专利名称：一种用于大面积纳米压印的自适应压印头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米压印光刻用压印头，尤其涉及一种用于大面积纳米压印光刻的自适应压印头，属于微纳制造和精密机械技术领域。
背景技术：
纳米压印光刻(Nanoimprint Lithography, NIL)是一种全新微纳米图形化的方法，它是一种使用模具通过聚合物的受力变形实现其图形化的技术。与其它微纳米制造方法相比，NIL具有高分辨率、超低成本和高生产率的特点，尤其在大面积微纳米结构和复杂三维微纳米结构制造方面更具有突出的优势。
NIL是一种接触式复形工艺，由于纳米压印结构机械本身的误差以及衬底自身的不平整(存在翘曲和变形，尤其对于LED外延片)，在纳米压印过程中存在不平行误差和楔形误差，模具和衬底之间不能实现很好的共形接触，如果不对衬底和模具之间的不平行度误差和楔形误差进行补偿，确保模具和衬底之间具有良好的共形接触，则无法保证在压印过程中模具与衬底之间完全均匀一致性接触，获得均匀一致的残留层厚度，一致的压印图形。如果模具与衬底之间的不平行度超过一定的程度，导致楔形留膜的厚度差超过压印特征的高度，将导致图形转移的失败，而且还有可能导致模具的损坏。此外，模具与衬底的不平行也可能导致纳米压印过程中模具与衬底产生相对滑移，发生侧向扩张，影响压印图形的精度；在脱模时模具也可能会对压印特征造成破坏。为了确保模具和衬底之间具有良好的共形接触，传统的方法是增大压印力，但是这可能导致局部压印力过大，这一方面可能导致局部接触模具的损坏，对于II1-V族等易碎衬底，也容易导致衬底碎裂。因此，在纳米压印过程中必须保证模具与衬底的平行度，模具和非平整衬底之间具有良好的共形接触。另外，与步进重复纳米压印工艺相比，对于大面积整片晶圆纳米压印，保持模具与衬底之间的平行度和共形接触更为重要，因为步进重复纳米压印工艺在每次压印过程中每个工步模具与衬底的接触面积相对较小，然而整片晶圆纳米压印过程中模具与衬底同时接触的面积非常大(整个晶圆面积)，与小面积步进重复纳米压印工艺相比，整片晶圆纳米压印具有误差放大的作用，因此整片晶圆纳米压印工艺对于保持模具与衬底之间的平行度和共形接触有着更为苛刻的要求。所以，整片晶圆纳米压印光刻设备必须具有模具和衬底平行度调节和楔形误差补偿功能以及良好的共形接触 能力。
实现模具和衬底不平行度调节、楔形误差补偿以及模具和衬底良好的共形接触的方法主要有两种方案:一是通过承片台调整衬底实现；二是通过压印头(压印机构)调整模具实现。此外，纳米压印使用柔性软模具可以解决共形接触的问题。目前已经开发的纳米压印光刻机和实验装置大都采用承片台的调整方式以实现模具和衬底平行度调节和楔形误差的补偿。与通过承片台调整的方法相比，采用压印头(压印机构)调整的方法在调整效果、简化设备复杂性等方面具有显著的优势，尤其是对于大面积滚轮对平面型纳米压印，则只能采用压印头调整的方法。而且对于滚型纳米压印如果只采用柔性软模具只能解决共形接触的问题，难以解决平行度调节和楔形误差补偿的问题。因此，迫切需要开发新的基于压印头调整的解决方案。
通过压印头实现模具与衬底不平行度调整、楔形误差补偿和共形接触的方法有两种:被动调整(亦称为自适应调整)和主动控制调整。自适应调整是利用机构自身的柔性来被动适应模具与衬底的不平行度、衬底的不平整度，当压印力通过模具作用在衬底上时，承载模具的压印头会产生相应的微小转动，补偿楔形误差和不平整度，使得整个衬底受力均匀。而这种微小的转动可以通过机构自身的柔性来实现。自适应调整的方法主要有:柔性铰链机构、弹性支撑、万向浮动球、楔形补偿模块等，自适应调整具有结构简单、调整方便、成本低的显著优势。主动控制调整是通过测量系统检测模具与衬底的位置和不平行度，根据反馈的结果，通过执行元件主动调整模具与衬底之间的位姿，实现两者之间的平行定位。主动控制具有调整精度高、反应快的显著优点，但是成本高，控制复杂。发明内容
