專利名稱：多層超微壓印平版印刷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及超微壓印平版印刷領(lǐng)域，更具體地說，涉及在基片上產(chǎn)生納米尺寸圖形的方法和裝置。
背景技術(shù)：
其特性受納米尺寸結(jié)構(gòu)化材料影響的量子裝置，例如單電子裝置，是未來的電子時(shí)代有前途的裝置。超微制造技術(shù)的開發(fā)對(duì)于這類超微裝置的生產(chǎn)是必不可少的。在實(shí)踐中，操縱納米粒子的極限電子束平版印刷以及基于AFM的方法(原子力顯微鏡)已經(jīng)使制作尺寸小到數(shù)納米的結(jié)構(gòu)和圖形成為可能。然而，那些技術(shù)以串行方式工作妨礙這些超微平版印刷應(yīng)用于裝置的批量制造。超微壓印平版印刷(nanoimprint lithography，NIL)具有成為并行制作這類超微裝置的有前途的備選方法的內(nèi)在潛力。這里，用連續(xù)平版印刷、最常用電子束平版印刷構(gòu)圖的印模可用于模壓印刷方法(stamp-print approach)中的復(fù)制，十分類似于致密盤(CD)生產(chǎn)方法。CD生產(chǎn)技術(shù)是在1975年引入的，已經(jīng)顯示它的優(yōu)良的批量生產(chǎn)能力。CD生產(chǎn)具有在生產(chǎn)的每塊6″致密盤的整個(gè)區(qū)超過67％的總(最差情況)產(chǎn)率。
超微壓印平版印刷(NIL)是一種在基片上產(chǎn)生納米尺寸圖形的已知技術(shù)。基片可以例如是半導(dǎo)體材料，例如硅，磷化銦或砷化鎵，而且用于例如生產(chǎn)半導(dǎo)體部件。在其它應(yīng)用例如生物傳感器的情況下，基片還可以是其它材料，例如陶瓷材料，金屬或具有較高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物。
微電子技術(shù)中的趨勢(shì)是傾向于越來越小的尺寸。一般地，開發(fā)工作一直是這樣的大約每三年尺寸減小到它們的一半大小。例如，今天生產(chǎn)了具有大小約為130nm的結(jié)構(gòu)的商品部件，但是需要甚至進(jìn)一步減小尺寸。
NIL的基本原理是，涂在例如硅的平板上的薄膜層的機(jī)械變形。NIL方法可以與CDs的生產(chǎn)方法相比而且可分三步描述1.模型(即，模板)的生產(chǎn)模型可從各種材料例如金屬、半導(dǎo)體、陶瓷或者從某些塑料生產(chǎn)。為了在模型的一個(gè)表面上產(chǎn)生三維結(jié)構(gòu)，可利用各種平版印刷方法，取決于對(duì)結(jié)構(gòu)的尺寸和它們的分辨率的要求。電子束和X射線平版印刷常用于小于300nm的結(jié)構(gòu)尺寸。直接激光曝光和UV平版印刷被用于更大的結(jié)構(gòu)。
2.壓印(imprint)將聚合物例如聚酰胺的薄膜層涂到硅的平基片上。將該層加熱到一定的溫度，所謂的壓印溫度。將模型和基片壓在一起以致模型的反相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到基片上的聚合物層上。在壓印步驟中，將耐蝕膜加熱到高于它的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度。在該溫度下，熱塑性耐蝕膜變成粘稠的液體并可以流動(dòng)，所以，可輕易變形成模型的形狀。耐蝕膜的粘度隨溫度升高而降低。
3.結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移在聚合物層中壓在一起的區(qū)內(nèi)，保留了聚合物薄層。最后步驟是除去基片上的該薄保留層。這可在所謂的“RIB”或O2-等離子體裝置中或者在各向異性蝕刻工藝?yán)缁钚噪x子蝕刻(RIE)中進(jìn)行。該保留層越薄，可利用超微壓印產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)越精細(xì)。
一個(gè)關(guān)于常規(guī)NIL操作的問題是，在壓模過程中模型可粘附到薄膜層上，這使薄膜層中轉(zhuǎn)移的反轉(zhuǎn)圖形不太準(zhǔn)確。因此，模型通常備有一層薄的防粘層以避免這樣的粘附。
Willson等的文章“Step and Flash Imprint LithographyA NewApproach to High-Resolution Patterning”，Proc.SPIE Vol.3676，379～389(1999)描述了一種聚合物中具有一體化防粘物質(zhì)的聚合物壓印耐蝕膜層。
