外屏蔽罩拉深模設(shè)計-沖壓模具【三維PROE】【含CAD圖紙】
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大連交通大學(xué)2017屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)(論文)翻譯 微電子工程 由于清洗,聚合物UV-納米壓印模具的高縱橫比圖案崩潰。 摘要: 從主結(jié)構(gòu)復(fù)制的聚合物模具可以提供固有的抗粘著性能和UV透明度。它們可以從各種底料中復(fù)制出來,并且只能從一個主體提供成本有效的復(fù)制多張工作模印。它們還允許使用各種壓印方法,包括UV或熱輔助方法。通常,聚合物材料表現(xiàn)出與諸如硅,二氧化硅或金屬的硬質(zhì)模具材料不同的機械和表面化學(xué)性質(zhì)。因此,在壓印或清潔過程中,模具可能會變形甚至被破壞。如果使用印記作為直接圖案方法,則會發(fā)生高縱橫比圖案的發(fā)生。在本文中研究了聚合物模具在清潔過程中對圖案損傷的親和力??紤]不同的可能的聚合物模具材料。實驗數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果進行比較,并表現(xiàn)出良好的一致性。研究不同的示例性圖案并找到最合適的材料。對于在所考慮的尺寸范圍內(nèi)的半間距光柵,特征長寬比高達10是穩(wěn)定的。 介紹 納米壓印光刻(NIL)是一種強大的圖案化技術(shù),提供了納米分辨率,大面積結(jié)構(gòu)能力[2]以及復(fù)制三維特征的內(nèi)在能力。在過去幾年中,已經(jīng)提出了許多不同的NIL過程。紫外線輔助NIL(UV-NIL)[4]消除了壓印期間對系統(tǒng)的熱負(fù)荷,并且能夠有效地合成功能印記抗蝕劑[5]。 UV-NIL需要基材或模具是紫外線透明的。由于基板的透明度大部分是通過應(yīng)用而滲透的,因此優(yōu)選UV透明模具。不幸的是,最常用的剛性模具材料是需要精細(xì)加工的熔融石英。熔融二氧化硅的干法蝕刻過程只能同時提供有限的蝕刻深度和分辨率。這限制了可尋址的UV-NIL應(yīng)用程序。使用從主機鑄造的聚合物模具,有時被稱為軟光刻,因為所使用的聚合物可以是紫外線透明的,本質(zhì)上是防粘的和柔性的,因此提供了許多優(yōu)點。因此,例如,通過粒子打印或具有切口的特征的復(fù)制成為可能。軟聚合物模具的相當(dāng)?shù)牡蜅钍夏A吭趬河∑陂g產(chǎn)生不想要的特征變形。這限制了UV-NIL作為直接圖案化方法的應(yīng)用。 其中復(fù)制結(jié)構(gòu)本身用作功能元件,而不是用作后續(xù)工藝步驟的掩模。對于雙向圖案化,所需模具的尺寸由應(yīng)用而不是通過該方法完全流動。即使發(fā)現(xiàn)合適的工藝條件能夠復(fù)制模具中的結(jié)構(gòu),如圖1所示,在模具清潔期間可能發(fā)生圖案變形。特別是高縱橫比的模具容易出現(xiàn)所謂的特征崩潰。模具鑄造是一個精心設(shè)計和昂貴的過程。通常,聚合物模具需要特殊的模板和加工,以便在分辨率,平整度,殘余層厚度等方面與剛性印章競爭。聚合物中主結(jié)構(gòu)的簡單復(fù)制不足以獲得高質(zhì)量的印記。因此,模具的使用壽命應(yīng)盡可能長。清潔是清除未固化的抗蝕劑殘留物或顆粒的簡單方法,否則可能會在壓印過程中損壞模具。與抗蝕劑發(fā)展過程中導(dǎo)致圖案崩潰的條件相當(dāng)?shù)臈l件可以在清潔后引起持續(xù)的特征變形。此外,這種效果用于生成特殊圖案,這是一個不必要的效果,必須避免。 在本文中,研究了不同的聚合物模具材料,并且在模具清潔期間具有圖案塌陷的親和性。 這還包括能夠復(fù)制具有比先前出版物中考慮的更高的縱橫比的結(jié)構(gòu)的材料。 聚合物模具從硅主結(jié)構(gòu)鑄造,隨后使用清潔劑清洗。 觀察模式崩潰已被用于驗證有限元塌陷過程的方法(FEM)模擬。 通過開發(fā)的模型,可以獲得關(guān)鍵結(jié)構(gòu)高度的預(yù)測。 2.樣品制備 2.1 大師制作 通過使用Vistec SB3050DW的ASML PAS 5500-250C和電子束光刻(EBL)通過晶片步進曝光制造硅主結(jié)構(gòu)。 定制布局基本上包含500納米到2000納米各種間距的線空間光柵,以及具有各種占空比(特征尺寸到間距)的二次晶格和直徑從500 nm到2000 nm的點陣列。 