带切割道的紫外固化纳米压印模具及方法与流程

本发明涉及一种微纳产品的压印模具及方法，特别是涉及一种带切割道的紫外固化纳米压印模具及方法。

背景技术：

纳米压印技术是一种新型的纳米结构图形转移技术，图形是通过一定的压力按压具有凹凸纳米结构的模板到均匀涂覆很薄的聚合物薄层的基板上实现图形转移；对上述压印组件进行加热或紫外曝光等方法使纳米结构定型；除去模板后，涂覆聚合物薄层的基板上留下原始凹凸纳米结构图形的压印。纳米压印工艺流程操作简单，工作效率高，因此越来越多的被应用到了各个领域，比如高亮度光子晶体、微纳光学元件(光波导、微光学透镜、光栅)、微流控芯片等。

像其他半导体生产方式一样，纳米压印也是晶圆级的生产。产品都被加工在大片(直径为2-12英寸)的晶圆上，然后再通过切割的方式加工成最终产品。目前比较常用的切割方式有两种，晶圆划片切割和激光切割。激光切割的精度比划片切割更高。另外，晶圆划片切割只能切割方形的产品，而激光切割则可以切割各种形状(如圆形)的产品。因此激光切割被更加广泛的应用在纳米压印制成的产品中。然而使用激光切割纳米压印晶圆时，经常遇到很大问题。原因是在纳米压印过程中，会形成较厚的压印胶残余层。压印胶残余层的材料是聚合物，非常不容易被激光切穿。如果激光强度过大，压印胶残余层会吸收过量的激光热量会导致元件光学性能下降或结构变形。如果激光强度不足则会切不透压印胶残余层。这些问题使目前激光切割纳米压印产品的良率很低，成本很高。

技术实现要素：

为了解决纳米压印生产的产品在切割中遇到的问题，本发明提出了一种带切割道的紫外固化纳米压印模具及方法。

本发明所采用的技术方案是：

一、一种带切割道的紫外固化纳米压印模具：

包括基板；

包括切割道遮光层，切割道遮光层布置于基板上表面；

包括微纳结构层，微纳结构层设置于基板下表面。

所述的微纳结构层为直接设在基板下表面上的微纳凹凸表面，微纳结构层材料和基板一致。

所述的微纳结构层为覆盖在基板下表面的带有微纳凹凸表面的材料层。

所述的基板采用玻璃、pet(聚对苯二甲酸类塑料)、pc(聚碳酸酯)、pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)等。但不仅限于上述材料。

所述的基板可以是硬的材质，也可以是软的材质。

所述的材料层采用聚合物材料。聚合物具体可以为硅胶pdms。

所述的切割道遮光层形状为预留切割道的形状。这使得紫外光垂直竖直向下照射时，切割道遮光层对紫外光的遮挡，在纳米压印紫外曝光过程中，光线无法通过切割道遮光层所在的区域形成遮光区域，即无法通过预留切割道。

所述的切割道遮光层采用紫外光透过率低的金属，具体为铬，钼，钨等。但不仅限于上述材料。

所述的微纳结构层的凹凸形状与所需制作的微纳产品的凸凹形状相反，以保证压印后得到所需要的结构形貌。

二、上述纳米压印模具的纳米压印方法：

使用上述纳米压印模具进行纳米压印，可以得到没有压印胶残余层的切割道。具体方法如下：

步骤一：在压印晶圆上涂一层压印胶；

步骤二：把所述带有切割道遮光层的纳米压印模具压到涂好压印胶的压印晶圆上，使纳米压印模具上的微纳结构层压入压印胶中；

步骤三：把纳米压印模具和压印晶圆一起进行紫外(uv)曝光，被照射到的压印胶固化；

步骤四：把纳米压印模具和压印晶圆分离脱模；

步骤五：把压印晶圆放入压印胶清洗液中浸泡，使压印晶圆上未固化(未经紫外光照射部分)的压印胶融入压印胶清洗液。由于未固化的压印胶部分正好是预先设计设计好的切割道区域，切割道区域的压印胶就被完全清洗掉了，形成了纳米产品的表面。

