基本介紹
- 中文名：壓印模具
- 外文名：Stamping mould
- 分類：機械
壓印模具的精密製造工藝最佳化,工藝過程分析,模具翻制的實驗工藝,滾型納米壓印模具變形機理,理論模型,柔性接觸模具變形規律,
壓印模具的精密製造工藝最佳化
在壓印光刻中，信息的複製是難點，而模具的製造是信息複製的途徑。為了獲得高精度的壓印模具，在實驗 中著重從模具材料的選擇、固化劑的添加、真空壓力大小、固化溫度、固化時間等方面進行分析和研究。通過分析模具的表面質量，得到了壓印模具製作的最佳工藝組合。
工藝過程分析
電子束直寫已被公認是可以勝任0.1μ的光刻掩膜板製造，為製作後續的線路圖形，首先製作母板基材，基材上鍍Cr或W，為電子束直寫以及後續的複製提供基礎。
通過步進式工作檯多步壓印複製為多晶片的壓印模板。該方法提高製造效率。這種方式彌補了單束電子束直寫速度慢的缺點，使得電子束直寫通過步進壓印工藝得到了矢量放大，完成大模板製作。採用快速模具製造工藝，以母板生成軟有機模具。透明材料液態有機物高分子矽橡膠，加入固化劑後成為軟模具，並從母板上獲得IC 圖型。模具厚度可取0.5～2.0mm，並支撐在透明的石英基板上。
大母板的製作旨在復型出大模具，以提高后續矽片壓印生產的效率。最理想的情況是壓印模具達到滿矽片的尺寸。但實際可達到的尺寸取決於：壓印生產中該模具下壓和脫模過程彈性 變形的可控性、受壓的阻蝕膠的力學特性、套刻精度要求等。
模具翻制的實驗工藝
在實驗中，採用同一尺寸0.2μ的母模來進行研究。同時，基於前期實驗中出現問題的分析，並結合IC壓印光刻生產工藝。著重考查固化劑的添加量、模具厚度、真空壓力、加熱溫度、加熱時間對壓印模具的強度、表面穩定性、復形精度等的影響。
1.母板的清洗：由於母板採用的 是有電子束直寫所得到的矽片，所以在與模具材料接觸前，必須進行清洗。清洗的主要目的是除去矽片製造過程中偶然引入的“表面玷污”雜質，這些玷污來自矽片的加工過程，也來自清洗所用的化學試劑和水：以及工藝過程中所使用的器皿、管路、氣體等。
2.固化劑的添加量：在一個容器中，將矽橡膠液體與固化劑以一定的比例混合，用攪拌器使其完全均勻，配出來的是粘稠的半透明的矽橡膠物質。
3.澆註：工藝是在室溫下，採用自然澆注法進行澆注。將清洗乾淨的母模板放在玻璃板上，然後將裝有粘液的瓶子在玻璃板的上空傾斜，使得內部的液體自然留出，並使滴落點在玻璃板的中間(幾個原型矽片的中間),當液體自然散開時，它覆蓋了原型矽片。
4.真空壓力的大小：為了制出的 模具內部無氣孔、斑點，且保真度高。在把液體澆注在母模上之後，固化以前，必須將其內部的氣孔消除。因為如果不消除氣孔就固化，則矽片電路的上表面，即與粘液接觸的表面有氣孔，固化後就會造成做出的模具有些電路線條不完整。
5.熱固化工藝：在加熱固化時，有溫度和時間兩個參數，固定一個不變，來考查另外一個參數。
滾型納米壓印模具變形機理
滾型納米壓印是一種高效、低成本批量化製造大面積微納米結構的方法，已經被看成是最具有工業化套用前景的微納米製造方法之一，同時也被認為是實現納米壓印技術從實驗室到工業化套用的一個重要突破口。開展滾型納米壓印過程中模具變形機理和規律的研究，提出滾型納米壓印兩種理論模型，揭示柔性接觸滾輪模具變形的機理、規律和主要影響因素，闡述硬質接觸和柔性接觸兩種壓印方式顯著區別和特點。該研究為探索減小彈性滾輪模具變形策略和方法，滾型納米壓印工藝要素的最佳化，以及提高滾型納米壓印復型精度和壓印效率奠定了理論基礎。
理論模型
傳統納米壓印不管是硬質模具還是軟質模具被認為是一種平板型平面接觸壓印工藝，滾型納米壓印使用的是滾輪型模具，其壓印過程為線接觸模式。線接觸模式具有突出的優點：①解決了壓印過程中受力不均勻和襯底不平整制約大面積納米壓印的技術難題，實現大面積納米壓印；②脫模力小，減少脫模缺陷，提高了壓印圖形的質量；③克服傳統壓印過程中陷入氣泡的缺陷。但是，線接觸滾型納米壓印與傳統平板型平面接觸納米壓印具有完全不同的壓印作用機理(壓印過程和脫模過程)，傳統平板型平面接觸納米壓印所建立的理論體系已經不再適用於滾型納米壓印，需要建立新的數學模型描述滾型納米壓印工藝。
滾型納米壓印使用滾輪模具主要有兩種形式：硬質滾輪模具(直接在硬質基材上形成微納米特徵結構，和彈性滾輪模具(在柔性基材形成微納米特徵結構，或者在硬質圖形層和硬質基材中間包含彈性緩衝層，形成三明治結構，)。硬質滾輪模具和彈性滾輪模具在滾型納米壓印中具有不同的作用機制。
柔性接觸模具變形規律
對壓印力和特徵結構深寬比對模具變形的影響:滾輪模具上具有W=1μm, H=1μm 的微特徵結構，分別施加0.01N、0.03N、0.05N、0.07N、0.10N、0.20N壓印力。隨著壓印力的增大，滾輪模具最大應變總趨勢不斷增大，為了實現高保真圖形複製，在滿足其他工藝因素前提下，應儘可能選用較小的壓印力，以減小模具的變形。
通過深寬比與模具變形關係的研究，得到結論：隨著特徵結構深寬比的增加，模具的最大應變位置發生改變，應變數最初減小，隨後增大，但不是呈現線性關係。另外，考慮脫模等因素的影響，滾型納米壓印難以實現大深寬比特徵結構的製造。此外，考慮尺度效應，提出的理論模型和數值模擬分析的結果適用範圍是在微尺度，在納尺度下可能不再適用。對於納尺度滾型納米壓印的研究，需要藉助量子力學、納米力學、分子動力學、納尺度流體、納米摩擦學、多尺度模擬等工具開展研究。
