納米壓印的技術(shù)方法研究畢業(yè)論文(參考版)
2025-07-01 17:03本頁面
【正文】 希望國內(nèi)科技界和工業(yè)界能夠借鑒國外發(fā)展的經(jīng)驗(yàn), 把納米壓印技術(shù)盡快在中國開發(fā)起來, 為推動(dòng)中國的納米技術(shù)發(fā)展服務(wù)。根據(jù)中國的國力和科技條件, 納米壓印技術(shù)應(yīng)該是一項(xiàng)非常適合中國國情的高新技術(shù)。但是,中國現(xiàn)在在這一領(lǐng)或的研究明顯不足。所有微納米加工技術(shù)國際會(huì)議都有納米壓印技術(shù)的專題, 并且已經(jīng)召開了第一屆以納米壓印技術(shù)為專題的國際會(huì)議。納米壓印技術(shù)從1995 年提出到現(xiàn)在已有十幾年時(shí)間。分布式模壓曝光工藝是將模板圖形壓人轉(zhuǎn)移層, 然后從轉(zhuǎn)移層將圖形刻蝕到基片, 整個(gè)過程與光學(xué)光刻工藝類似,對(duì)準(zhǔn)性能好, 適合于多層加工。同時(shí)熱塑納米壓印技術(shù)需要一個(gè)熱、冷循環(huán)周期,效率低,且精度受熱膨脹影響。因此,最有希望應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,比如制作微流體器件或生物芯片。微接觸印刷法和毛細(xì)管微模制法由于采用了軟模板(模具)所以不能加工出硬模板技術(shù)所能達(dá)到的微小結(jié)構(gòu)。擁有諸多應(yīng)用方向且具有低成本、高分辨率和高效益的納米壓印技術(shù)必將在今后的生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用。使用壓印技術(shù)目前是做這些器件最經(jīng)濟(jì)的方法，磁盤驅(qū)動(dòng)器制造商正注視著壓印技術(shù)制作圖案媒體，小磁點(diǎn)可以替代今天磁記錄材料的一致層，磁盤制造商Komag最近從EV得到壓印技術(shù)許可，并希望擴(kuò)大存儲(chǔ)能力高于每磁盤160Gb，而EV的Luesebrink相信到2007年存儲(chǔ)業(yè)就會(huì)使用壓印開始大量的生產(chǎn)。這將大大降低集成電路生產(chǎn)的成本。納米壓印技術(shù)正逐漸成為微納加工技術(shù)的一種重要方式。納米壓印技術(shù)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化生產(chǎn)。其中瑞典的Obdcat AB已經(jīng)銷售了5臺(tái)納米壓印機(jī),并宣稱已經(jīng)接受了2025臺(tái)的訂貨。隨著納米壓印技術(shù)的日趨成熟,相應(yīng)的商品化納米壓印加工設(shè)備也陸續(xù)推出。他們的研究包括:將一個(gè)圓柱形的模具在一個(gè)平的、固定的基底上滾動(dòng)和直接將一個(gè)平的模具置于基底之上,然后將一個(gè)光滑的滾軸滾過模具的頂端。他們的創(chuàng)造性工作在于:在對(duì)二氧化硅底層上的PMMA進(jìn)行高分辯率的電子束曝光之后, 采用純的IPA( Isopropylic Alcohol)作顯影劑并輔之以超聲攪拌, 去除感光區(qū)的殘?jiān)⑹箞D形邊界清晰, 從而得到最好的后續(xù)工作(lift off)的條件,最終獲得高品質(zhì)的高分辯率的二氧化硅模具。但制作高品質(zhì)的高密度模具是一個(gè)難題。該小組認(rèn)為獲得大范圍均勻壓印圖形的關(guān)鍵因素之一是使用低分子量的PMMA, 這種材料的粘度小,有利于材料在壓制時(shí)的流動(dòng)成形。他們利用一種帶有一對(duì)熱碟和一個(gè)數(shù)字溫控器的商用水壓機(jī), 成功地在4英寸的晶片上獲得了均勻一致的低于100nm最小尺寸的圖形。為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化與大批量生產(chǎn), 首先要解決大面積均勻一致的納米壓印加工。