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太郎Ishibashi Hiroshi Goto,小君美津浓,Shoji秀一, ”大规模的大气紫外Nanoimprinting分步重复”,纳米技术杂志》, 卷。2012年, 文章的ID103439年, 9 页面, 2012年。 https://doi.org/10.1155/2012/103439
大规模的大气紫外Nanoimprinting分步重复
文摘
分步重复紫外线nanoimprinting大规模纳米结构制造在大气压力下实现了使用高粘度光固化树脂和一个简单的nanoimprinting系统。在紫外线nanoimprinting分步重复使用低粘度树脂在大气压力下,大规模纳米结构加工是非常困难的,由于泡沫残留层的缺陷和不均匀性。以减少泡沫残留层的缺陷和不均匀性,我们集中在光固化树脂粘度的阻尼效应。制造165死后被成功的证明毫米2在硅衬底区8分步骤重复紫外线nanoimprinting在大气压力下使用高粘度光固化树脂。纳米结构的宽度和间距模式从80纳米到3μ米和200 nm深度形成使用石英模具。泡沫没有发现缺陷,残留层均匀度在30 nm±10%。本研究报告简单的分步骤重复紫外线nanoimprinting在大气压力下使用高粘度固化树脂制成,是一个很广泛使用大规模批量生产纳米结构的方法。
1。介绍
nanoimprinting过程是众所周知的高吞吐量,低成本,开发纳米结构技术影响不仅半导体集成电路,而且许多创新的商业化设备(1,2]。因此,nanoimprinting过程所需的大规模生产的新一代高通量、低成本、和节能nanodevices,如新一代的发光二极管(led) [3- - - - - -7),防反射结构太阳能电池(8- - - - - -10)、电线偏振器光电设备(11- - - - - -13),和有机半导体器件(14]。在传统低压紫外线nanoimprinting,模具与纳米结构压到一个低粘度固化树脂形成高分辨率纳米结构(15- - - - - -19]。树脂固化和霉菌分离后,固化树脂上形成纳米结构。实际上,对于低粘度UV nanoimprinting,泡沫缺陷和不均匀的残余层是非常重要的问题。在紫外线nanoimprinting泡沫缺陷是一个著名的问题在大气压力下使用低粘度固化树脂。为了解决这个问题,紫外线nanoimprinting的协助下气体冷凝和紫外线nanoimprinting真空已报告(20.- - - - - -23]。
不均匀的残余层问题是非常重要的反应离子刻蚀过程。作为一个解决问题的办法,不均匀的残余层,紫外线nanoimprinting使用互补模式模具已经报道(24]。
图1显示了一个非均匀残余层与低粘度常规低压紫外线nanoimprinting固化树脂。图1(一)显示了一个摄影的形象毫米2区域。不均匀的残余层可以被视为边缘。反应离子刻蚀过程后,边缘地区的模式不是捏造由于残余层变得不均匀,如图1 (b)。数据1 (c)和1 (d)显示横断面的扫描电子显微镜(SEM)图像相同nanoimprinting区域。这些图像显示,残留层不均匀,但不同的厚度从10到50 nm。
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然而,紫外线nanoimprinting过程和系统变得更加复杂和昂贵的使用这些方法,很难应用到大规模的纳米结构制造。
本研究报告一个简单的分步骤重复使用高粘度UV nanoimprinting流程固化树脂作为下一代的广泛使用方法大规模生产大规模的纳米结构。
2。实验装置
图2显示了原始紫外线nanoimprinting系统用于这项研究。这是一个非常简单的nanoimprinting系统,由一个压板在双柱框架和一个- - - - - -- - - - - -表没有真空室等专用设备。压板下的模具是固定的,固定在衬底- - - - - -- - - - - -表(25]。的- - - - - -- - - - - -表用于印系统使大规模生产纳米结构,分步骤重复操作。图3显示了滚筒的分布位置模具接触衬底。平面度测量的照片是证明使用毫米2石英模具的分步骤重复操作使用nanoimprinting系统。模具和衬底之间的平面度进行优化在5μ米一个毫米2区域。
3所示。考试和结果
以减少泡沫残留层中的缺陷和不均匀性,我们集中在光固化树脂的粘度。气泡缺陷的评估证明使用石英模具(nim - 80 l资源NTT-Advanced科技有限公司有限公司),硅衬底,光固化树脂两种不同的粘度。石英模具尺寸毫米2。纳米结构的宽度和间距模式从80纳米到3μ米和200 nm深度制作在硅基板由紫外线nanoimprinting大气压力。Nanoimprinting条件2和1 MPa印记的压力μm / s滚筒的进料速度,360 mJ /厘米2的照射剂量。光固化树脂的粘度是烘烤前10 mPa·s。树脂是spin-coated衬底的厚度200海里。烘焙的光固化树脂厚度改变从150 nm 120海里高粘度树脂低粘度树脂。光固化树脂的粘度由发酵过程,改变从1200 mpa·年代低粘度树脂12000 mpa·s高粘度树脂。图4显示了一个由光学显微镜照片。在低粘度树脂、泡沫缺陷观察如图4(一)。然而,在高粘度树脂的情况下,泡沫缺陷没有观察到如图4 (b)。所显示的图4、泡沫缺陷取决于光固化树脂的粘度。