面向大面積納米壓印軟模具的制造技術(shù).doc

1、xxxx 大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 題目題目 面向大面積納米壓印軟模具的制造技術(shù)面向大面積納米壓印軟模具的制造技術(shù) 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號：學(xué)生學(xué)號： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 機(jī)械工程機(jī)械工程 學(xué)院學(xué)院 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè)專業(yè) 班班 2011 年 6 月 15 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班級 機(jī)械 姓名 下發(fā)日期 題目題目面向大面積納米壓印軟模具的制造技術(shù) 專題專題 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 要要 求求 大面積納米壓印光刻機(jī)是一種高效、高精度、低成本制造微納米結(jié)構(gòu)精密裝備， 是生產(chǎn)高密度磁盤、

2、高亮度 led、微流體器件、微光學(xué)器件的核心設(shè)備，基于一種大 面積納米壓印工藝對于全新三層復(fù)合模具的制造工藝特殊要求，開展復(fù)合模具材料和 制造方法的研究。 課題的目的課題的目的：了解納米壓印基本工藝，熟悉整片晶圓納米壓印原理和工藝實現(xiàn)方 法，完成新型復(fù)合模具材料和制造方法的研究。 課題的內(nèi)容和要求課題的內(nèi)容和要求：具有不同硬度pdms的研制，三層復(fù)合模具制造方法，包括母 模的制造，軟模具的制造以及模具防粘連處理等關(guān)鍵問題的研究。 主要技主要技 術(shù)參數(shù)術(shù)參數(shù) 進(jìn)進(jìn) 度度 及及 完完 成成 日日 期期 3 月 7 日 3 月 20 日 畢業(yè)實習(xí) 3 月 21 日 4 月 3 日 查閱資料、熟悉課題

3、 4 月 4 日 4 月 17 日 具有不同硬度 pdms 模具材料的研究 4 月 18 日 5 月 1 日 母模制造方法 5 月 2 日 5 月 22 日 軟模具的制造方法 5 月 23 日 5 月 29 日 模具防粘連等關(guān)鍵技術(shù)的研究 5 月 30 日 6 月 15 日 撰寫畢業(yè)論文、準(zhǔn)備答辯 教學(xué)院長簽字日 期教研室主任簽字日 期指導(dǎo)教師簽字日 期 指 導(dǎo) 教 師 評 語 指導(dǎo)教師: 年 月 日 指 定 論 文 評 閱 人 評 語 評閱人: 年 月 日 答 辯 委 員 會 評 語 指導(dǎo)教師給定 成績(30%) 評閱人給定 成績(30%) 答辯成績 （40%） 總 評 答辯委員會主席 簽字

4、 評 定 成 績 摘要摘要 傳統(tǒng)微電子工業(yè)中所使用的紫外曝光光刻技術(shù)面臨昂貴的光刻設(shè)備和復(fù)雜的技術(shù) 難題，如避免光學(xué)衍射和透鏡材料選擇等。而微納米壓印技術(shù)只需制作一塊印章就可 以運(yùn)用物理原理復(fù)制出許多圖案化的微納結(jié)構(gòu)，具有簡單易行、成本低廉、批量高效 等優(yōu)點(diǎn)。本文從比較常用的幾種印章制作材料入手，通過對材料脫模性和紫外光透過 性的對比，選定改進(jìn)的聚二甲基硅氧烷作為模具材料制作壓印模具。詳細(xì)地分析了材 料單體與固化劑配比值對模具硬度、抗拉壓剪切等物理性能的影響。 聚二甲基硅氧烷（pdms）作為一種特殊性能的彈性體，是制作印章的理想材料。 但是現(xiàn)行 pdms 印章有諸多缺點(diǎn)如固化后有收縮變形，而且

5、在非平面的組織溶劑，如 甲苯和乙烷的作用下，高深比將出現(xiàn)一定的膨脹；由于彈性模太軟，無法獲得大的深 寬比，對 pdms 進(jìn)行改性以增強(qiáng)其機(jī)械性能的研究就是非常成功的。 常用的增強(qiáng)方法一般為玻璃態(tài)有機(jī)聚合物增強(qiáng)和無機(jī)填料增強(qiáng)，玻璃態(tài)有機(jī)聚合 物增強(qiáng)的效果還需進(jìn)一步提高，本文選擇了無機(jī)填料增強(qiáng)方法中溶液法制備 pdms/蒙 脫土納米復(fù)合材料的增強(qiáng)方式，詳細(xì)研究了對 pdms 力學(xué)性能和耐溶劑性能的影響。 確定了壓印模具的形式為增強(qiáng)型 pdms軟 pdms增強(qiáng)型 pdms 的三層復(fù)合模具。 目前 pdms 印章制備主要是在母板上澆鑄而成，需要長時間占用母板進(jìn)行固化， 本文開拓新的批量加工 pdms

6、印章的方法，主要有旋涂法和熱壓法(mms 技術(shù))大規(guī)模 制備 pdms 印章。旋涂法是在母板上旋涂而非澆鑄然后固化，該技術(shù)固化時間短、復(fù) 制品均勻、且與微電子工藝兼容。熱壓法先通過熱壓印的方法制備聚合物模板，旋涂 或澆鑄 pdms 預(yù)聚體和固化劑的混合物至聚合物模板上，最后固化脫模即可以達(dá)到批 量生產(chǎn) pdms 印章的目的。由于熱壓印所需時間較短，熱壓印一次后，母板可以繼續(xù) 用十熱壓印而不像傳統(tǒng)方法中母板一直被占用，這樣在短時間內(nèi)即可壓印出大量的聚 合物模板，繼而復(fù)制出大量的 pdms 印章。 進(jìn)行納米壓印前，必須對印章進(jìn)行抗粘處理，否則在脫模時常常出現(xiàn)印章和襯底 上的膠粘連在一起而難以分離。

7、本文采用兩種方法對納米印章進(jìn)行表面處理，即干法 和濕法。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：納米壓印 pdms 三層軟模具 電子束光刻 旋涂法 熱壓法 抗粘連層 abstract traditional ultraviolet lithography in microelectronics industry meets expensive lithography tool and complex technical problems, such as optic diffraction and choice of lens material. in the next generation lithography,

8、 imprint technique has the advantage of high throughput because one single stamp can replicate many patterned micro/nanostructures in a low cost. the mold with a high quality is one of the key factors in the il process. several materials are researched for fabricating il mold. the performances of th