另一種壓印方法利用與使聚合物固化的UV曝光相結(jié)合的壓印。平版印刷的該替代方法基于雙層壓印方案。在該方法中，將一片具有帶圖形的鉻表面的標(biāo)準(zhǔn)石英掩膜進(jìn)行活性離子蝕刻，在表面產(chǎn)生高分辨率凸版圖像。除去殘余的鉻，用氟化的自組裝的單層對(duì)模板進(jìn)行表面處理。將一種低粘度、可光聚合的制劑導(dǎo)入兩個(gè)表面之間的間隙。然后使模板與基片接觸。通過所述石英模板背側(cè)曝光使所述溶液(稱為蝕刻防護(hù)劑)光聚合。將模板與基片分離，在基片上留下UV固化的凸版結(jié)構(gòu)復(fù)制品。利用該壓印方法已牢固地產(chǎn)生了尺寸小于40nm的圖片(features)。該技術(shù)的一個(gè)問題/缺點(diǎn)是，它不適合沒有連曬(stepping)和壓箔(stamping)/后曝光(flashing)的大面積壓印，在這種情況下必須在每個(gè)壓印步驟以前分配聚合物。
有幾個(gè)與壓印平版印刷法相關(guān)的復(fù)雜問題。一個(gè)關(guān)鍵方面是在保持聚合物層中顯示的相同分辨率的同時(shí)進(jìn)行下一層次的加工。有圖形的金屬層的形成是一個(gè)用途。有精細(xì)圖形的金屬層被用作集成電路中的互聯(lián)。它們還可用作后續(xù)層生長(zhǎng)的催化劑。如果后續(xù)金屬層不易被蝕刻，例如由于晶體方向依賴性蝕刻速度的緣故，那么需要一種附加的方法，例如提升(lift-off)。然而，通過金屬提升轉(zhuǎn)移圖形時(shí)單純的聚合物層是成問題的。由壓印操作引起的非垂直側(cè)壁導(dǎo)致提升過程中金屬膜的撕裂和脫落。如果壓印部件沒有垂直的側(cè)壁，壓印平版印刷中就出現(xiàn)非垂直的側(cè)壁。即使印刷機(jī)確實(shí)具有垂直的側(cè)壁，也會(huì)由于從壓印的圖片底部除去殘余聚合物所需的清除浮渣步驟而在壓印的膜中形成非垂直的側(cè)壁。因此，需要這樣一種技術(shù)，它將與應(yīng)用單層耐蝕膜的金屬提升相關(guān)的問題減到最少。
關(guān)于本發(fā)明人論述的那些壓印技術(shù)還有其它問題，例如，如果基片和有機(jī)材料被改變，表面粘附特性就改變。這導(dǎo)致工藝局限于聚合物材料與特定的基片材料例如硅、鎳、石英、玻璃、氮化硅等組合。在模型上利用脫模劑不足以保證該工藝安全地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。
所以需要探尋這樣的超微壓印平版印刷方法和裝置，即，為以經(jīng)濟(jì)的方式從模型轉(zhuǎn)移甚至更精細(xì)的納米尺寸結(jié)構(gòu)到基片提供可能性并且消除/減輕關(guān)于壓印過程中模型與基片粘附的問題。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是消除/減輕上述缺點(diǎn)/問題。
所以，本發(fā)明的一個(gè)目的是探尋這樣的超微壓印平版印刷方法和裝置，即，為從模型轉(zhuǎn)移甚至更精細(xì)的納米尺寸結(jié)構(gòu)到基片提供可能性。
本發(fā)明另一個(gè)目的是探尋這樣的超微壓印平版印刷方法和裝置，它們能減輕關(guān)于壓印過程中模型與基片粘附的問題。
本發(fā)明又一個(gè)目的是探尋這樣的超微壓印平版印刷方法和裝置，它們可改善基片上壓印圖形的準(zhǔn)確性。
本發(fā)明又一個(gè)目的是探尋這樣的超微壓印平版印刷方法和裝置，它們通過減小聚合物在模型表面上的粘附以及聚合物從基片的剝離而改善壓印質(zhì)量。
本發(fā)明又一個(gè)目的是探尋這樣的超微壓印平版印刷方法和裝置，它們提供經(jīng)濟(jì)的批量生產(chǎn)更高準(zhǔn)確性的超微結(jié)構(gòu)的可能性。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明通過一種用于在基片上形成結(jié)構(gòu)化圖形的方法實(shí)現(xiàn)了上述目的，其中，所述基片在壓模前被涂布了許多層涂層，此處，每一層涂層具有特定的作用。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明通過提供一種在基片上形成結(jié)構(gòu)化圖形的方法實(shí)現(xiàn)了上述目的，其中，在基片上面的最上面的涂層具有完全的防粘作用。
根據(jù)本發(fā)明又一方面，提供了一種基片，目的是為了在該基片上形成納米尺寸圖形，其中，所述基片被涂布了許多層各自具有特定的作用的涂層。