步骤六：最后压印晶圆取出，用水清洗，吹干，获得微纳产品。

使用上述方法可以在晶圆上得到所需微纳结构的同时，得到没有压印胶残余层的切割道，切割道区域内没有压印胶残余层能够直接露出基底材料，这样避免了由于压印胶残余层给后续切割工艺带来的困难，大大提高了质量。

所述的步骤三中，紫外线垂直向下直线照射到纳米压印模具的上表面，透过透明的基板将没有被切割道遮光层遮挡的压印胶部分固化，被切割道遮光层遮挡的压印胶未被紫外线照射未固化。

本发明的有益效果如下：

本发明技术方案在纳米压印模具基板上加一层切割道遮光层，遮挡紫外光照射到切割道区域的压印胶。这样未经照射的压印胶没有固化，可以用压印胶清洗液洗掉，在晶圆上留出了没有压印胶残余层的切割道。这样可以避免由于压印胶残余层带来的激光切割中的问题。大大提高激光切割的良率，成本和效率。

不仅对于激光切割，对于精度不高的划片切割来说，这种没有压印胶残余层的切割道也更容易切割。可以大大降低切割刀片的磨损率，降低切割成本。

附图说明

图1为实施例1的模板截面示意图；

图2为实施例1的模具正面示意图；

图3为实施例1纳米压印过程示意图；

图4为实施例1压印清洗后得到的带有无压印胶残余层切割道的晶圆示意图；

图5为实施例2的带切割道的软结构纳米压印模具截面示意图；

图6为实施例2的纳米压印过程示意图；

图7为实施例2压印清洗后得到的带有无压印胶残余层切割道的晶圆截面示意图；

图8为实施例2压印清洗后得到的带有无压印胶残余层切割道的晶圆正面示意图。

图中：基板111、切割道遮光层112、微纳结构113、压印胶131、切割道132、所需微纳结构133、压印晶圆13；基板211、带有微纳结构的聚合物层212、切割道遮光层213、压印胶231、切割道232、所需微纳结构233、压印晶圆23。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的实施例如下：

实施例1：

如图1所示，在本实施例中的纳米压印模板包括三个部分：基板111、切割道遮光层112和微纳结构113。基板111和微纳结构113采用同一材质，都为玻璃。切割道遮光层112采用一层切割道形状的金属层铬。

本实施例的纳米压印模板的制作过程是：

步骤一：在玻璃基底111的上表面使用光刻(或电子束直写、激光直写等)制作一层光胶掩膜层，使切割道部分没有光胶，非切割道部分有光胶。

步骤二：使用蒸镀或溅射的方法在带有光胶的玻璃基底111上镀一层金属，比如铬，金属完整覆盖上表面。

步骤三：使用金属剥离工艺(lift-off)的方法，把带有光胶的金属部分洗掉。剩下带有切割道图案的金属，形成切割道遮光层112，如图2所示。

步骤四：在玻璃基底111的下表面使用光刻(或电子束直写、激光直写等)制作一层微纳图案的光胶掩膜层。

步骤五：使用干法(icp，rie等)或者湿法刻蚀的方法，刻蚀玻璃基底111上没有光胶的部分，达到所需深度。

步骤六：清洗掉残留在玻璃基底111上的残胶，形成直接设在基板(111、211)下表面的微纳凹凸表面，得到所需的微纳结构113。

使用本实施例纳米压印模板进行纳米压印生产，得到没有压印胶残余层的切割道，大大降低后续切割的难度，具体过程如下：

步骤一：在产品所需的压印晶圆13(可以是玻璃、硅、蓝宝石、三五族半导体晶圆等)上旋涂一层压印胶131。

步骤二：将本实施例中的纳米压印模板压在涂好压印胶的压印晶圆13。如图3所示。

步骤三：进行紫外(uv)曝光，使压印胶131固化。紫外线垂直向下直线照射透过纳米压印模板中透明的玻璃基板111将没有被切割道遮光层112遮挡的压印胶131部分固化，被切割道遮光层112遮挡的压印胶131未被紫外线照射未固化，还保持液态。