9、e material, including remolding characteristic and uv-light permeating characteristic are studied, and pdms is selected as the template material. polydimethylsiloxanes (pdms) are a unique class of polymers that can be crosslinked to form elastomers with many attractive properties, including low surf

10、ace energy, low toxicity, high optical transparency, and good chemical and thermal stabilities. they have been extensively used in electrical-insulating products, sealing products as well. most polydimethylsiloxanes today are reinforced with inorganic fillers because of the weak linkages between pdm

11、s molecules. however, the current stamp have disadvantages, such as curing, and after contraction deformation in the flat organization solvent, such as toluene and ethane, under the action of advanced than will appear certain inflation; chapter in a low by the follies course, because an elastic modu

12、lus too soft, cant get the big wide, deep pdms than modified in order to enhance its mechanical properties research is very successful. common enhancement method for glass state organic polymers commonly to enhance and inorganic packing enhancement, glass state organic polymer enhancement effect sti

13、ll needs to enhance, this paper introduces inorganic packing enhancement method for solution method of pdms/montmorillonite composites (mmt-tpac pdms/detailed research) method for pdms mechanical properties and nairongji performance influence. determine the stamping mould for enhanced the ultimate f

14、orm of soft pdms - three layers - enhanced pdms compound soft mold. conventional method of fabricating pdms is to cast mixture of pdms prepolymer and its curing agent directly on a master, which is time-consuming because it occupies the master a long time for curing. two novel methods have been inno

15、vated to manufacture pdms quickly. one technique is using spin-coating instead of casting on the master. the other is using the master to imprint many polymer molds and then spin-coating or casting pdms mixture on the polymer molds to produce many pdms stamps. we call the later method mms technique

16、(from master via mold to stamp). because imprint has a short process cycle, the master can imprint may polymer molds in a short time, and then use them to manufacture pdms stamps. before printing on nano pressure to seal, must deal with, or to fight sticky often appear in stripping seal and lining t

17、he floor of the adhesive together and difficult to separate. this paper adopts two methods of nano seal surface treatment, namely dry and wet. key words: nanoimpirnt lithography pdms three layer of soft mould electron- beam lithography spin besmear methods mms technique antiblocking agent 目錄目錄 摘要摘要

18、.i abstract.ii 目錄目錄 .iv 第一章第一章 緒論緒論.1 1.1 課題研究的背景 .1 1.2 納米壓印的優(yōu)勢和應(yīng)用領(lǐng)域 .2 1.3 納米壓印的發(fā)展現(xiàn)狀 .4 1.4 納米壓印光刻技術(shù)原理 .5 1.5 各種壓印光刻技術(shù)對比 .8 1.6 納米壓印工藝亟待解決的問題 .9 1.7 論文的主要研究工作 .11 第二章第二章 模具形式的確定和材料的選擇模具形式的確定和材料的選擇.12 2.1 硬模具和軟模具比較.12 2.2 軟模具的結(jié)構(gòu).14 2.3 軟模具材料類型的確定.18 2.4 pdms 單體與固化劑質(zhì)量混合比對其性能的影響 .26 2.5 增強(qiáng)型 pdms.32 2

19、.6 結(jié)論及三層軟模具材料選擇形式的提出.37 第三章第三章 三層軟模具的制備工藝三層軟模具的制備工藝.38 3.1 模具制作的基本過程.38 3.2 模具母版的制備工藝簡介.38 3.3 母版制備工藝分析.40 3.4 電子束光刻制作母版.41 3.5 旋涂法制備 pdms 印章.43 3.6 熱壓法大規(guī)模制備 pdms 印章的新方法.46 3.7 pdms 印章中的缺陷分析 .49 3.8 小結(jié).50 第四章第四章 納米壓印印章抗粘連層的制備納米壓印印章抗粘連層的制備.51 4.1 分子動力學(xué)選擇壓印中印章抗粘連層物質(zhì) .51 4.2 利用干法抗粘制備印章的抗粘連層.53 4.3 利用濕法

20、抗粘制備印章的抗粘連層.55 4.4 兩種方法對比.58 4.5 小結(jié).61 第五章第五章 總結(jié)與展望：總結(jié)與展望：.62 5.1 全文總結(jié).62 5.2 未來工作展望 .62 參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)：.64 致謝：致謝：.66 附件附件 英文文獻(xiàn)翻譯英文文獻(xiàn)翻譯.67 第一章第一章 緒論緒論 1.1 課題研究的背景課題研究的背景 “一尺之錘，日取一半，永世不竭” ，這是我國古代流傳下來的物質(zhì)無限可分的思 想，無獨(dú)有偶，美國亞利桑那州立大學(xué)的一位教授也說過：生命是有限的，但微型化 是無限的(life is limited, but miniaturization is unlimited)。自古以

21、來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都 在不斷的推拓寬人們認(rèn)識世界的思路，一方面不斷向地球、月亮、星際、太空等宏觀 方向開拓，一方面也不斷向著微觀世界進(jìn)行了孜孜不倦的探索。尤其是在近半個世紀(jì) 以來，可以毫不夸張的說，微型化（miniaturization）的趨勢引領(lǐng)了 20 世紀(jì)下半葉直到 21 世紀(jì)初科學(xué)技術(shù)發(fā)展的潮流并方興未艾。過去三十多年來，以集成電路為核心的微 電子技術(shù)迅速發(fā)展集中反應(yīng)了微型化這一技術(shù)發(fā)展的趨勢：高密度、超高頻器件不斷 出現(xiàn)和發(fā)展，促進(jìn)了以計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、多媒體技術(shù)等為代表的信息技 術(shù)的飛速發(fā)展。例如，自 20 世紀(jì) 60 年代以來，集成電路一直按照摩爾定律不斷更新 換代，即

22、單個芯片中集成的晶體管數(shù)目每 18 個月翻一番。再如，50 年代以來，磁存儲 的密度也按照每 10 年不少于 10 倍的速度發(fā)展，尤其最近 10 年的時間，磁存儲密度增 加了 100 倍，達(dá)到了高于 10gb/in2的水平。 在半導(dǎo)體工業(yè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的光學(xué)光刻技術(shù)是目前非常成熟的微型制造技術(shù)， 經(jīng)過不斷發(fā)展，滿足了 0.1m 以上尺寸圖形刻印的要求。但在應(yīng)用到納米級微小結(jié)構(gòu) 制作時則面臨了很多問題。尤其是在分辨率方面，其光刻分辨率受光波波長和光學(xué)系 統(tǒng)數(shù)值孔徑的限制。而無法得到根本的提高。為了提高光刻系統(tǒng)分辨率以制作更小特 征尺寸的圖形，新的光刻技術(shù)不斷涌現(xiàn)，即下一代光刻技術(shù)(next ge

