В последнее десятилетие метод наноштамповки (Nanoimprint lithography) получил широкое распространение благодаря относительной простоте и дешивизне. Напомним сам принцип простейшего процесса наноштамповки на примере UV Nanoimprint lithography: на подложку наносится резист (вещество, изменяющее свои химические или физические свойства, способность к растворению и пр. под действием ультрафиолетового излучения), подложка с резистом совмещается со стемпером (от англ. stamp - "печать", "штамп"), стемпер входит в жидкий резист, под действием УФ-излучения резист затвердивает. После затвердивания резиста стемпер удаляется, оставляя отпечаток. Очевидно, что полимер должен удовлетворять целому набору требований. Во-первых, полимер должен обладать высокой адгезивностью по отношению к подложке и низкой адгезией по отношению к стемперу. Во-вторых, полимер должен обладать низкой вязкостью. Существует и еще одна дилемма: предпочесть мягкий или твердый материал для стемпера.
С началом промышленного производства производители столкнулись еще с двумя проблемами, которые не связаны с материалом полимера и стемпера, а привнесены особенностями технологии производства: низкая скорость штамповки и неравномерно распределенное давление под стемпером, что искажает обычно штамповку.
Свое решение проблемы предложил коллектив исследователей из университета Мичигана. В своей работе они описали два устройства для штамповки (рис.1): одно устройство использует гибкую подложку (PET), а второе твердую (стекло). Процесс состоит из двух стадий - нанесения резиста на подолжку и штамповку. Механизм нанесения резиста состоит из трех роликов синхронизированных с основыными роликами для обеспечения равномерной толщины наносимого резиста. Для обеспечения равномерного давления под стемперами используются два поддерживающих ролика, фиксирующее устройство и датчик измерения силы. В качестве материала стемперов в данной работе использовался этилен-тетрафтороэтилен (ETFE). В роли резиста выступает эпоксисиликон, который обладает неоспоримым преимуществом перед широко распространенным резистом на основе полиакрилатов: благодаря полимеризации по катионному механизму кислород не способен выступать в качестве ингибитора, поэтому эпоксисиликон позволяет отказаться от использования вакуума, что значительно удешевляет процесс. Кроме этого, после затвердивания эпоксисиликон не испытывает значительного сжатия по сравнению с жидким резистом, что не приводит к искажению рисунка.
В рассматриваемой работе авторы задались целью теоретического предсказания толщины нанесенного рисунка в зависимости от приложенного давления со стороны роликов и их скорости вращения. Толщина нанесенного рисунка является критической для практического применения, например, при производстве солнечных батарей. Для достижения поставленной цели были рассмотрены три модели. В первой модели рассмотрены две твердых пластины с заключенным между ними резистом. В этом случае толщина остаточного слоя (RLT) находится из уравнения (рис.2). Во второй модели рассматривается резист, заключенный между двумя гибкими пластинами (рис.3). И, наконец, в третьей, наиболее реалистичной модели, резист заключен между двумя движущимися эластичными поверхностями. В этой модели распределение давления между роликами принимает вид (рис.4).
Используя эти три модели, авторы сделали целый ряд допущений. Во-первых, предполагалось, что ширина ролика L много больше длины соприкосновения ролика с резистом a. Во-вторых, начальная толщина резиста была принята равной 50 мкм, которая близка к теоретически измеренной, но несколько увеличивающуюся, если учесть движение роликов. Это вполне допустимо, поскольку остаточная толщина полимера мало зависит от начальной толщины в диапазоне величин приложенной силы 50-300 Н (именно этот диапазон используется в описываемом эксперименте). В-третьих, длина контакта между роликом и резистом a считается постоянной величиной. И, наконец, в-четвертых, сжатие после полимеризации под действием УФ-излучения было принято равным 3%. На рисунке 5 предствалены графики, на которых авторы сравнили зависимость остаточной толщины полимера от приложенной силы со стороны ролика в трех теоретических моделях и в реальном эксперименте.
Полученные результаты представляют несомненный интерес для развития технологий микропечати и создания устройств гибкой электроники и микроэлекромеханических систем ()МЭМС.