步骤四：把纳米压印模板和压印晶圆13分开，固化的压印胶131粘在了压印晶圆13上并带有和纳米压印模板上微纳结构113相反的结构。

步骤五：在纳米压印模板的切割道遮光层112下面的压印胶131没有经过紫外光照射，因此没有固化，还保持液态。然后把带有压印胶(包含固化和未固化)的压印晶圆13放入压印胶清洗液(比如10％浓度的乙醇)，洗去未固化的压印胶131。而未固化的压印胶131所在部分是设计好的切割道。这样就在压印晶圆13上形成了没有压印胶残余的切割道132和微纳结构区域133，如图4所示。

实施例2：

如图5所示，在本实施例中的纳米压印模板也包括三个部分：玻璃基板211、切割道遮光层213和带有微纳结构的聚合物层212。玻璃基板211采用玻璃材质，切割道遮光层213采用一层切割道形状的金属层，比如铬。微纳结构制备在一层聚合物上形成带有微纳结构的聚合物层212，聚合物要与玻璃基板211有很好的粘附性，而且透光性好，具体可采用硅胶pdms。

本实施例的纳米压印模板的制作过程是：

步骤一：在玻璃基底211上表面使用光刻(或电子束直写、激光直写等)制作一层光胶掩膜层，使切割道部分没有光胶，非切割道部分有光胶。

步骤二：使用蒸镀或溅射的方法在带有光胶的玻璃基底211上镀一层金属，比如铬，金属完整覆盖上表面。

步骤三：使用金属剥离工艺(lift-off)的方法，把带有光胶的金属部分洗掉。剩下带有切割道图案的金属遮光层，形成切割道遮光层213，如图5所示。

步骤四：在玻璃基底211的下表面涂一层硅胶pdms，将带有微纳结构的原始模具从下往上压入作为聚合物的pdms中。

步骤五：将带有微纳结构233的原始模具、pdms和玻璃基底211一起放入烤箱中烘烤，直至pdms固化。

步骤五：将原始模具和玻璃基底211分离，固化后的pdms会粘到玻璃基底211上，而且固化后的pdms上会带有和原始模具上相反的微纳结构，这样就直接制成了带有微纳结构的聚合物层212。

使用本实施例纳米压印模板进行纳米压印生产，也能得到没有压印胶残余层的切割道，大大降低后续切割的难度，具体过程如下：

步骤一：在产品所需的压印晶圆23(可以是玻璃、硅、蓝宝石、三五族半导体晶圆等)上旋涂一层压印胶231。

步骤二：将上述实施例中的纳米压印模板压在涂好压印胶的压印晶圆23，如图6所示。

步骤三：进行紫外(uv)曝光，使压印胶231固化。紫外线垂直向下直线照射透过纳米压印模板中透明的玻璃基板211将没有被切割道遮光层213遮挡的压印胶231部分固化，被切割道遮光层213遮挡的压印胶231未被紫外线照射未固化，还保持液态。

步骤四：把纳米压印模板和压印晶圆23分开，固化的压印胶231粘在了压印晶圆23上并带有和纳米压印模板上微纳结构相反的结构。

步骤五：在纳米压印模板的切割道遮光层213下面的压印胶231没有经过紫外光照射，因此没有固化，还保持液态。然后把带有压印胶(包含固化和未固化)的压印晶圆23放入压印胶清洗液(比如10％浓度的乙醇)，洗去未固化的压印胶231。而未固化的压印胶231所在部分是设计好的切割道，这样就在压印晶圆23上形成了没有压印胶残余的切割道232和所需微纳结构233，如图7所示。图8为压印结果示意图。

由此，本发明提出的紫外固化纳米压印方法和特殊模具进行使用，可以使在纳米压印晶圆上，在设计好的切割道区域内没有压印胶残余层，直接露出基底材料。这样就可以避免由于压印胶残余层给后续切割工艺带来的困难，大大提高良率和产品质量，也可以降低切割时间和成本。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。