23、neration lithography,ngl)，如：電子束光刻(ebl)、x 射線光刻(xrl)、離子束投影光刻(ibl)、 極紫外光刻(euvl)等。 電子束光刻具有極高的分辨率，甚至可以達(dá)到原子量級。電子束曝光制作的最小 尺寸可達(dá) 1020nm。而且，電子束光刻是無掩模直寫的，因此靈活性較好。但電子束 光刻有一個很大的缺點(diǎn)就是生產(chǎn)率極低，因為電子束光刻是采用掃描方法來制作圖形 的，因此，目前電子束光刻一般只用來制作高精度掩模。 極紫外線光刻技術(shù)(使用波長 1070nm 的紫外光)和 x 射線光刻技術(shù)(使用波長 0.110nm 的 x 光)也有其難處，如：常規(guī)的透鏡不能透過極端紫外光，也

24、不能使 x 光 聚焦；高能輻射也會迅速破壞掩模和透鏡種的許多材料，因此掩模制作困難。更重要 的是，這些方法所使用的設(shè)備極其昂貴。 離子束曝光技術(shù)起源于 20 世紀(jì) 70 年代，自從 80 年代后才得到真正發(fā)展，由于離 子質(zhì)量比電子大，所以散射少的多，具有比電子束光刻更高的分辨率。不過，離子束 光刻尚處于發(fā)展階段，需要解決抗蝕劑的曝光深度、掩模制作、高能離子束源及離子 束聚焦等問題，距離實用化還有很長的路要走。 綜上所述，上述幾種光刻工藝都因其固有的缺點(diǎn)而無法短期內(nèi)在高分辨、高效率 的圖形刻印領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。采用傳統(tǒng)的光學(xué)光刻方法制造越來越小特征尺寸芯片 的成本越來越高，甚至影響摩爾定律的繼續(xù)

25、作用，微型化趨勢的不斷發(fā)展要求有更簡 單、更經(jīng)濟(jì)的方法來制作0.1m 的納米尺寸圖形結(jié)構(gòu)；在研究人員的努力下，納米 壓印光刻技術(shù)(nanoimprint lithography, nil)應(yīng)運(yùn)而生。 納米壓印技術(shù)(nanoimprint lithography, nil)是華裔科學(xué)家美國普林斯頓大學(xué)周郁 在 1995 年發(fā)明的一種廉價、高分辨率的光刻技術(shù)27。具有強(qiáng)大競爭力，從根本上展 示了納米器件生產(chǎn)的廣闊前景。 1.2 納米壓印的優(yōu)勢和應(yīng)用領(lǐng)域納米壓印的優(yōu)勢和應(yīng)用領(lǐng)域 納米壓印的優(yōu)勢主要有以下 6 點(diǎn)： (1).高分辨率。高分辨率。 它既可以在大面積基片上重復(fù)、大批量地制備各種納米圖形結(jié)構(gòu)

26、，通過并行處理 制備多個零件，也不需要極為復(fù)雜昂貴的光學(xué)鏡頭和光學(xué)系統(tǒng)、電子聚焦系統(tǒng)，同時 又避免了光學(xué)曝光中的衍射和電子束曝光一起的散射現(xiàn)象，分辨率可達(dá)幾個納米。這 已經(jīng)超過最先進(jìn)的光學(xué)光刻技術(shù)2。hewlett-packard 公司已經(jīng)用這種技術(shù)加工出分子 存儲陣列，其半周期只有 65nm。納米壓印技術(shù)已經(jīng)被國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖(itrs)收 錄，作為下一代光刻技術(shù)(next generation lithography, ngl)的候選者，有望在 2019 年 用于 16nm 的結(jié)點(diǎn) 。 (2).真實三維結(jié)構(gòu)制作。真實三維結(jié)構(gòu)制作。 納米壓印技術(shù)是一種接觸式光刻技術(shù)，相當(dāng)昂貴的光刻只需被

27、用一次以制造可靠 的印章，印章就可以在光刻膠或基片上大量生產(chǎn)復(fù)制品，而光刻膠或基片表面得到的 圖形和結(jié)構(gòu)是由模板決定的，所以只要采用合適的三維模板，就可以在光刻膠或基片 上壓印出三維微結(jié)構(gòu)。 (3).低成本，高生產(chǎn)效率，適用于大批量的工業(yè)生產(chǎn)。低成本，高生產(chǎn)效率，適用于大批量的工業(yè)生產(chǎn)。 納米壓印光刻不需要復(fù)雜且造價昂貴的光學(xué)系統(tǒng)，大大降低了設(shè)備的成本。雖然 需要采用電子束曝光等相對昂貴的手段來制作模板，但將這些成本轉(zhuǎn)移到大批量的最 終產(chǎn)品后，其數(shù)額是很微不足道的。納米壓印光刻技術(shù)工作原理簡單，工藝過程耗時 短，與采用掃描曝光方法的電子束光刻等手段相比，工藝周期大幅度縮短，所以更適 用于高效率

28、的工業(yè)化批量生產(chǎn)。 (4).寬的加工尺寸范圍寬的加工尺寸范圍 納米壓印光刻技術(shù)因為其高的分辨率的特點(diǎn)而在100nm 微結(jié)構(gòu)制作中占有重要地 位，但其同樣適用于微米甚至毫米級結(jié)構(gòu)的加工。 (5).綠色環(huán)保。綠色環(huán)保。 納米壓印光刻是采用壓印方法直接進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移，不像傳統(tǒng)光刻那樣需要含有大 量有害成分的顯影液對光刻膠顯影，因而大大降低了了對環(huán)境的污染。隨著研究的深 入，研究者不僅利用納米壓印光刻技術(shù)制備出納米級特征尺寸的圖形，而且開始利用 納米壓印光刻技術(shù)制備各種器件甚至系統(tǒng)。 (6) 優(yōu)異的生物、物理和化學(xué)性能優(yōu)異的生物、物理和化學(xué)性能 因為納米壓印采用聚合物襯底，其優(yōu)點(diǎn)是：表面生物相容性好，具

