納米壓印復(fù)型精度控制研究.pdf

1、物質(zhì)在納米尺度下表現(xiàn)出的奇異現(xiàn)象和規(guī)律將改變相關(guān)理論的現(xiàn)有框架，使人們對物質(zhì)世界的認識進入到嶄新的階段，孕育著新的技術(shù)革命，給材料、信息、綠色制造、生物和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域帶來極大的發(fā)展空間。納米科技已成為許多國家提升核心競爭力的戰(zhàn)略選擇，也是我國有望實現(xiàn)跨越式發(fā)展的領(lǐng)域之一。納米結(jié)構(gòu)是研究納米科技的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著集成電路特征尺寸的不斷減小，傳統(tǒng)的光刻技術(shù)正面臨成本和工藝的重重困難，已成為當今世界科學(xué)研究亟待解決的難題之一，納米壓印

2、技術(shù)由此而生。納米壓印技術(shù)作為一種新的納米結(jié)構(gòu)制造工藝，與其它光刻技術(shù)相比，具有加工精度高、生產(chǎn)效率高、成本低、易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的突出優(yōu)點，有望盡快實現(xiàn)幾十納米特征線寬結(jié)構(gòu)的加工、進而在集成電路、微細加工、生物傳感器、光學(xué)器件等應(yīng)用領(lǐng)域獲得重大突破，是國際學(xué)術(shù)界研究的前沿課題之一，已經(jīng)引起各國政府高度重視，本文的研究正是在這樣的背景下進行的，課題研究得到上海市科技發(fā)展基金項目的資助。盡管納米壓印技術(shù)原理簡單、具有無法替代的優(yōu)勢

3、，但由于納米壓印工藝加工的對象是納米級圖形結(jié)構(gòu)，其操作對象極精密，所以工藝過程的每一步都對設(shè)備和操作有近似苛刻的嚴要求，技術(shù)含量很高，且這項新技術(shù)本身尚處于發(fā)展前期，設(shè)備和工藝還在摸索階段，有許多急需解決的技術(shù)難題，尤其是調(diào)平和對準系統(tǒng)精度性能、模板加工精度性能、壓印圖形轉(zhuǎn)移層性能及涂覆控制、納米壓印工藝等更成為限制納米壓印技術(shù)應(yīng)用推廣的瓶頸，是直接影響納米壓印復(fù)型精度的關(guān)鍵技術(shù)。納米壓印技術(shù)的強大生命力就在于其極高的加工

4、精度，因此本文沿納米壓印工藝路線，以納米壓印關(guān)鍵技術(shù)為節(jié)點，圍繞提高納米壓印復(fù)型精度目的，研究了冷壓印工藝中影響壓印復(fù)型精度的各種因素，對壓印設(shè)備因素中直接影響納米壓印復(fù)型精度的核心因素——納米壓印設(shè)備調(diào)平和對準用精密定位系統(tǒng)進行了詳細研究。構(gòu)建了二級系統(tǒng)動力學(xué)控制模型，建立了二級驅(qū)動系統(tǒng)狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型。對二級驅(qū)動精密定位系統(tǒng)進行了精度分析，通過建模分析了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對超精密定位系統(tǒng)精度的影響，并對系統(tǒng)精度進行了仿真實驗。

5、應(yīng)用滑模變結(jié)構(gòu)理論對宏、微二級驅(qū)動系統(tǒng)進行復(fù)合控制，通過正交試驗，得到了壓印復(fù)型精度較高的二級系統(tǒng)控制方案，并通過試驗驗證了控制方案的有效性和可行性，調(diào)平后的壓印復(fù)型圖案清晰、留膜厚度均勻、壓印復(fù)型精度高；控制方案優(yōu)化后對準精度達到245nm。結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)是直接影響壓印復(fù)型精度的內(nèi)在因素，詳細研究了冷壓印工藝中直接影響納米壓印復(fù)型精度的結(jié)構(gòu)和工藝因素，即模板和圖形轉(zhuǎn)移介質(zhì)因素。研究了模板材料性能和結(jié)構(gòu)以及抗粘連技術(shù)、模板

6、圖形特征結(jié)構(gòu)對壓印復(fù)型精度的影響，建立了模板設(shè)計數(shù)學(xué)模型；研究了光刻膠物理化學(xué)性能和圖形轉(zhuǎn)移層厚度以及均勻性對壓印復(fù)型精度的影響，建立了圖形轉(zhuǎn)移層厚度與涂覆工藝控制的數(shù)學(xué)模型。在對壓印復(fù)型精度影響因素綜合分析的基礎(chǔ)上，做了冷壓印正交試驗。并用極差分析法對實驗結(jié)果進行了分析，得出了各因素對壓印復(fù)型精度指標的影響力大小次序，找出了使壓印復(fù)型精度(試驗指標)值變化最顯著的工藝因素；同時得到了各因素、水平對壓印復(fù)型精度的影響變化規(guī)

7、律；經(jīng)過優(yōu)化得到了一套壓印復(fù)型精度較高的冷壓印工藝方案，并應(yīng)用該方案在硅基圖形轉(zhuǎn)移層上得到了小于10％的復(fù)型精度。為制定合理的納米壓印工藝提供了實驗依據(jù)。本文的創(chuàng)新之處主要可以歸納為以下幾點：1、采用宏、微二級驅(qū)動超精密定位系統(tǒng)實現(xiàn)納米壓印設(shè)備調(diào)平和對準功能，應(yīng)用滑模變結(jié)構(gòu)理論對宏、微二級驅(qū)動系統(tǒng)進行復(fù)合控制，控制方案優(yōu)化后納米壓印設(shè)備調(diào)平和對準性能好，對準精度達到了245nm。2、提出一種壓印復(fù)型精度高的冷壓印工藝控制方

8、法，并應(yīng)用該方法通過試驗在硅基圖形轉(zhuǎn)移層上得到了小于10％的復(fù)型精度。3、通過正交試驗和極差分析，找到了納米冷壓印工藝中影響復(fù)型精度的各主要因素與壓印復(fù)型精度之間的變化規(guī)律，并得到了各因素影響力大小次序。4、建立了冷壓印工藝模板設(shè)計數(shù)學(xué)模型，通過試驗定性分析了模板圖形結(jié)構(gòu)對壓印復(fù)型精度的影響。5、建立了冷壓印工藝圖形轉(zhuǎn)移層厚度與涂覆工藝參數(shù)控制數(shù)學(xué)模型，并通過實例驗證了其合理性。關(guān)鍵詞：納米壓印，復(fù)型精度，調(diào)平和對準，模