本文提出卷對(duì)卷納米壓印脫模的兩種形式并分析了脫模過程中的阻力。選取垂直于光柵形微結(jié)構(gòu)的截面作為研究對(duì)象,忽略脫模過程中旋轉(zhuǎn)角度的影響，將模板上微結(jié)構(gòu)當(dāng)作豎直平移脫離膠層的方式來(lái)處理,利用ANSYS 有限元軟件模擬了卷對(duì)卷脫模過程中不同位置的變形和等效應(yīng)力分布。結(jié)果顯示脫模過程中出現(xiàn)兩處應(yīng)力集中，且應(yīng)力集中處的最大應(yīng)力在脫模剛發(fā)生時(shí)出現(xiàn)波動(dòng)，隨后逐漸增大。

　　納米壓印技術(shù)（Nanoimprint lithography）采用高分辨率電子束光刻等方法將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)圖案制在印章上，然后用預(yù)先圖案化的印章使聚合物材料變形而在聚合物上形成結(jié)構(gòu)圖案，再用反應(yīng)離子刻蝕或金屬溶脫技術(shù)將聚合物圖形轉(zhuǎn)移到基片上。目前該技術(shù)最先進(jìn)的程度已達(dá)到10 nm 以下的水平。納米壓印具有高分辨率、高產(chǎn)量、低成本的優(yōu)點(diǎn), 被納入國(guó)際半導(dǎo)體藍(lán)圖(ITRS)，成為下一代22 nm 節(jié)點(diǎn)光刻技術(shù)的代表之一。但是納米壓印只能實(shí)現(xiàn)單片圖形復(fù)制，其加熱、冷卻工序時(shí)間較長(zhǎng)，無(wú)法滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求。同時(shí)當(dāng)模板面積增大時(shí)，需要非常大的壓印力，容易造成壓力不均，甚至破壞模板。

　　隨著大面積柔性顯示器、超薄有機(jī)太陽(yáng)能電板等產(chǎn)品的問世，急需尋找一種新的加工方法來(lái)滿足產(chǎn)業(yè)化需求。卷對(duì)卷納米壓印技術(shù)（R2RNIL）正是在這一背景下發(fā)展起來(lái)的，它采用了具有微結(jié)構(gòu)的柔性模板，利用輥柱的旋轉(zhuǎn)和上下輥對(duì)壓方式將模板與涂有光刻膠的柔性基底逐漸壓合再逐漸脫模，以此將模板上的微結(jié)構(gòu)復(fù)制到膠層上。其顯著特點(diǎn)是涂膠、壓印、固化、脫模等工序集合到一套裝置線中完成，能實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的連續(xù)復(fù)制；其次模板與膠層從局部到整體逐步壓合和逐步脫開，所需壓印力和脫模力小、壓力均勻，能實(shí)現(xiàn)大面積圖形復(fù)制。卷對(duì)卷納米壓印這兩大優(yōu)點(diǎn)使其能夠滿足產(chǎn)業(yè)化高生產(chǎn)率的需求。

　　脫模是卷對(duì)卷納米壓印過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接決定了微結(jié)構(gòu)復(fù)制的成敗和質(zhì)量的好壞。脫模的首要條件是膠層與基底的表面結(jié)合能要大于膠層與模板的表面結(jié)合能，保證膠層不會(huì)脫離基底而粘附在模板上面。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)卷對(duì)卷納米壓印的脫模研究工作還非常有限，本文在分析脫模形式和建立的受力模型的基礎(chǔ)上，對(duì)卷對(duì)卷脫模過程中模板和膠層微結(jié)構(gòu)的受力和變形情況進(jìn)行有限元分析。

1、R2RNIL 脫模形式及脫模阻力

1.1、R2RNIL 工藝原理

　　如圖1 所示，涂膠輥將容器內(nèi)液態(tài)的紫外光刻膠均勻旋涂到不斷前進(jìn)中的透明柔性基底上，并在壓印前烘發(fā)掉溶劑；然后，柔性模板繞著壓印輥旋轉(zhuǎn)與基底保持同速，模板上的微結(jié)構(gòu)逐漸壓入到紫外光刻膠層內(nèi)，并保持壓合狀態(tài)使得光刻膠充分填充微結(jié)構(gòu)空腔，再由紫外光源對(duì)壓合的膠層進(jìn)行曝光，使得填充入模板微結(jié)構(gòu)空腔中的膠層壓印結(jié)構(gòu)固化定型；最后，模板與基底通過旋轉(zhuǎn)的方式逐漸脫離開來(lái)。

圖1 卷對(duì)卷納米壓印工藝流程簡(jiǎn)圖

1.2、R2RNIL脫模形式

　　在傳統(tǒng)納米壓印脫模過程中，模板是整體從膠層上脫離開來(lái)的，脫模接觸面積大，以致脫模阻力大，且容易破壞模板與膠層本應(yīng)保持的平行狀態(tài)，造成各部分脫模不一致。根據(jù)脫模發(fā)生面與光柵形微結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系將R2RNIL 脫模分成平行脫模和垂直脫模兩種方式。平行脫模指脫模發(fā)生面（圖2 中的粗短箭頭）與微結(jié)構(gòu)線槽側(cè)壁平行；垂直脫模指脫模發(fā)生面與微結(jié)構(gòu)線槽側(cè)壁垂直。無(wú)論哪種脫模形式，模板微結(jié)構(gòu)都由局部到整體逐漸地從膠層壓印結(jié)構(gòu)脫離出來(lái)。因此脫模接觸面積非常小，相對(duì)于整體脫模其阻力明顯減小，且這種局部脫模方式能很好地保持模板與膠層的相對(duì)位置，脫模過程平穩(wěn)得多。

圖2 R2RNIL 的兩種脫模情形

3、總結(jié)

　　卷對(duì)卷納米壓印采用了柔性模板和紫外光刻膠在常溫下進(jìn)行壓印，所以在有限元建模時(shí)將單元類型設(shè)置為高彈體，這很好地反映了實(shí)際脫模時(shí)的應(yīng)力分布；由于模板脫離膠層時(shí)的旋轉(zhuǎn)半徑比模板上微結(jié)構(gòu)尺寸大得多，仍然認(rèn)為模板微結(jié)構(gòu)是豎直脫離出膠層的。我們對(duì)脫模過程的不同位置以及具有不同深寬比的微結(jié)構(gòu)的脫模情況進(jìn)行了有限元模擬。本文只討論了不同深寬比對(duì)脫模的影響，影響脫模的因素還有壓印輥轉(zhuǎn)速、模板和紫外膠的材料等。另外，當(dāng)深寬比足夠大時(shí)，脫模旋轉(zhuǎn)的角度影響將變得明顯，不能再認(rèn)為模板微結(jié)構(gòu)側(cè)壁與膠層壓印側(cè)壁是平行滑動(dòng)的了，這些都有待進(jìn)一步探討。