29、有優(yōu)異的光學(xué)、 力學(xué)、化學(xué)和電學(xué)性能(譬如透明性、導(dǎo)電性、柔韌性)。因此適合于微納米加工的領(lǐng)域 很廣。 納米壓印光刻技術(shù)在以下幾個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用：納米壓印光刻技術(shù)在以下幾個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用： (1). 100100 從表 1-1 中可以看出，現(xiàn)有 nil 技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn) 6nm 的特征圖型轉(zhuǎn)移，且大部 分 nil 技術(shù)都能實現(xiàn) 30nm 左右的特征圖型轉(zhuǎn)移，這些技術(shù)都有其自身的優(yōu)勢所在， 但是它們在原理及技術(shù)上或多或少的存在一些問題。 (1) mcp 技術(shù)技術(shù) mcp(微接觸壓印)技術(shù)的最大優(yōu)勢在于模具尺寸大，生產(chǎn)效率高， 其使用 pdms 作為壓印模具能夠有效的解決壓印模具和硅片之間的平

30、行度誤差以及兩 者表面的平面度公差。但是正因為 pdms 模具具有良好的彈性，在將涂于模具表面的 硫醇轉(zhuǎn)移到抗蝕劑表面時會發(fā)生模具和抗蝕劑之間的相對滑動，導(dǎo)致被轉(zhuǎn)移圖型的變 形和缺損。該工藝還有一個不足之處是抗蝕劑必須經(jīng)過刻蝕才能圖形化，在某些領(lǐng)域 （如光盤的生產(chǎn)）限制了其應(yīng)用。 (2) hil 技術(shù)技術(shù) hil（熱壓?。┘夹g(shù)的優(yōu)勢是可以使用與現(xiàn)行微電子行業(yè)正在應(yīng)用 的相同的抗蝕劑材料（pmma） ，在后續(xù)刻蝕工藝中不需要重新調(diào)配工藝參數(shù)，與現(xiàn)有 的微電子生產(chǎn)線的接合性良好。但是 hil 技術(shù)需要加熱，且壓印力很大，使整個系統(tǒng) 產(chǎn)生不可彌補(bǔ)的變形；并且 hil 技術(shù)不能使用彈性模具，使其無法消

31、除硅片和模具之 間的平行度誤差及兩者表面的平面度公差。因此，hil 技術(shù)只能應(yīng)用于單層且不需要 圖型縫合的壓印領(lǐng)域，如光盤和防偽商標(biāo)的制作。 (3) sfil 技術(shù)技術(shù) sfil（步進(jìn)光刻壓?。┘夹g(shù)使用光固化抗蝕劑，抗蝕劑粘度低， 流動性好，極大的降低了壓印力；使用硬質(zhì)模具，不需要加熱，基本消除了整個系統(tǒng) 和模具的變形。因此 sfil 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多層壓印圖型的轉(zhuǎn)移，且圖型保真度良好。同 樣由于 sfil 技術(shù)使用硬質(zhì)模具，無法解決平行度誤差和平面度公差的問題，限制了模 具的圖型轉(zhuǎn)移面積，并且為了彌補(bǔ)平面度公差問題，必須使用多層抗蝕劑技術(shù)，增加 了技術(shù)難度和成本。 (4) ladi 和金屬壓模

32、技術(shù)和金屬壓模技術(shù) 對比最小圖型 cd，激光輔助壓印光刻(laser assisted direct imprint，)和金屬壓模技術(shù)最小，達(dá)到 10nm，但產(chǎn)能非常小，并且最大壓印面積 最小，顯然難以實現(xiàn)大面積壓印需求；對比定位精度，結(jié)果均不理想，在 5001000nm，不能達(dá)到 ic 制造要求，需要進(jìn)一步提高。因此，要滿足微結(jié)構(gòu)制造要 求，都需進(jìn)一步的提高和改進(jìn)。 從上面的敘述中可以看出，現(xiàn)有主流的 il 技術(shù)都有實際應(yīng)用的可能性，但是都存 在一定的缺陷，為了實現(xiàn)低成本高效率的壓印圖型轉(zhuǎn)移就必須對它們進(jìn)行改進(jìn)。目前， nil 工藝亟待解決的問題主要有：圖型缺陷、抗蝕劑的選擇和涂鋪方式、模具

33、材料的 選擇和制作方式、模具定位和套刻精度、多層結(jié)構(gòu)高度差等。 1.6 納米壓印工藝亟待解決的問題納米壓印工藝亟待解決的問題 (1) 圖型缺陷圖型缺陷 圖型缺陷主要分為以下幾種。 a 由接觸導(dǎo)致。傳統(tǒng)光刻技術(shù)從接觸式光刻發(fā)展到接近式光刻（包括投影縮微光 刻） ，不但有提高分辨率的因素，另一個重要的原因就是微制造對缺陷的控制要求越來 越高，而接觸式光刻無法滿足這一要求。由于 il 技術(shù)屬于接觸式圖型轉(zhuǎn)移技術(shù)，會由 于接觸引入大量的缺陷，因此必須研究如何減少缺陷，以滿足微制造的嚴(yán)格要求。由 接觸轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的抗蝕劑表面圖型缺陷主要有幾方面原因：模具本身圖型缺陷導(dǎo)致、模 具變形導(dǎo)致、模具上粘連其它物質(zhì)導(dǎo)

34、致、脫模時模具與抗蝕劑粘連導(dǎo)致。這些因素都 將影響抗蝕劑表面圖型的質(zhì)量。 b 由抗蝕劑涂鋪缺陷導(dǎo)致。在抗蝕劑涂鋪過程中產(chǎn)生的微小氣泡、抗蝕劑與基材 親和性不好導(dǎo)致地收縮和抗蝕劑薄膜上的微小破裂都會導(dǎo)致圖型缺陷的產(chǎn)生。 c 由其它相關(guān)因素導(dǎo)致。如壓印工作環(huán)境中的塵埃和壓印過程中模具表面無法排 出的空氣，以及由于機(jī)構(gòu)溫度的變化導(dǎo)致的變形等。 (2) 抗蝕劑的選擇和涂鋪方式抗蝕劑的選擇和涂鋪方式 由于采用了新型的非揮發(fā)高分子材料作為 il 工藝的抗蝕劑，抗蝕劑材料的制備和 涂鋪特性需要進(jìn)行詳細(xì)的研究。 (3) 模具材料的選擇和制作方式模具材料的選擇和制作方式 il 技術(shù)與傳統(tǒng)光學(xué)光刻的關(guān)鍵區(qū)別在于使