圖案化的抗蝕劑層用作反應(yīng)離子蝕刻工藝的蝕刻掩模,以在硅中獲得范圍從500nm到3200nm的不同蝕刻深度。 抗剝離后,通過分子氣相沉積將全氟三氯硅烷防粘層(ASL)應(yīng)用于硅模具。 這降低了表面能,并確保隨后澆鑄的聚合物模具容易脫模。 原則上,對于以下考慮的所有材料來說,這不是必需的,因為一些顯示本來低的表面能。 2.2聚合物模具鑄造 使用具有2重量%2-羥基-2-甲基苯丙酮(Sigma-Aldrich)的Fluoro-link MD 700(MD 700)和Fomblin MD 40(MD 40)(Solvay Solexis)的硅母料將聚合物模具作為光引發(fā)劑以及OrmoStamp(Microresist Technology(mrt))。玻璃片用作底物。使用APS1(mrt)作為MD40和MD 700的粘合促進劑和OrmoStamp的OrmoPrime08(mrt)。所有材料都被手工分配在硅膠板上,隨后使用定制的壓印機與基板接觸。在氮氣中,使用UV-LED(Nichia NC4U133)固化該材料。在每個聚合物模具鑄件中存在約10lm量級的厚的殘留層。 2.3模具清洗 清潔劑必須能夠解決未固化的抗蝕劑殘留物并沖洗掉顆粒。此外,它們不應(yīng)該膨脹或解散模具材料或其部件。因此,該工作中的所有模具在從硅母料脫模后直接用異丙醇沖洗,隨后使用氮氣流干燥。在實驗中,還有其他清潔劑(丙酮,乙醇和去離子水)。 它們對所使用的模具材料具有不同的接觸角。 因此,清洗后受特征崩潰影響的結(jié)構(gòu)各不相同。 在下文中,為了清楚起見,所有結(jié)果都顯示用于異丙醇清洗。 模具清潔和干燥后,在掃描電子顯微鏡檢查之前,將<5nm金層噴射在聚合物模具(Edwards S150B)上。 3. 建模 結(jié)構(gòu)的建模已經(jīng)使用兩種不同的方法完成。 在柱結(jié)構(gòu)上進行基于能量的計算。 此外,使用由液 - 空界面處的結(jié)構(gòu)之間的彎液面產(chǎn)生的力和由彈性光柵的變形給出的恢復(fù)力進行變形分析。 一般來說,可能會出現(xiàn)兩種不同的失敗機制。 如果結(jié)構(gòu)之間的間距大于其高度,則清潔后可能會粘在地上。 這被稱為地面崩潰。 如果特征足夠密集,則特征之間的間距小于其高度,橫向塌陷可能發(fā)生。 因此,結(jié)構(gòu)彼此粘合。 3.1 支柱陣列 圓柱形結(jié)構(gòu)如圖3所示,示出柱之間的間距大于其高度。 因此,只能發(fā)生底面崩潰。關(guān)鍵方面由結(jié)構(gòu)高度h與橫向尺寸d的比值給出的比例可以圖由表示。其中E是楊氏模量,m是泊松比,cs是模具材料的表面能。 可以進行類似的分析來描述由于密集特征彼此粘附而引起的側(cè)向塌陷。 這導(dǎo)致了的關(guān)鍵長寬比。 3.2光柵 為了預(yù)測格子狀圖案的穩(wěn)定性,可以模擬毛細(xì)管力和所產(chǎn)生的變形 結(jié)構(gòu)已經(jīng)執(zhí)行。模具清洗后,清潔劑必須從模具表面移除。如果沒有額外的效果,例如超臨界干燥,液體蒸發(fā)。在蒸發(fā)過程中,在某些時候,密閉的液體膜會破壞特征頂部,只有空腔保持填充。如果液體進一步蒸發(fā),則可能一個空腔仍然是濕的,而相鄰的空腔是空的。在這種情況下,強拉普拉斯壓力會導(dǎo)致圖案崩潰。相比之下,相鄰填充腔的薄弱的彎液面力也引起模式縮影。在腔中出現(xiàn)彎月力是形成毛細(xì)管橋。彎液面曲率是液體和腔體材料的組合特有的。作用在結(jié)構(gòu)上的壓差Dp由[21] cl表示沖洗液的表面張力。如果光柵中的所有結(jié)構(gòu)和形成的毛細(xì)管半月板相等,則gs和gl相等,壓差消失,光柵處于平衡狀態(tài)。由制造或處理差異引起的光柵中相鄰腔的毛細(xì)管橋的差異導(dǎo)致初始偏轉(zhuǎn),并因此導(dǎo)致作用在結(jié)構(gòu)上的壓力差Dp。必須發(fā)現(xiàn)這些與由變形特征產(chǎn)生的恢復(fù)力之間的平衡。以前的工作主要集中在襯底上抗蝕劑特征的描述。通常,所使用的抗蝕劑材料的楊氏模量比使用的基底硅(150GPa)或熔融二氧化硅(70GPa)的楊氏模量小一個數(shù)量級。在這種情況下,可以忽略基板的變形,并且僅圖案化的抗蝕劑結(jié)構(gòu)的變形有助于位移。對于聚合物軟模,基材以及結(jié)構(gòu)由相同的材料制成。在由于彎液面力引起的結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)期間。 