根據(jù)本發(fā)明又一方面，本發(fā)明的基片具有一層最上面的涂層，它具有完全的防粘作用。
雖然前文已經(jīng)概述了本發(fā)明，但本發(fā)明由獨(dú)立權(quán)利要求1和8限定。本發(fā)明的其它實(shí)施方案由從屬權(quán)利要求2～7、9～11限定。
附圖簡(jiǎn)述

圖1闡釋了按本發(fā)明形成納米尺寸圖形的基片和模型。
圖2闡釋了一種在基片上提供納米尺寸圖形的方法的流程圖，它可用于實(shí)施本發(fā)明。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述本發(fā)明基于鑒定超微壓印平版印刷過程中關(guān)于防粘物質(zhì)在基片上的聚合物壓印耐蝕膜層中的一體化的問題/缺點(diǎn)，如Willson等的文章“Step and Flash Imprint LithographyA New Approach toHigh-Resolution Patterning”，Proc.SPIE Vol.3676，379～389(1999)描述了一種聚合物中具有一體化防粘物質(zhì)的聚合物壓印耐蝕膜層。該方法完全沒有給出最佳防粘特性，導(dǎo)致聚合物粘到模型上，結(jié)果妨礙在基片上經(jīng)濟(jì)的批量產(chǎn)生甚至更精細(xì)的納米尺寸圖形。
圖1闡釋了本發(fā)明。模型100具有形成超微結(jié)構(gòu)圖形的凹口105和凸出部分110。凸出部分具有約150nm的高度。模型100可由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的材料制備，例如玻璃、硅，或者金屬例如鎳。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，可對(duì)所述模型涂布呈TeflonTM那樣的單層形式的防粘薄層190。薄層190的厚度是約10nm或更小而且例如可通過如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的化學(xué)蒸汽淀積到印模上獲得。提供了由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的材料例如硅(或硅玻璃)制作的基片115。在基片115上涂布由例如3-甲基丙烯酰氧基丙基-二甲基氯硅烷或六甲基二硅烷HMDS構(gòu)成的粘合劑薄層120(也稱為粘合層)。該層120優(yōu)選為約10nm或更薄而且可通過例如旋轉(zhuǎn)涂布獲得。然后在層120的上面提供成形層(也稱為壓印耐蝕膜層)125，它可由例如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)構(gòu)成而且具有約150nm的優(yōu)選的厚度。壓印PMMA層125可通過利用合適的已知技術(shù)例如旋轉(zhuǎn)涂布提供。根據(jù)本發(fā)明，在壓印耐蝕膜層125的上面提供一防粘層130。防粘層130可以例如由十三氟-(1H，1H，2H，2H)四氫辛基胺或者相似的部分或完全氟化的化合物構(gòu)成。如本領(lǐng)域技術(shù)人員了解的那樣，防粘層130優(yōu)選具有10nm或更小的厚度，而且可被例如旋轉(zhuǎn)涂布在壓印PMMA聚合物層125上。
參考圖2，闡釋了一幅本發(fā)明的超微壓印方法的流程圖。在步驟200中，根據(jù)上文參考圖1的描述制作了模型100和基片115。在步驟210中，然后將具有三層120、125和130的基片115和模型100加熱到高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，引起層125的軟化。在步驟220中，利用約5～100巴、優(yōu)選約30～60巴的氣壓，按照所謂的軟壓印方法(softimprint method)，通過將模型壓入基片涂層120、125、130達(dá)＜300sec而進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移。所述軟壓印方法利用一個(gè)具有一層柔性膜的壓力控制室，所述柔性膜構(gòu)成對(duì)基片/模型的抗停止(counterstay)適于將基片和模型壓在一起，作用力在它們之間均勻地分布。在發(fā)布的國(guó)際專利申請(qǐng)WO 01/42858 A1中公開了軟壓印方法。隨后通過在步驟225中按已知方式冷卻和固化而將成形層125固化。在步驟230中，使模型100脫離基片115。這樣，通過在模型上轉(zhuǎn)移反轉(zhuǎn)圖形而在基片上提供了結(jié)構(gòu)化納米尺寸的圖形。