35、用壓印模具進(jìn)行圖型轉(zhuǎn)移，制作一種高 質(zhì)量的壓印模具是順利完成 il 圖型轉(zhuǎn)移的首要問題。現(xiàn)在在壓印模具制作上由于 il 工藝的實現(xiàn)方式不同存在幾個研究方向，但是都或多或少的存在一些問題，比如硬模 具的粘連脫模問題，軟模具的變形和壽命問題等等。針對不同的 il 工藝要進(jìn)行相關(guān)的 模具選材和制作研究。 (4) 模具定位和套刻精度模具定位和套刻精度 在壓印圖型轉(zhuǎn)移過程中，如果需要圖型縫合或者需要進(jìn)行多層壓印，就必須進(jìn)行 模具的精確定位和套刻對準(zhǔn)。要實現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的壓印圖型轉(zhuǎn)移，其定位和對準(zhǔn)系統(tǒng)必須 能夠達(dá)到納米級精度。其精度主要取決于兩個因素： 1) 定位的方法和定位所使用的物理器件； 2) 檢測并校正

36、信號失真誤差的能力。 (5) 多層結(jié)構(gòu)高度差多層結(jié)構(gòu)高度差 在微制造過程中，如果是多層結(jié)構(gòu)，就必然存在臺階，而壓印必須在平面內(nèi)完成， 因此首先必須先將高低不平的表面平坦化后才能進(jìn)行正常的壓印圖型轉(zhuǎn)移。 1.7 論文的主要研究工作論文的主要研究工作 所有這些壓印光刻技術(shù)盡管所依據(jù)的物理化學(xué)機(jī)理不一樣，所使用的模板與樣品 的材料也不相同，但都要使用一個表面帶有微小結(jié)構(gòu)特征的模具（mold，template） ， 實現(xiàn)由模板到基質(zhì)的圖形轉(zhuǎn)移。 模具也稱為模版或印章，壓印模具是 nil 工藝與傳統(tǒng)光學(xué)光刻工藝最大的區(qū)別所 在，模具作為壓印特征的初始載體直接決定著壓印圖型的質(zhì)量，不同于傳統(tǒng)光學(xué)光刻 使用

37、的掩模(4x)，納米壓印光刻使用的是 1x 模版，它在模具制作檢查和修復(fù)技術(shù)面臨 更大挑戰(zhàn)。而且隨著納米壓印光刻研究的日益深入以及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，nil 模 具的制造將變得越來越重要并面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)3。因此，模具的制造已經(jīng)成為 當(dāng)前納米壓印光刻一個最重要的研究熱點(diǎn)，納米壓印光刻發(fā)展的歷史也是壓印模具不 斷發(fā)展創(chuàng)新的歷史。 能否制作出滿足高精度、高均勻、高平整和高保真的壓印模具是整個工藝的核心 問題之一。壓印模具制作的關(guān)鍵是模具材料選取和模具制備過程中工藝條件控制。為 了獲得高精度壓印模具，本論文的具體工作包括以下幾個方面： (1) 對比現(xiàn)有的各種模具結(jié)構(gòu)形式，確定一種最合適的模具結(jié)構(gòu)

38、形式。 (2) 針對壓印工藝的要求，對比分析各種現(xiàn)行比較常用的壓印模具制作材料，經(jīng)過 對硬模具和軟模具的對比分析；以及各種彈性材料之間的紫外光透過性和脫模性的研 究，確定用于壓印工藝的彈性模具材料。 (3) 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)形式的需要研究討論了增強(qiáng)型 pdms 的制作工藝。 (4) 確定三層模具各層所使用的材料。 (5) 討論了模具母版的各種制作方法并采用電子束光刻制作了所需母版。 (6) 采用旋涂法和熱壓法制作出三層軟模具。 (7) 對三層軟模具制作過程中出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行探討，通過缺陷分析進(jìn)一步改進(jìn)相關(guān) 工藝參數(shù)。 (8) 進(jìn)行納米壓印前，必須對印章進(jìn)行抗粘處理，本文采用兩種方法對納米印章進(jìn) 行表

39、面處理，即干法和濕法。 第二章第二章 模具形式的確定和材料的選擇模具形式的確定和材料的選擇 模具按照材料透光性可分為透光模具和不透光模具；按照材料硬度可分為硬模具 和軟模具。 2.1 硬模具和軟模具比較硬模具和軟模具比較 2.1.1 硬模具硬模具 在壓印模具的材料使用上，硬模具和軟模具都有其各自的優(yōu)勢所在，硬模具可以 用在所有 nil 工藝中，實用面非常廣。在壓印過程中不會因為壓印載荷而變形，使用 壽命也較長。但是硬模具材料的表面能高，與固化后的抗蝕劑表面能相近，容易發(fā)生 粘連，不易脫模。在實際使用中必須在模具表面噴涂脫模劑，極大的影響了壓印效率。 而且，即使噴涂了脫模劑也容易發(fā)生粘連。如圖

40、2-1 所示，為硬模具表面圖型檢測結(jié) 果，圖中所示硬模具在使用前已經(jīng)噴涂脫模劑，用以降低其表面能。 （a）噴涂有脫模劑的模具（b）壓印 10 次的模具(c)壓印 20 次的模具 圖 2-1 硬模具使用效果（3000） 圖 2-1a 為硬模具原型，圖中模具表面圖型為西安交通大學(xué)（xjtu）和先進(jìn)制造技 術(shù)研究所（iamt）的縮寫。模具表面圖型清晰、整體表面非常清潔；圖 2-1b 為壓印 10 次后的模具表面，已經(jīng)能夠明顯看出模具表面圖型有抗蝕劑粘連情況發(fā)生，說明此 時模具表面的脫模劑已經(jīng)有部分缺失。圖 2-1c 為壓印 20 次以后的模具表面，可以看出 模具表面圖型已經(jīng)基本被粘連的抗蝕劑覆蓋，模

41、具已經(jīng)完全無法使用。從圖 2-1b 和 2- 1c 中可以發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象，沒有圖型的區(qū)域此時沒有發(fā)生抗蝕劑粘連，說明模具與抗蝕 劑粘連不僅與表面能有關(guān)，也與模具表面圖型復(fù)雜程度有關(guān)。從圖 2-1 中可以發(fā)現(xiàn)， 硬模具與抗蝕劑在壓印過程中會產(chǎn)生聚合物微觀粘連，嚴(yán)重影響壓印圖型轉(zhuǎn)移的質(zhì)量， 對模具也造成破壞。 再者，由于硅片表面和硬模具表面之間存在的平行度誤差和平面度公差問題，導(dǎo) 致硬模具與硅片表面之間的接觸效果較差，同時也限制了圖型轉(zhuǎn)換的有效面積。 在實際使用中，如果使用硬模具進(jìn)行壓印圖型轉(zhuǎn)移，可以采用多層抗蝕劑技術(shù)消 除硅片表面平面度公差問題，但是平行度誤差和硬模具表面的平面度公差問題無法解 決