最小化剩余层不均匀,残余层均匀性之间的关系,光固化树脂的粘度检测紫外线nanoimprinting大气压力下。不均匀性观察残留层的边缘是由256级灰度直方图。图5显示了四个灰度直方图从照片的图像处理毫米2面积由108900像素。印迹条件2 MPa印记的压力,1μm / s滚筒的进料速度,和200 nm spin-coated固化树脂的厚度。图5(一个)显示了一个参考灰度直方图没有nanoimprinting,边缘没有被观察到,108900像素都在20灰度水平,和残留层的不均匀性是0%。与低粘度,粘度1200 mPa·s,观察边缘,灰度分布的水平是103年的水平,只在20 31721像素灰度水平,和不均匀的残余层为71%,如图5 (b)。图5 (c)显示灰度直方图,与middle-viscosity 5000 mPa·s的粘度,观察边缘,灰度分布的水平是90年的水平,55521像素是在20灰度水平,残留层的不均匀性是49%。相反,在高粘度树脂的情况下,12000 mPa·s的粘度,小观察边缘,灰度分布的水平是37岁的水平,103352像素是在20灰度水平,和残留层的不均匀性是5%,如图5 (d)。所显示的图5,一个统一的残留层取决于光固化树脂的粘度。图6显示了残留层的不均匀性之间的关系和印记的压力。nanoimprint的条件如下:从0.5到8 MPa的印记的压力,1μm / s滚筒的进料速度,360 mJ /厘米2的照射剂量。在低粘度的情况下和middle-viscosity残留层的不均匀性不取决于印记的压力。然而,在高粘度树脂的情况下,较高的残留层的不均匀性降低印记的压力,和残留层的不均匀性小于10%的印记≥2 MPa的压力。如图6残留层的不均匀性,取决于光固化树脂的粘度。我们制作的165死于毫米2面积8只使用一个石英模具在硅衬底和分步重复下紫外线nanoimprinting大气压力。石英模具是毫米2。纳米结构与尺寸从80纳米到3μ米宽度和间距在深度模式和200海里在硅衬底上制作的。nanoimprinting条件中描述表1。数据7(一)和7 (b)在一个领域显示的照片165模具制造。图7 (c)显示的照片的一部分165死捏造使用高粘度树脂粘度为12000 mPa·s和边缘没有被观察到。图7 (d)显示照片的一部分165死捏造使用低粘度固化树脂粘度为1200 mPa·年代,观察和边缘。图8显示之间的残留层厚度比较高,低粘度树脂。对于高粘度树脂、残留层厚度在30 nm±10%。然而,对于低粘度树脂,残留层厚度大于50 nm。如数据所示7和8,制造165死成功证明了紫外线nanoimprinting在大气压力下使用高粘度光固化树脂。泡沫缺陷没有观察到,和残余层是统一的。
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4所示。讨论
如数据所示4,7,8、泡沫缺陷和残余层均匀性取决于在UV光固化树脂的粘度nanoimprinting大气压力下。因此,考察了光固化树脂的特征。图9显示了一个比较四个nanoimprinting负载概要文件使用石英模具和硅衬底。nanoimprint的条件如下:从1200年到12000年mPa·s(粘度、spin-coated树脂的厚度2μ和滚筒的进料速度200 nm / s。对于没有树脂、负荷曲线的反应是最线性four-load概要文件中。12000 mPa·年代和高粘度,粘度和延迟时间的增加。如图9,延迟时间和粘度增加固化树脂制成,由于阻尼力和高粘度增加。
图10显示延迟时间之间的关系和不均匀的残余层。如图10残留层的不均匀性,减少延迟时间较长的。如数据所示9和10残留层厚度的均匀性取决于光固化树脂的阻尼特性。在分步重复紫外线nanoimprinting在大气压力下,泡沫残留层的缺陷和不均匀性提高了使用高粘度树脂。
图11显示了纳米结构硅衬底上制作的。制造的条件如表所示2。图(11日)显示了纳米结构的扫描电镜图像由紫外线nanoimprinting大气压力下。纳米结构与80纳米线和160纳米空间和200海里的深度观察。残留层均匀性是30 nm。图11 (b)显示了纳米结构的横截面扫描电镜图像。纳米结构与100 nm和100行空间和200海里深度观察。残留层均匀性是30 nm。图11 (c)显示了纳米结构的横截面扫描电镜图像伪造的反应离子刻蚀(RIE)系统(MUC-21、住友精密制品有限公司有限公司)。纳米结构与80纳米线和160纳米空间和500海里的深度观察。图11 (d)显示了纳米结构的横截面扫描电镜图像。纳米结构与100纳米线和100纳米空间和500海里的深度观察。如图11,残留层的均匀性是一个关键问题,利用反应离子腐蚀纳米结构制造。
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5。结论
实际广域纳米结构制备了UV nanoimprinting繁殖条件下大气压力。通过检查和优化光固化树脂的粘度,泡沫缺陷没有观察到,和残余层均匀性依赖于阻尼特性的光固化树脂的粘度提高了优化固化树脂。这个制作的过程和系统适用于作为新一代的广泛使用方法大规模生产大尺寸的纳米结构。
确认
这项工作在一定程度上是由日本教育部,文化、体育科学与技术科学基础研究补助金(S)。23226010和特殊推广研究补助金”,建立电化学设备工程”教育部,文化,体育,科学和技术(下边了),日本。作者感谢早稻田大学的纳米技术支持项目的技术建议。
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