据的一面与基体贴合，采用辊轮赶出气泡，再置于真空干燥皿中抽真空至-0.1MPa～-0.02MPa，持续2min～8min；
更优选为：
将压印后的样片带有纳米结构图形数据的一面与基体贴合，采用辊轮赶出气泡，再置于真空干燥皿中抽真空至-0.08MPa～-0.04MPa，持续4min～6min。
本发明对所述光刻胶的种类和来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售UV固化成型胶水即可。
在本发明中，所述光刻胶的用量优选为10μL～100μL，更优选为40μL～60μL。
在本发明中，中使光刻胶填满压印后的样片与基体的间隙的过程优选具体为：
在压印机腔室内施加0.3MPa～0.8MPa气压，持续0.5min～2min；
更优选为：
在压印机腔室内施加0.4MPa～0.6MPa气压，持续1min。在此基础上，光刻胶能够迅速填满压印后的样片与基体的间隙。
在本发明中，所述UV固化优选采用UV灯照射，优选持续0.5min～1.5min，更优选为1min，是光刻胶固化。
得到所述处理后的样品后，本发明将得到的处理后的样品剥离压印后的样片，并去除开口处的光刻胶，得到纳米结构图形数据与所述硅母模版一致的光刻胶掩膜。
在本发明中，所述去除开口处的光刻胶的过程优选具体为：
采用手术刀切除开口处多余的光刻胶。
本发明通过复制材料(优选为含氟塑料片)采用高温高压方式压印精准抓取硅模版上纳米结构图形数据，再通过图形区边缘开口、抽真空、点胶、施压的工艺路线，可以快速做到无残胶的光刻胶掩膜，结构与原始压印母模版一致，进而实现以下技术效果：(1)光刻胶图形高精度复制；(2)无残胶的光刻胶掩膜；(3)有利于后段工艺快速制备母模版。
本发明提供了一种快速制备光刻胶掩膜的压印方法，包括以下步骤：a)采用复制材料通过压印方式获得硅母模版上的纳米结构图形数据，得到压印后的样片；b)在步骤a)得到的压印后的样片边缘开口后，将带有纳米结构图形数据的一面与基体贴合，然后在开口处注入光刻胶并使其填满压印后的样片与基体的间隙，再经UV固化，得到处理后的样品；c)将步骤b)得到的处理后的样品剥离压印后的样片，并去除开口处的光刻胶，得到纳米结构图形数据与所述硅母模版一致的光刻胶掩膜。针对现有技术光刻胶图形制备与复制的缺点：(1)光刻技术：受光刻机、显影机设备，光刻胶、显影液材料的限制及多次套刻工艺繁琐，精度要求高等限制，无法做到快速制备高保真的光刻胶掩膜；(2)传统纳米压印技术：从设备与工艺参数调试角度，只能做到残胶极少的光刻胶掩膜，无法实现无残胶掩膜；本发明采用非光刻的特定工艺步骤，实现整体较好的相互作用，能够实现快速制备高保真精度的母模版，以便产品大批量生产制造使用，提高生产效率及产品良率。实验结果表明，本发明提供的快速制备光刻胶掩膜的压印方法实现以下技术效果：(1)光刻胶图形高精度复制；(2)无残胶的光刻胶掩膜；(3)有利于后段工艺快速制备母模版；因此具有广阔的应用前景，对光刻胶掩膜生产指导有较大意义。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的含氟塑料片为由Obducat Technologies AB提供的IPS，是一种工作模具复制材料，性质接近于polycarbonate(PC)，其固化后杨氏模量为1～3GPa，可用于复制高精度结构；所用的光刻胶为由台湾玻力特提供的RES-R136-008，是一种UV固化成型胶水，波长365nm，时间1min，成型前具备良好流动性能，成型后具备抗刻蚀性能；所用的设备工具包括：开口器、手术刀、贴合辊轮、真空干燥皿、匀胶机、压印机。
实施例
本发明实施例提供的快速制备光刻胶掩膜的压印方法的工艺流程图参见图1所示，具体步骤如下：
(1)采用0.2mm厚度的含氟塑料片贴合压印硅母模版，放置压印机腔室，升温到155℃，施加3.5MPa气压，持续3min，之后冷却至室温，剥离出带图形的塑料片；
(2)采用开口器塑料片图形区边缘开口，孔径2mm；开口塑料片正面图参见图2所示；