42、。 2.1.2 軟模具軟模具 軟模具與硬模具相比，最大優(yōu)勢在于模具材料具有一定的彈性，能夠很好的適應(yīng) 模具和硅片之間的平面度公差和平行度誤差問題（如圖 2-2 所示） ，可以增大壓印區(qū)域 面積，提高壓印效率。 圖 2-2 軟硬印章壓印效果比較 左邊:硬印章工藝。顯示出晶圓片的轉(zhuǎn)移的不均勻性,直接偏向殘差層,因為印章和底板都有很強(qiáng) 的剛性。右邊:軟印章工藝 波浪形特征轉(zhuǎn)移很充分,從而改善了壓印效果。 但是軟模具的彈性也引入了壓印過程中的變形問題，此變形同樣能夠?qū)е聢D型轉(zhuǎn) 移的失敗。為了控制并消除由于模具變形導(dǎo)致的圖型失真，必須精確控制壓印加載過 程中的加載載荷，導(dǎo)致加載過程復(fù)雜化。 再者，軟模具

43、是由高分子材料制作，其物理性能受到模具制作工藝的嚴(yán)重影響， 增加了模具制作的難度。 2.1.3 軟模具的優(yōu)勢軟模具的優(yōu)勢 基于以上的探討，硬模具和軟模具都有其各自的缺陷，通過對比各種相關(guān)因素， 發(fā)現(xiàn)在采用紫外光固化抗蝕劑的 nil 工藝中，軟模具比硬模具相比具有以下優(yōu)勢： (1) 具有很高的微觀圖形保真轉(zhuǎn)移能力，轉(zhuǎn)移后圖形質(zhì)量完好，模具具有良好的自 清潔能力和抗磨損性能以及較高的使用壽命； (2) 抗蝕劑固化后脫模容易； (3) 單次圖型轉(zhuǎn)移面積大； (4) 基能夠很好的適應(yīng)模具和硅片之間的平面度公差和平行度誤差問題。 基于上述原因，決定在本文重點(diǎn)研究 nil 工藝中使用的軟模具。 2.2 軟

44、模具的結(jié)構(gòu)軟模具的結(jié)構(gòu) 2.2.1 單層軟模具結(jié)構(gòu)單層軟模具結(jié)構(gòu) 起初軟模具為單一的單層結(jié)構(gòu)，如下表所示 圖 2-3 單層 pdms 模板加工過程示意圖 但是單一的軟模具的彈性的變形問題能夠?qū)е聢D型轉(zhuǎn)移的失敗。為了控制并消除 由于模具變形導(dǎo)致的圖型失真，必須精確控制壓印加載過程中的加載載荷，導(dǎo)致加載 過程復(fù)雜化，為了解決這個問題很快有了下面的雙層軟模具結(jié)構(gòu) 2.2.2 雙層軟模具結(jié)構(gòu)雙層軟模具結(jié)構(gòu) 由于軟模具材料不具備機(jī)械硬度,要使用一種硬質(zhì)材料作為支撐,所以壓印模具由彈 性模具和石英組成.如圖 2-5 所示,彈性模具承擔(dān)圖形轉(zhuǎn)移和消除平面誤差 ,并具有消除 模具和被壓印物體表面之間不平行誤差

45、的功能.石英作為硬襯能夠保證整個壓印模具具 有承載強(qiáng)度和紫外透光性,光柵為模具制作和套印對準(zhǔn)標(biāo)記,彈性模具和石英通過粘接固 連在一起.在模具制作過程中,彈性模具的澆鑄以及與石英的粘接是一次完成的,因此保證 了石英硬襯表面和彈性模具表面相對平行. 由于軟模具自身強(qiáng)度性質(zhì)，導(dǎo)致脫模時部分圖形可能斷裂在母板中，影響了轉(zhuǎn)移 圖形的質(zhì)量和高度。如果能找到性質(zhì)更好的材料，或者可以提升 pdms 本身材料的抗 斷裂性，可實現(xiàn)更大的深寬比。顯然這是一個急需解決的問題。為此本文提出一種新 型的軟模具結(jié)構(gòu)。 2.2.3.三層軟模具結(jié)構(gòu)三層軟模具結(jié)構(gòu) 根據(jù)整片晶圓納米壓印的工藝要求，軟模具應(yīng)該具有以下性能： (1)

46、 良好的彈性彎曲變形能力，確保壓印過程和脫模過程工藝的實現(xiàn)； (2) 被轉(zhuǎn)移圖形具有高度的保真特性，壓印過程中將變形降低到最小，確保被轉(zhuǎn)移 圖形的質(zhì)量和精度； (3) 抗蝕劑減薄過程中在整片晶圓區(qū)域保持均勻一致的壓印力，確保獲得均勻一致 薄的殘留層厚度； (4) 軟模具尺寸大，前期實驗包含特征圖形的最小尺寸直徑達(dá)到 100mm； (5) 具有紫外光穿透特性，確保抗蝕劑固化工藝的實現(xiàn)； (6) 具有良好的脫模性能，確保脫模過程中模具與所復(fù)制的圖形不發(fā)生粘連； (7) 使用壽命長，滿足工業(yè)化生產(chǎn)的使用要求。 為此，本文提出一種全新的三層復(fù)合結(jié)構(gòu)透明的軟模具，它由結(jié)構(gòu)層、彈性層和 支撐層三部分組成。

47、其中結(jié)構(gòu)層包含所要復(fù)制的圖形結(jié)構(gòu)，彈性層位于結(jié)構(gòu)層之上， 支撐層位于彈性層之上。結(jié)構(gòu)層的厚度是 100-200 微米；彈性層的厚度是 400-700 微米； 支撐層的厚度是 100-200 微米。彈性層選用具有良好縱向彎曲變形性能軟的材料，而 結(jié)構(gòu)層和支撐層硬度為彈性層使用材料硬度的 2-3 倍。結(jié)構(gòu)層、彈性層、支撐層的材 料選擇將在下面具體論述。三層模具結(jié)構(gòu)如圖 2-4 所示。該模具將納米壓印使用的硬 模具的高分辨率和軟模具易于彈性彎曲的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來。并且避免了軟、硬模具各自 的缺點(diǎn)。 圖 2-4 三層軟模具結(jié)構(gòu)圖 單層軟模具結(jié)構(gòu)雙層軟模具結(jié)構(gòu) 三層軟模具結(jié)構(gòu) a三層軟模具結(jié)構(gòu) b 三層軟模

