旋转式无掩膜光刻系统研究及其应用

摘要

滚动压印技术，因其分辨率高、可连续大规模压印，且加工成本低等特点，近年来得到广泛的运用，被誉为新一代压印技术。本文拟重点研究紫外压印中辊压模具制作的关键技术。
　　辊压模具制作中的关键是在圆柱表面加工出满足微米级精度要求的微结构。传统的加工方法成本较高，加工周期较长且工艺复杂，这些因素都极大地制约了滚动压印技术的发展。本文基于数字微镜器件，设计并搭建出一套的旋转式无掩膜光刻系统，用于辊压模具的快速制作。设计和搭建的系统，直线度控制在3μm以内，径向圆跳动控制在15μm以内，满足加工精度要求。基于该系统进行了实验验证以及一些特殊形貌微结构的制作，在铜制辊子表面加工微米级结构。结果表明，系统具有较好的精度和稳定性。
　　基于圆柱基底，进行一系列曝光实验，基于静态掩膜和平台联动，实现一些微结构阵列以及等截面螺旋线的制备。在此基础上，引入动态多帧掩膜切换，配合系统平台联动，实现变截面螺旋线微结构制备。
　　为了研究圆柱表面光刻胶热熔回流的机理，本文结合熔化-凝固模型算法和Volume of Fluid(VOF)二相流模型的特点，建立光刻胶柱面热回流模型并利用该模型对回流过程进行模拟。同时，本文分析了回流过程的四个阶段，实验与仿真结果较一致，表明在一定尺度下，柱面热回流是可行的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．1．1 基于紫外固化的滚动压印技术

1．1．2 基于DMD的无掩膜光刻技术

1．2 研究现状

1．2．1 辊压模具制备方法的研究现状

1．2．2 基于柱面热回流的研究现状

1．3 本文的研究内容

1．4 论文结构

第2章 旋转式紫外曝光系统设计

2．1 旋转式紫外曝光系统模块概念设计

2．2 旋转式紫外曝光系统介绍

2．2．1 步进-旋转曝光平台系统介绍

2．2．2 无掩膜曝光-投影系统介绍

2．2．3 线性-提拉装置系统介绍

2．3 旋转式紫外曝光平台结构设计

2．3．1 步进-旋转机构

2．3．2 往复直线进给机构

2．4 控制系统软硬件设计

2．4．1 系统硬件设计

2．4．2 系统软件设计

2．5 本章小结

第3章 系统校调与测试验证

3．1 系统结构装配及关键部位精度校核

3．1．1 步进-旋转机构旋转精度校核

3．1．2 曝光图形对准精度校核

3．1．3 曝光焦平面位置精度校核

3．2 光滑表面的微条纹阵列的制作

3．2．1 制备工艺

3．2．2 表面形貌评估

3．3 其他微结构阵列的制作

3．4 本章小结

第4章 基于动态掩膜与平台联动下的微结构制作

4．1 动态掩膜的优势

4．2 基于多帧图形曝光的微结构制作

4．2．1 掩膜板准备阶段

4．2．2 运动参数设置

4．2．3 实验结果

4．3 基于平台联动的螺旋线微结构制作

4．3．1 掩膜板设计

4．3．2 运动参数设计

4．3．3 实验结果

4．4 基于动态掩膜的变截面螺旋线微结构制作

4．4．1 掩膜板集合的设计

4．4．2 运动参数设计

4．4．3 实验结果

4．5 本章小结

第5章 基于柱面的热回流过程分析

5．1 光刻胶热熔回流理论介绍

5．2 数值计算模型建立

5．2．1 相关软件介绍

5．2．2 几何模型建立

5．2．3 网格划分

5．3 数值仿真模型设置及分析

5．3．1 数学模型介绍

5．3．2 数值仿真过程设置

5．3．3 数值求解过程设置

5．3．4 仿真数据后处理

5．4 光刻胶热熔回流特征分析

5．4．1 热回流阶段定义

5．4．2 回流过程中的影响因素

5．5 数值仿真数据与实验数据的对比

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 工作中存在的问题

6．3 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果