(3)将塑料片图形面贴合新硅片，采用辊轮赶出气泡；
(4)将步骤(3)得到的样品放置真空干燥皿，抽真空至-0.06MPa，持续5min；
(5)将步骤(4)得到的样品取出放置平台上，在孔洞处点上50μL光刻胶；
上述步骤(1)～(5)的样品截面图参见图3所示。
(6)将步骤(5)得到的样品放入压印机腔室，施加0.5MPa气压，持续1min，使光刻胶迅速填满塑料片与硅片的间隙；之后打开UV灯照射，持续1min，使光刻胶固化；步骤(6)的样品截面图参见图4所示。
(7)将步骤(6)得到的样品剥离塑料片，采用手术刀切除图形区边缘孔洞处多余的光刻胶，最终得到无残胶的光刻胶掩膜，结构与原始压印母模版一致(参见图6所示)；步骤(7)的成品截面图参见图5所示。
图3～5中，1为含氟塑料片，2为光刻胶，3为硅片。
本发明相比昂贵设备的光刻机和复杂高精度要求的光刻工艺技术，可快速、精准、低成本的复制压印母模版的图形并转移到硅片上，形成无残胶的光刻胶掩膜，大大降低了重新制备压印母模版的制造成本；同时，制备成的无残胶光刻胶掩膜可通过刻蚀工艺进行一次刻蚀完成压印母模版的制作，图形参数一致，有利于产品大批量生产；并且，该方法可快速制备压印母模版，可在批量生产过程中及时替换受污染或损坏的母模版，大大提升产线产能。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种快速制备光刻胶掩膜的压印方法，包括以下步骤：
a)采用复制材料通过压印方式获得硅母模版上的纳米结构图形数据，得到压印后的样片；
b)在步骤a)得到的压印后的样片边缘开口后，将带有纳米结构图形数据的一面与基体贴合，然后在开口处注入光刻胶并使其填满压印后的样片与基体的间隙，再经UV固化，得到处理后的样品；
c)将步骤b)得到的处理后的样品剥离压印后的样片，并去除开口处的光刻胶，得到纳米结构图形数据与所述硅母模版一致的光刻胶掩膜。
2.根据权利要求1所述的快速制备光刻胶掩膜的压印方法，其特征在于，步骤a)中所述复制材料的厚度为0.1mm～1mm。
3.根据权利要求1所述的快速制备光刻胶掩膜的压印方法，其特征在于，步骤a)中所述通过压印方式获得硅母模版上的纳米结构图形数据的过程具体为：
采用复制材料贴合硅母模版，放置压印机腔室，升温到150℃～160℃，施加2MPa～5MPa气压，持续1min～5min，之后冷却至室温，剥离得到压印后的样片。
4.根据权利要求1所述的快速制备光刻胶掩膜的压印方法，其特征在于，步骤b)中所述开口的位置位于压印后的样片带有纳米结构图形数据区域的边缘；所述开口的长度至少为所述样片的纳米结构图形区域长度的1/3。
5.根据权利要求4所述的快速制备光刻胶掩膜的压印方法，其特征在于，所述开口的位置需要与所述压印后的样片与基体贴合形成的间隙相通。
6.根据权利要求1所述的快速制备光刻胶掩膜的压印方法，其特征在于，步骤b)中所述贴合的过程具体为：
将压印后的样片带有纳米结构图形数据的一面与基体贴合，采用辊轮赶出气泡，再置于真空干燥皿中抽真空至-0.1MPa～-0.02MPa，持续2min～8min。
7.根据权利要求1所述的快速制备光刻胶掩膜的压印方法，其特征在于，步骤b)中所述光刻胶的用量为10μL～100μL。
8.根据权利要求1所述的快速制备光刻胶掩膜的压印方法，其特征在于，步骤b)中使光刻胶填满压印后的样片与基体的间隙的过程具体为：
在压印机腔室内施加0.3MPa～0.8MPa气压，持续0.5min～2min。
9.根据权利要求1所述的快速制备光刻胶掩膜的压印方法，其特征在于，步骤b)中所述UV固化采用UV灯照射，持续0.5min～1.5min。
10.根据权利要求1所述的快速制备光刻胶掩膜的压印方法，其特征在于，步骤c)中所述去除开口处的光刻胶的过程具体为：
采用手术刀切除开口处多余的光刻胶。
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