48、具結(jié)構(gòu) c三層軟模具結(jié)構(gòu) d 圖 2-5 常見軟模具結(jié)構(gòu)示意圖 其基本壓印過程如圖 1 所示。具體包括以下工藝步驟： (1) 預(yù)處理過程。 關(guān)閉壓力管路，打開真空管路，模板吸附在壓印頭工作臺面上（具體說是模板的 支撐層吸附于壓印頭工作臺面中的凹槽里） 。將涂鋪有抗蝕劑的晶圓固定在工作臺上， 壓印頭與晶圓對正后，壓印機(jī)構(gòu)下降，直至壓印頭的支撐調(diào)節(jié)塊與晶圓工作臺相接觸。 (2) 壓印過程 首先，從模板中心位置開始，將初始的真空狀態(tài)轉(zhuǎn)換至壓力狀態(tài)，在氣體輔助壓 印力和毛細(xì)力共同作用下，軟模具的彈性層在中心位置縱向產(chǎn)生彎曲變形，局部開始 接觸襯底上的抗蝕劑，模具中心位置的微納米結(jié)構(gòu)腔體開始被抗蝕劑所充

49、填，如圖 2- 5（a）所示；隨后，從模具中心位置向外側(cè)方向逐一將真空狀態(tài)轉(zhuǎn)換至壓力狀態(tài)，模 具結(jié)構(gòu)層與抗蝕劑的接觸面積不斷擴(kuò)大，直至整個模具結(jié)構(gòu)層與整片晶圓上的抗蝕劑 完全接觸，模具中的所有微納米結(jié)構(gòu)腔體被抗蝕劑所充填，如圖 2-5（b）和 2-5（c） 所示；最后，所有壓力通道的壓力保持均勻一致性增大，實現(xiàn)液態(tài)抗蝕劑材料在模具 微納米結(jié)構(gòu)腔體內(nèi)的完全充填，并且減薄至預(yù)定的殘留層厚度。 (3) 固化過程 開啟紫外光光源，紫外光透過模具對抗蝕劑曝光，充分固化液態(tài)抗蝕劑，如圖 2- 5（d）所示。 (4) 脫模過程 首先，從晶圓最外兩側(cè)開始，關(guān)閉壓力管路，打開真空管路，同時開啟脫模用的 噴嘴。在

50、真空吸力和噴嘴壓縮空氣產(chǎn)生水平力共同作用下，從最外側(cè)開始模具與晶圓 相互分離，如圖 2-5（e）所示；隨后，從晶圓最外側(cè)向模具中心逐一將壓力轉(zhuǎn)換回真 空狀態(tài)，實現(xiàn)模具從晶圓外側(cè)向中心連續(xù)“揭開”式的脫模，脫模力為真空吸力和水 平力的合力，如圖 2-5（f）和 2-5（g）所示；最后，模具中心位置與晶圓相分離，實 現(xiàn)模具與晶圓的完全分離，完成脫模，如圖 2-5（h）所示。 真空管路壓力管路壓印頭復(fù)合模具 (a) 工作臺涂鋪抗蝕劑的晶圓 (b) (c) uv光源 (d) (e) (f) (g)(h) 脫模噴嘴 圖 2-6 大尺寸整片晶圓納米壓印工藝過程示意圖 2.3 軟模具材料類型的確定軟模具材料

51、類型的確定 2.3.1 幾種軟模具材料幾種軟模具材料性能比較性能比較 模具制作作為 nil 亟待解決的問題之一，其首要任務(wù)是選擇一種合適的模具材料。 軟模具材料 pdms、光敏樹脂和 pmma 各有其優(yōu)越性，因此，軟模具在近年的研究領(lǐng) 域升溫很快。下面對它們進(jìn)行具體的探討研究，以便能夠選出一種較為合適的材料制 作模具通常軟模具材料必須具備以下要求： (1) 良好的特征轉(zhuǎn)移能力； (2) 良好的紫外光透過率和化學(xué)穩(wěn)定性； (3) 優(yōu)異的機(jī)械物理性能。 由于硅片存在一定的平面度公差，導(dǎo)致其表面呈波浪形，如圖 3-3a 所示。因此， 在壓印過程中，軟模具必須具有良好的彈性以滿足壓印過程的需要。圖 3

52、-3b 所示為軟 模具整體壓印加載后示意圖，軟模具自身的彈性保證壓印加載過程順利完成，為了研 究的方便，我們以圖 3-3a 中圓圈處為研究對象，壓印加載前后的示意圖如圖 3-3c 和 3- 3d 所示。 注：f-壓印力，h1-硬質(zhì)支撐厚度，h2-軟模具初始厚度，h2-軟模具壓縮后變形 圖 2-7 軟模具壓印表面不平硅片示意圖 如圖 2-7d 所示，當(dāng)一定的壓印力 f 加載到硬質(zhì)支撐上，軟模具發(fā)生彈性變形，a 與 b 處的變形a，b 分別為： (2-1)100) 2 22 ( h hh a (2-2)100) 2 22 ( h ltghh b 如式 2-1 和式 2-2 所示，由于a，b 的變化

53、，使軟模具對基材的平面度公差顯 示了良好的自適應(yīng)性，有助于提高單次壓印圖型轉(zhuǎn)移區(qū)域面積，提高產(chǎn)能。然而，縱 向變形將會引起橫向變形 (2-3) e 式中為材料泊松比。橫向變形 將會影響圖型轉(zhuǎn)移精度，所以必須很好的控制 材料的壓縮彈性模量 e，這就需要選擇合適的材料，使 e 值在合適的范圍之內(nèi)。 壓印脫模過程需要模具具有良好的抗拉伸、抗撕裂的能力。因此，軟模具必須具 有良好的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度，軟模具的機(jī)械物理性能、包括拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、 拉伸伸長比和硬度，都需要進(jìn)行有效的控制。 在現(xiàn)行的軟模具材料中，探討較多的是 pdms、光敏樹脂和 pmma，它們都有自 身的優(yōu)勢所在。pdms 是現(xiàn)在宏觀

