Molecular Dynamics Study on Mold and Pattern Breakages in Nanoimprint Lithography
Molecular Dynamics Study on Mold and Pattern Breakages in Nanoimprint Lithography
复制标题
纳米压印光刻模具和图案破损的分子动力学研究
DOI：
--
复制
发表时间：
2010
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Y. Hirai
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
M. Yasuda;K. Tada;Y. Hirai
纳米压印光刻（NIL）是用于以低成本制造纳米结构的有前景的技术之一（Chou等人，1995）（Chou等人，1996年）。在NIL中，了解聚合物在压印过程中的变形行为是高速和均匀制造的一个重要问题。由于数值模拟可以是解决这个问题的有效方法，因此进行了几项使用连续介质力学的研究（Hirai等人，2001）（Hirai等人，2004）（Song等人，2008年）。连续介质力学成功地预测了亚微米尺度的材料变形。然而，当图案尺寸变得小于几十纳米时，连续介质力学无法分析材料行为。单纳米分辨率已经在NIL中实验性地证明（Hua等人，2004）（Hua等人，2006年）。为了精确分析纳米尺度下的材料变形，必须考虑原子或分子的行为。分子动力学模拟是在原子尺度上研究材料变形机制的有效工具。报道了几个近红外过程的分子动力学研究。Kang等人提出了将α-石英印模压印到无定形聚（甲基丙烯酸甲酯）膜中的NIL工艺的MD模拟模型（Kang等人，2007年）。在他们的研究中，计算了聚合物膜中的密度和应力分布，以详细分析变形行为。报道了图案化聚合物的密度变化的MD模拟和实验数据之间的定性一致性（Woo等人，2007年）。还用MD模拟研究了模具几何形状对NIL工艺中回弹现象的影响（Yang等人，2009年）。对于金属直接压印，进行更多的MD研究。研究了铜压印的工艺参数，例如压印锥角、压印深度、温度和冲压速度（Hsu等人，2004）（Hsu等人，2005年）。原子尺度的摩擦机制研究铝压印（谢和宋，2007年）。还研究了金属膜厚度对图案形成的影响（Cheng等人，2007年）。据报道，MD模拟与实验结果在温度对金压印的影响方面一致（Hsiung等人，2009年）。展示了合金的纳米压印的MD模拟（Fang等人，2007年）。为了节省计算时间，提出了混合原子论和连续统方法的纳米压印过程多尺度模拟（Wu & Lin，2008）。最近，进行了辊纳米压印工艺的MD模拟（Wu等人，2009年）。
Nanoimprint lithography (NIL) is one of the promising technologies for the fabrication of nanostructures at low cost (Chou et al., 1995) (Chou et al., 1996). In NIL, understanding the deformation behaviour of polymer during imprinting processes is an essential issue for high-speed and uniformed fabrication. Since numerical simulations can be efficient approaches for this issue, several studies using continuum mechanics are performed (Hirai et al., 2001) (Hirai et al., 2004) (Song et al., 2008). Continuum mechanics successfully predict the material deformation in submicron scale. However, as the pattern size becomes smaller than several tens of nanometers, continuum mechanics fails to analyze the material behaviour. Single-nanometre resolution has experimentally been demonstrated in NIL (Hua et al., 2004) (Hua et al., 2006). For the exact analysis of the material deformation in nanoscale system, the behaviour of atoms or molecules should be considered. Molecular dynamics (MD) simulation is a useful tool to study the deformation mechanism of the materials in atomic scale. Several MD studies on NIL process are reported. Kang et al. propose a MD simulation model of a NIL process imprinting an α-quartz stamp into an amorphous poly-(methylmethacrylate) film (Kang et al., 2007). In their study, the distributions of density and stress in the polymer film are calculated for the detail analysis of deformation behaviour. The qualitative agreement between the MD simulation and the experimental data for the density variation of patterned polymer is reported (Woo et al., 2007). Mold geometry effect on springback phenomenon in NIL process is also studied with the MD simulation (Yang et al., 2009). For metal direct imprinting, more MD studies are performed. Process parameters such as stamp taper angle, imprint depth, temperature and punch velocity are investigated for copper imprinting (Hsu et al., 2004) (Hsu et al., 2005). The mechanism of the atomic-scale friction is studied for aluminium imprinting (Hsieh & Sung, 2007). The metal film thickness effect on pattern formation is also studied (Cheng et al., 2007). Agreement between MD simulation and experimental results is reported for temperature effects on gold imprinting (Hsiung et al., 2009). MD simulation of nanoimprint for alloys is demonstrated (Fang et al., 2007). In order to save computational time, a multi-scale simulation for nanoimprint process that mixes the atomistic and continuum approaches is proposed (Wu & Lin, 2008). Recently, MD simulation of roller nanoimprint process is performed (Wu et al., 2009).