本發(fā)明通過給基片提供在例如壓印耐蝕膜層的上面的一個(gè)最上面的防粘層而克服了與已知技術(shù)相關(guān)的問題和缺點(diǎn)。這樣促進(jìn)防粘層的均勻分布，還使防粘層的均勻性對(duì)于最終壓印結(jié)果的準(zhǔn)確性和精度不太重要。本發(fā)明在模型上提供了一層作為防粘層的薄的單層，例如TeflonTM那樣的單層。本發(fā)明TeflonTM那樣的單層厚度約為10nm或更小，然而該厚度可根據(jù)應(yīng)用的化學(xué)性質(zhì)而變。
通過應(yīng)用本發(fā)明的壓印技術(shù)，壓印結(jié)果顯示更高的質(zhì)量，實(shí)際上聚合物沒有粘附到模型表面，而且聚合物沒有從基片脫離。此外，壓印結(jié)果表明了上述關(guān)于非垂直側(cè)壁的問題減輕了。所以，已公開了一種超微圖形壓印方法，它提供了更高的準(zhǔn)確性，這還使得可能在基片上經(jīng)濟(jì)地批量產(chǎn)生甚至更精細(xì)的結(jié)構(gòu)。
通過闡述性的實(shí)施例描述了本發(fā)明。所述圖不是按比例繪制的而是僅僅為了闡釋本發(fā)明的工作原理。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言很多修飾是可能的，例如關(guān)于另外的功能層，例如在基片115和防粘層130之間引入所謂的提升層(lift-off layer)等，而不會(huì)偏離由后續(xù)權(quán)利要求書規(guī)定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種在基片(115)上提供結(jié)構(gòu)化納米尺寸圖形的超微壓印平版印刷方法，它通過將模型(100)和基片(115)壓在一起而將反轉(zhuǎn)圖形從所述模型轉(zhuǎn)移到所述基片上，所述基片被涂布了很多涂層，包括壓印耐蝕膜層(125)，所述方法的特征在于，它包括這一步驟-在壓模以前在基片的上面提供具有完全的防粘作用的最上面的涂層(130)。
2.權(quán)利要求1的方法，它還包括如下步驟-在壓模以前提供位于所述壓印耐蝕膜層(125)下方的粘合層(120)。
3.權(quán)利要求1的方法，它還包括如下步驟-形成所述防粘層(130)以便它包含部分氟化的化合物。
4.權(quán)利要求1的方法，它還包括如下步驟-形成所述防粘層(130)以便它包含完全氟化的化合物。
5.權(quán)利要求1的方法，它還包括如下步驟-形成所述防粘層(130)以便它包含十三氟-(1H，1H，2H，2H)四氫辛基胺。
6.權(quán)利要求1的方法，它還包括如下步驟-在壓模以前在所述模型上提供一層防粘層(190)。
7.權(quán)利要求1的方法，它還包括如下步驟-通過利用一個(gè)具有一層柔性膜的壓力控制室提供作用力在所述基片和模型之間大體均勻的分布，在將所述圖形轉(zhuǎn)移到所述基片(115)的過程中，所述基片或模型位于所述柔性膜上。
8.一種基片(115)，它是為了借助超微壓印印刷在所述基片上形成納米尺寸圖形而設(shè)計(jì)的，所述基片(115)被涂布了很多涂層，包括一層壓印耐蝕膜層(125)，其特征在于，在基片上面的最上面的涂層(130)是通過給予它完全的防粘作用的化合物形成的。
9.權(quán)利要求8的基片，其中，所述防粘層(130)包含部分氟化的化合物。
10.權(quán)利要求8的基片，其中，所述防粘層(130)包含完全氟化的化合物。
11.權(quán)利要求8的基片，其中，所述防粘層(130)包含十三氟-(1H，1H，2H，2H)四氫辛基胺。
全文摘要
公開了一種用于超微壓印平版印刷、更具體地用于在基片上提供納米尺寸圖形的改進(jìn)方法。根據(jù)這種改進(jìn)，提供了模型(100)和基片(115)，其中，在將模型(100)和基片(115)壓在一起而將圖形從模型(100)轉(zhuǎn)移到基片(115)以前，為基片(115)提供了很多涂層(120、125、130)。根據(jù)本發(fā)明，為所述基片提供了具有完全的防粘作用的最上層(130)。
文檔編號(hào)B82B3/00GK1619417SQ20041009533
公開日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2004年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月21日
發(fā)明者巴巴克·海達(dá)里, 馬克·貝克 申請(qǐng)人:奧博杜卡特股份公司