54、模具應(yīng)用領(lǐng)域使用最廣泛的軟模具材料，有大量的 科研成果和經(jīng)驗可以借鑒，且其表面能極低，是做模具的理想材料。但是 pdms 硬度 低，受力后變形大；單體粘度高，在模具制作中充型能力差，需要較高真空輔助充型。 光敏樹脂本體粘度低，充型容易；能夠制作厚度極薄的壓印模具（厚度小于 20m） ；固化速度快。但光敏樹脂本身是光固化高分子材料，當(dāng)應(yīng)用于常溫閃光壓印 工藝時，固化抗蝕劑使用的紫外光源必將對光敏樹脂模具產(chǎn)生影響。 pmma 硬度較高，又具有一定的彈性，在制作軟模具時具有先天的優(yōu)勢。但是 pmma 屬于熱熔型高分子材料，在制作模具時需要加熱到比較高的溫度（300） ， 容易產(chǎn)生熱變形。 以上三種類

55、型的材料分別代表雙組分固化型（pdms） 、光固化型（光敏樹脂）和 熱熔型（pmma）高分子材料，它們都擁有各自的優(yōu)勢。下面對它們應(yīng)用于 il 工藝中 的具體性能進(jìn)行研究。 a、紫外光透過性研究、紫外光透過性研究 由于本文探討的 il 工藝使用的抗蝕劑是紫外光固化型高 分子材料，在固化過程中必須使用紫外光源，模具材料對紫外光的吸收就成為確定模 具材料的首要因素。 利用紫外光透過性實驗檢測 pdms、光敏樹脂和 pmma 的紫外光透過性。在實驗 中將三種材料分別制作厚度為 1mm 的標(biāo)準(zhǔn)樣塊，使用光譜分析儀檢測三種材料的紫外 光透過性。使用的紫外光源是 shg-200 高壓汞燈，如圖 3-4 所

56、示，參數(shù)如表 3-1 所示。 它有如下特點(diǎn)：紫外光采用光纖集中輸出，可以有效的降低光源熱量對整個系統(tǒng)的影 響；快門控制輸出，輸出光強(qiáng)可調(diào)；光源的穩(wěn)定性高，燈的使用壽命長。其紫外光主 波峰在 365nm 處，如圖 3-5a 所示。 表 2-1 紫外光源技術(shù)參數(shù) 壽命/h功耗/w外接電源uv 輻照度初始值/ mw/cm2快門 2000280ac220v,50/60hz 4000 脈沖馬達(dá)驅(qū)動 圖 2-8shg-200 紫外光源 圖 2-9 所示為紫外光透過性實驗結(jié)果，其中圖 2-9a 為 shg-200 光源的直接輸出相 對光強(qiáng)圖，從圖中可以看出，其最大紫外光相對光強(qiáng)為 12972，位于波長為 3

57、69nm 處， 此處的相對光強(qiáng)大于位于可見光區(qū)域（408nm）的波峰值（11199） 。 圖 2-9b 所示為紫外光源透過 pdms 材料后的相對光強(qiáng)圖，圖 2-9c 所示為紫外光 源透過光敏樹脂材料后的相對光強(qiáng)圖，圖 2-9d 所示為紫外光源透過 pmma 材料后的 相對光強(qiáng)圖，它們在 369nm 波長處和 408nm 波長處的相對光強(qiáng)如表 2-2 所示。 從表 2-2 可以看出，pdms 對紫外光的吸收最少，且對 408nm 波長處的可見光的 吸收也很少；pmma 對紫外光和可見光的吸收較多；光敏樹脂對紫外光和可見光的吸 收極強(qiáng)。由此可以推斷，光敏樹脂不適合 il 工藝。 雖然 pmma

58、對紫外光的吸收量比較大，但是由于抗蝕劑固化速度快，曝光時間短， 并且 pmma 具有比較優(yōu)良的特性，因此是否使用 pmma 制作壓印模具還要進(jìn)行進(jìn)一 步的研究。 （a）紫外光源相對光強(qiáng)（b）紫外光源透過 pdms 后相對光強(qiáng) （c）紫外光源透過光敏樹脂后相對光強(qiáng) （d）紫外光源透過 pmma 后相對光強(qiáng) 圖 2-9 紫外光透過性實驗結(jié)果 表 2-2 三種材料的相對光強(qiáng) 名稱369nm 波長處相對光強(qiáng)408nm 波長處相對光強(qiáng) 紫外光源1297211199 透過 pdms1136811092 透過光敏樹脂20583172 透過 pmma81758193 b、與抗蝕劑粘連性研究、與抗蝕劑粘連性研究

59、 在 il 工藝中壓印模具必須與抗蝕劑接觸，模具材料與 固化后抗蝕劑之間的粘連性直接影響圖型轉(zhuǎn)移結(jié)果，為此對 pdms 和 pmma 進(jìn)行壓印 過程抗蝕劑粘連實驗研究。 為了保證實驗結(jié)果的可靠性，pdms 模具和 pmma 模具都采用澆鑄工藝制作，并 且使用同一個圖型母版，母版使用二氧化硅制作，母版表面圖型為平行線，平行線的 寬度和間距均為 5m，如圖 2-10a 所示。 （a）圖形母版（b）使用過的 pdms 模 具 （c）使用過的 pmma 模 具 圖 2-10 粘連實驗結(jié)果（450） 圖 2-10b 為 pdms 模具經(jīng)過壓印實驗后表面，依然保持干凈狀態(tài)。圖 2-10c 為 pmma 模

60、具經(jīng)過壓印實驗后表面，可以看出有明顯的抗蝕劑粘連。通過粘連實驗可以 得出 pdms 對于本文所探討的 il 工藝中使用的光固化抗蝕劑脫模性良好。而 pmma 對于實驗中使用的光固化抗蝕劑具有一定的粘連性，因此不適合于本文探討的 il 工藝。 由此選定使用 pdms 類高分子材料制作本文探討的 il 工藝的壓印模具。 2.3.2 pdms 材料的確定材料的確定 首先對 pdms 的化學(xué)構(gòu)成和主要特性進(jìn)行介紹，從中分析其在微納制造領(lǐng)域的潛 在應(yīng)用4-11。 a 化學(xué)構(gòu)成化學(xué)構(gòu)成 美國 dow corning 公司生產(chǎn)的商用雙組分的 sylgrad 184 膠，是目前工業(yè)界和科學(xué) 研究中應(yīng)用最為廣泛