本发明的目的就是为了解决纳米压印过程中模具与衬底之间的不平行度、衬底的不平整度以及楔形误差补偿的问题，提供了一种适用于大面积纳米压印工艺的自适应压印头，以实现模具与衬底之间不平行度调整、楔形误差补偿和良好的共形接触。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案:
一种用于大面积纳米压印的自适应压印头，包括:
一维位移平台；一维位移平台与连接支架立板相连接，所述一维位移平台实现压印头沿Z向移动，对模具施加压印力以及模具和衬底之间间隙的调整。
连接支架；所述连接支架包括立板、底板，所述立板和底板垂直连接，连接支架将一维位移平台、连接板、弹簧、导柱组成一个六自由度被动适应调整系统。
连接板；连接板一面通过弹簧和导柱与连接支架的底板连接，另一面用以固定模具或者模具装置。
弹簧；弹簧固定在连接支架底板和连接板之间，弹簧的刚度根据压印模具重量、间隙调整量和施加的压印力大小来确定。
导柱；导柱穿过连接板、弹簧，并与连接支架底板固定，所述导柱一方面用于限制弹簧的横向变形，另一 方面与连接支架底板和连接板共同承载模具和连接板自身的重力，消除这些重力对压印力的影响。
作为本发明的进一步改进，所述连接板上还设有筋板，用于提高连接支架的刚度。
所述导柱穿过连接支架底板，并通过固定螺母固定。
所述弹簧置于连接支架底板和连接板的四个角的位置，数量为4个。
所述连接支架底板的下表面和连接板的上表面设置有凹槽，用于放置和定位弹簧(限定弹簧的位置)，弹簧一端置于连接支架底板凹槽中，另一端置于连接板的凹槽中。
所述连接板上还设有通孔，用以固定模具或者模具装置。
本发明的工作原理为:压印头在一维位移平台驱动下向衬底方向移动，固定在压印头连接板下方的模具与衬底(或者承片台)接触后，通过连接支架、连接板、弹簧、导柱、固定螺母组成的六自由度调整系统实现模具与衬底不平行度调整、共形接触和楔形误差补\-ZX O
本发明提供一种用于纳米压印光刻的自适应压印头，可用于整片晶圆纳米压印模具与衬底不平行度调整、共形接触和楔形误差补偿，尤其是结合弹性滚轮软模具，为滚型纳米压印(滚轮对平面、滚轮对滚轮)提供一种理想的解决方案，实现滚型模具与非平整衬底良好的共形接触以及模具与衬底不平行度调整和楔形误差补偿。
本发明具有以下显著的优势:
(I)结构简单、调整方便、成本低；
(2)模具和非平整衬底具有良好的共形接触；
(3)模具和衬底不平行度和楔形误差的补偿完全；
(4)适应性强，柔性高，随着晶圆尺寸的不同，整个压印头系统变动性小，可以适应不同晶圆尺寸整片晶圆纳米压印工艺的要求；
(5)应用范围广，即能用于整片晶圆纳米压印，也能用于滚轮对滚轮型纳米压印，尤其适用于滚轮对平面型纳米压印。为大面积纳米压印光刻工艺和装备的开发提供一种有效的解决方案。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明连接板结构示意图。
图3是本发明实施例用于滚对平面纳米压印的自适应压印头结构示意图。
其中，1、一维位移平台；2、连接支架；3、连接板；301圆形凹槽；302圆形通孔；4、弹簧；5、导柱；6、固定螺母；7、滚轮型模具。
具体实施方式
以下结合附图和发明人依 本发明的技术方案给出的实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明以用于滚轮对平面纳米压印的自适应压印头为具体实施例。