圖案本身以及基板變形。 已經(jīng)使用有限元模擬來確定所有聚合物結(jié)構(gòu)相對于其表面上施加的彎液面壓力差(參見方程式(3))的撓度。 給定幾何體對施加壓力的響應(yīng)曲線必須與由公式 (3)類似。 在這種情況下,結(jié)構(gòu)在崩潰前達到平衡位置。 如果沒有交叉點,結(jié)構(gòu)將接近直到彼此接觸,即崩潰。 為了確定結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn),已經(jīng)使用了ANSYS Workbench。 4. 柱陣列 在使用有一個接觸角的模具未成形表面測量時,測量體積,表面能量可以通過使用Owens-wendt-rabel-kaeble算法測得。機械材料的穩(wěn)定性可以再參考文獻里找到,同時還包括關(guān)于聚二甲硅氧烷材料的資料,這個泊松比的理想值估計在0.3左右。 這個測量臺柱的直徑與少數(shù)給出的值不同,在側(cè)向崩潰模擬中,一半的結(jié)構(gòu)可以測量。通常,制品的誤差取決于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的公差,掃出側(cè)向崩潰所占的比例大部分的誤差是在理想范圍內(nèi)的。這里在側(cè)面部分崩潰與全部崩潰之間,只有側(cè)向崩潰會呈現(xiàn)出來。在這里公差趨向于崩潰公差,這一區(qū)域的誤差比較穩(wěn)定。如果比例升高,變得不穩(wěn)定。機械制造誤差在較高時,將臺柱排列可以被觀察法到。 基于理論的仿真結(jié)果比較在第三節(jié)中顯示,實驗可以從圖里看見,理想間距約750納米,較大的偏距也是存在的的。掌握制作硅晶圓的抵御功能,同一訊號可能顯示的不同結(jié)構(gòu)周期。對于高度,所有的仿真結(jié)果顯示,采取真實的尺寸。通過掃描電子顯微鏡交流計數(shù)測量,從仿真以及實驗成果可見,縱橫比取決于該球場緊密結(jié)構(gòu)。這是假設(shè)完美半間距結(jié)構(gòu),圖五中的剩余偏差可以實驗得出,側(cè)壁角度不為90,鑄件表面母材的能量能影響鑄型的表面能。圖六顯示的臨界縱橫比取決于不同模具的結(jié)構(gòu)尺寸。子圖展示模具結(jié)構(gòu)從統(tǒng)一鑄型鑄造不同材料。在這里,只有Ormostamp能承受清洗,異丙醇無特征崩潰程序。因此,適合作為軟模具材料所需的高方面比。表面能未經(jīng)處理的oemostamp高于MD40和MD700,導(dǎo)致小CON機制的角度變化,因此形成較高的壓力差。相鄰的毛細(xì)血管之間產(chǎn)生熵,楊氏模量能夠完全補償這種上升。臨界寬高比對楊氏模量的依賴性模具材料。圖8,他們表現(xiàn)出300納米半間距結(jié)構(gòu)在左上角,500nm的半間距結(jié)構(gòu)在較低的能量與腐蝕深度2100納米。引用國際修復(fù)系數(shù),表面能從41米/米下降到11MN/米(參見表1)的應(yīng)用ASL。未經(jīng)處理的模具模式清楚地顯示橫向崩潰為300納米半節(jié)距結(jié)構(gòu),而功能與ASL任然是穩(wěn)定的。溶劑如異丙醇或丙酮確實表現(xiàn)出濕潤行為(接觸角)(45~60)即使表面能非常低,像那些本文應(yīng)用ASL。因此,很難消除增加接觸角到90的毛細(xì)血管彎月面力,或通過改變?nèi)軇?。即使奧爾莫日印加工包括ASL的沉積,將相同的降解為印記中的性能優(yōu)于其他考慮物質(zhì)。 納米壓印軟膜的清洗可引起特征崩潰,可能發(fā)生不同的倒塌機制,在有限元分析可能下落折疊或向?qū)Ψ絺?cè)倒塌。通過依賴性的崩潰結(jié)構(gòu)的楊氏模量和表面能的模具材料模擬實驗表明,高分子軟模具的崩潰是由底層基板的變形影響。硅基映襯底上的抗腐劑結(jié)構(gòu),可以描述結(jié)構(gòu)的變形行為。用有限元模擬,兩桿結(jié)構(gòu)和光柵圖案的邊緣特征崩潰,總之材料表現(xiàn)出較低的表面能。進一步的工作將進行新材料的調(diào)查,聚珪氮烷(pvsz),WH。這項工作是由DFG研究訓(xùn)練組”nano和生物技術(shù)包裝電子系統(tǒng)”負(fù)責(zé)。外屏蔽罩拉深模設(shè)計-沖壓模具三維PROE含CAD圖紙.zip |
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