第4章 納米壓印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展產(chǎn)業(yè)化是任何一項(xiàng)高新技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。這是由于聚合物的部分形變是彈性變形,一旦脫模分離, 則彈性變形就會(huì)復(fù)原,導(dǎo)致壓印圖案變形。流動(dòng)性較好的小尺寸分子鏈向圖案間隙流動(dòng), 造成大尺寸分子鏈彈性變形間隙部分拱起, 并且填充到大尺寸分子鏈無法填充到的地方。隨著升溫, 高分子聚合物的分子鏈發(fā)生結(jié)構(gòu)變化, 整個(gè)分子鏈發(fā)生流動(dòng)。因而高分子的聚合物填充過程與理想狀態(tài)下的填充過程有本質(zhì)區(qū)別。并且經(jīng)過冷卻,固化圖案材料密度一致。假設(shè)抗蝕層材料在液態(tài)狀態(tài)下類似為水分子,具有不可壓縮性和很好的流動(dòng)性,且該分子的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于壓印圖案的最小線寬。圖29為聚合物的填充過程示意圖。熱壓印中抗蝕層的工作機(jī)理可簡單描述為通過加熱使抗蝕層具有流動(dòng)性,經(jīng)過加壓使抗蝕層填充到模版圖案間隙里,再經(jīng)過冷卻使抗蝕層固化便可達(dá)到轉(zhuǎn)印圖形的目的。Cr模版本身具有很好的抗粘性, 這是因?yàn)槠浣饘俦砻婺艿汀⒈砻鎻埩π?對(duì)聚合物表現(xiàn)為疏水性和化學(xué)惰性。為了不影響圖案的分辨率,防粘層厚度越薄越好,例如圖形特征尺寸在10nm以下的模版其防粘層厚度最好小于2nm。 模版的抗粘性在撤模中, 當(dāng)抗蝕層聚合物粘附在模版上時(shí),就會(huì)污染模版、損壞壓印圖形。如果在壓印過程中施加的外壓為P,在聚合物沒有完全填充模版的空腔時(shí), Peff P,一旦模版空腔被全部填充, 則Peff= P。壓力的大小也直接影響了壓印的速度, 從而影響壓印的效率。 壓力傳統(tǒng)平板直接加壓方式中, 壓力分布為模版中心部分大, 靠近模版邊緣處??； 模版面積越大, 保證壓力均勻就越困難。然而平均分子量太低, 則聚合物很脆, 在撤模時(shí)容易損傷模版和基片。升高溫度和減小聚合物的平均分子量都會(huì)減小聚合物的粘度, 從而縮短壓印時(shí)間。 壓印時(shí)間如果壓印的時(shí)間不夠, 聚合物填充不完全, 就會(huì)嚴(yán)重影響壓印圖形的精度； 如果壓印時(shí)間過長, 將影響壓印的效率。在熱壓印過程中,模版和基片的溫度要升至抗蝕層聚合物的玻璃態(tài)溫度以上,在壓力的作用下使聚合物流動(dòng)成型, 在壓印結(jié)束后又降至常溫。從這個(gè)方程可以看出, 升高溫度比增加時(shí)間更有效, 因?yàn)榫酆衔镎扯鹊谋嚷孰S溫度呈指數(shù)關(guān)系變化。如果溫度太低, 聚合物的流動(dòng)性不夠, 且可逆流動(dòng)所占的比例較大,撤模后圖形的變形較大；如果溫度太高,可能破壞聚合物分子鏈本身的結(jié)構(gòu), 使圖形區(qū)域產(chǎn)生較多缺陷。下面對(duì)這些因素進(jìn)行分析。然而在納米壓印實(shí)驗(yàn)過程中, 由于溫度控制、壓力、模版的抗粘性以及聚合物的特性等, 都會(huì)對(duì)壓印的圖形精度產(chǎn)生影響。為適應(yīng)這一要求, 制造工藝技術(shù)必須滿足圖形精細(xì)化、過程低溫化、控制精密化、環(huán)境超凈化的要求。從而減小了模板的特征尺寸，提高了圖形的分辨率，流程圖見圖210所示圖210濕法刻蝕縮印工藝流程電磁輔助納米壓印和氣壓輔助納米壓印都是對(duì)壓印工藝中壓印壓力的施壓環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn) ,提高壓力作用的均勻性 ,延長掩模版的使用壽命 ,從壓力作用分布和承片臺(tái)自適應(yīng)要求來看 ,氣壓輔助納米壓印技術(shù)較有優(yōu)勢(shì) ,但氣囊施壓還不能完全體現(xiàn)氣體施壓壓力均勻的
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