一种用于滚对平面纳米压印的自适应压印头，包括:一维位移平台1、连接支架2、连接板3、弹簧4、导柱5、固定螺母6、滚轮型模具7，如图1-3所示，其中，一维位移平台I与连接支架2的立板相连接，弹簧4 一端置于连接支架2底板凹槽中，另一端置于连接板3的凹槽中，导柱5穿过连接板3、弹簧4、连接支架2底板与固定螺母6相连接，连接板3下底面与滚轮型模具7相连接。
所述连接支架2包括立板、底板和筋板，其中底板开有圆形凹槽，用于放置和定位弹簧4 ;立板与一维位移平台I相连接；筋板用于提高整个连接支架2刚度。
所述连接板3上表面开有圆形凹槽301，用于放置和定位弹簧4，开有圆形通孔302，用以固定滚轮型模具7。
本发明的工作过程为:压印头在一维位移平台I驱动下向衬底方向移动，固定在压印头连接板3下方的滚轮型模具7与衬底接触后，通过连接支架2、连接板3、弹簧4、导柱5、固定螺母6组成的六自由度调整系统实现滚轮型模具7与衬底不平行度调整、共形接触和楔形误差补偿。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式
进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即 可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
权利要求
1.一种用于大面积纳米压印的自适应压印头，其特征是，包括: 一维位移平台；一维位移平台与连接支架立板相连接，实现压印头沿Z向移动，对模具施加压印力以及模具和衬底之间间隙的调整； 连接支架；所述连接支架包括立板、底板，所述立板和底板垂直连接，连接支架将一维位移平台、连接板、弹簧、导柱组成一个六自由度被动适应调整系统； 连接板；连接板一面通过弹簧和导柱与连接支架的底板连接，另一面用以固定模具或者模具装置； 弹簧；弹簧固定在连接支架底板和连接板之间，弹簧的刚度根据压印模具重量、间隙调整量和施加的压印力大小来确定； 导柱；导柱穿过连接板、弹簧，并与连接支架底板固定，所述导柱一方面用于限制弹簧的横向变形，另一方面与连接支架底板和连接板共同承载模具和连接板自身的重力，消除这些重力对压印力的影响。
2.如权利要求1所述的用于大面积纳米压印的自适应压印头，其特征是，所述连接板上还设有筋板，用于提高连接支架的刚度。
3.如权利要求1所述的用于大面积纳米压印的自适应压印头，其特征是，所述导柱穿过连接支架底板，并通过固定螺母固定。
4.如权利要求1所述的用于大面积纳米压印的自适应压印头，其特征是，所述弹簧置于连接支架底板和连接板的四个角的位置，数量为4个。
5.如权利要求1所述的用于大面积纳米压印的自适应压印头，其特征是，所述连接支架底板的下表面和连接板的上表面设置有凹槽，用于放置和定位弹簧。
6.如权利要求1所述的用于大面积纳米压印的自适应压印头，其特征是，所述连接板上还设有通孔，用以固定 模具或者模具装置。
全文摘要
本发明公开了一种用于大面积纳米压印的自适应压印头，它包括一维位移平台、连接支架、连接板、弹簧、导柱，其中，一维位移平台的立板与连接支架相连接，弹簧一端置于连接支架底板凹槽中，另一端置于连接板的凹槽中，导柱穿过连接板、弹簧，并与连接支架底板连接。本发明具有结构简单、调整方便、成本低、适应性广和柔性高的优点。可应用于整片晶圆纳米压印、滚轮对滚轮型纳米压印，尤其适用于滚轮对平面型纳米压印。为大面积纳米压印光刻工艺和装备的开发提供一种有效的解决方案。
文档编号G03F7/00GK103246161SQ20131017310
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月10日 优先权日2013年5月10日
发明者兰红波 申请人:青岛博纳光电装备有限公司