使用具有金属或氧化物涂层的可再次利用的聚合物模板的纳米压印的制作方法
【专利说明】使用具有金属或氧化物涂层的可再次利用的聚合物模板的纳米压印
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请根据35U.S.C.§ 119(e) (I)要求2013年03月15日提交的美国临时专利申请第61/792，280号的优先权，该文的全部内容通过引用纳入本文。
[0003]发明背景
[0004]纳米制造包括制造极小的结构，所述结构具有100纳米级或更小的特征。纳米制造具有显著影响的一个领域是集成电路的加工。随着半导体加工工业持续地力求获得更高的生产率，同时增加每单位面积基片上形成的电路数量，因此纳米制造变得越来越重要。纳米制造提供了更高的工艺控制，同时允许持续减小形成的结构的最小特征尺寸。已经应用纳米制造的其它研发领域包括生物技术、光学技术、机械系统等。
[0005]当今使用的一种示例性的纳米制造技术通常被称为压印光刻。示例性压印光刻工艺的详细描述参见多种出版物，例如美国专利号8，349，2 41、美国专利申请公开号2004/0065252,和美国专利号6，936，194，以上各文的全部内容通过引用纳入本文。
[0006]上述这些美国专利申请公开和美国专利中所述的压印光刻技术都包括在可成形(可聚合)的层中形成浮雕(relief)图案，将与所述浮雕图案对应的图案转移到下面的衬底中。所述衬底可以与移动平台相连接，以获得促进图案化工艺的所需定位。所述图案化工艺使用与衬底隔开的模板，可成形液体被施加在模板和衬底之间。所述可成形液体固化形成其中记录有图案的刚性的层，所述图案与接触所述可成形液体的模板表面的形状一致。固化之后，将所述模板与刚性的层分离，使得模板和衬底隔开。然后对衬底和固化的层进行另外的加工，将对应于所述固化的层中的图案的浮雕图案转移到所述衬底中。
[0007]附图简述
[0008]为了更详细地理解本发明的特征和优势，结合附图所示的实施方式，对本发明的实施方式进行了更具体的描述。但是，需要注意的是，附图仅仅显示了本发明的常规实施方式，因此本发明不限于此，因为本发明还包括其它同等有效的实施方式。
[0009]图1所示为光刻系统的简化侧视图，其具有与衬底隔开的模板及模具。
[0010]图2所示为图1所示的衬底的简化图，其上具有图案化层。
[0011]图3A和3B显示根据本发明形成模板的示例性方法。
[0012]图4A和4B显示使用图3A和3B所示的模板把图案化层压印到衬底上的示例性方法。
[0013]图5A和5B显示根据本发明形成模板的另一种示例性方法。
[0014]图6A和6B显示根据本发明形成模板的另一种示例性方法。
[0015]图7显示根据本发明形成模板的另一种示例性方法。
[0016]图8显示根据本发明的模板的剪切力实验结果。
[0017]图9显示根据本发明的模板的分离力实验结果。
[0018]图10显示根据本发明的模板的流体填充实验结果。
[0019]具体描述
[0020]参考附图，尤其是图1，显示了用来在衬底12上形成浮雕图案的光刻系统10。衬底12可以与衬底卡盘14相连。如图所示，衬底卡盘14是真空卡盘。但是，衬底卡盘14可以是任意的卡盘，包括但不限于真空卡盘、销钉型卡盘、沟槽型卡盘、静电卡盘、电磁卡盘等。在美国专利第6，873，087号中描述了示例性的卡盘，该专利参考结合入本文中。
[0021]衬底12和衬底卡盘14可以进一步被平台16所支承。平台16可以提供沿x轴、I轴和z轴的平动和/或转动。平台16，衬底12和衬底卡盘14也可以设置在底座上(图中未显示)。
[0022]模板18与衬底12隔开设置。模板18可包括主体，该主体具有第一侧和第二侧，其中一侧具有从该侧朝向衬底12延伸的台块(mesa) 20。台块20上面具有图案化表面22。另外，可以将台块20称作模具20。或者，模板18可以没有台块20。
[0023]模板18和/或模具20可以由以下的材料形成，包括但不限于:熔融石英、石英、硅、有机聚合物、硅氧烷聚合物、硼硅酸盐玻璃、氟碳聚合物、金属、硬化蓝宝石等。如图所示，图案化表面22包括由多个隔开的凹槽24和/或凸起件26限定的特征结构(feature)，但是本发明的实施方式不限于这样的构造(例如，平坦的表面)。图案化表面22可以限定任意初始图案，该初始图案形成用来形成于衬底12上的图案的基础。
[0024]模板18可以与卡盘28相连接。卡盘28可以设计成真空卡盘、销钉型卡盘、沟槽型卡盘、静电卡盘、电磁卡盘、以及/或者其它类似种类的卡盘，但是不限于这些。示例性卡盘还如美国专利号6，873，087所述。另外，卡盘28可以与压印头30相连，使得卡盘28和/或压印头30可以设计用来促进模板18的移动。
[0025]系统10还可以包括流体分配系统32。流体分配系统32可以用来在衬底12上沉积可成形的材料34 (例如，可聚合的材料)。可以使用以下的技术将可成形的材料34施加于衬底12之上，例如液滴分配、旋涂、浸涂、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、薄膜沉积、厚膜沉积等。根据设计的考虑，可以在模具22和衬底12之间形成所需空间之前和/或之后，将可成形的材料34施加于衬底12上。可成形的材料34可为功能化纳米颗粒，其应用于生物结构域、太阳能电池工业、电池工业和/或需要功能化纳米颗粒的其它工业。例如，可成形的材料34包括如美国专利号7，157，036和美国专利号8，076, 389所述的单体混合物，以上各文的全部内容通过引用纳入本文。或者，可成形的材料34可包括但不限于生物材料(例如，PEG)，太阳能电池材料(例如，N-型，P-型材料)，和/或类似材料。
[0026]参见图1和图2，系统10可以进一步包括通过线路42与直接能源40相连的能量来源38。压印头30和平台16可以设计用来与线路42相叠覆地定位模板18和衬底12。可以使用处理器54来调节系统10，所述处理器与平台16、压印头30、流体分配系统32和/或能源38相连，可以使用储存在存储器56中的计算机可读程序进行操作。
[0027]压印头30、平台16或者这两者在模具20和衬底12之间的距离发生变化，用来在其之间限定所需的体积，该体积将被可成形的材料34填充。例如，压印头30可以对模具18施加作用力，使得模具20与可成形的材料34相接触。在所需体积被可成形的材料34填充之后，能源38产生能量40，例如紫外辐射，使得可成形的材料34固化和/或交联，并且与衬底12的表面44的形状相一致，并使表面22图案化，在衬底12上形成图案化的层46。图案化的层46可包括残余的层48以及大量的特征结构，图中显示为凸起件50和凹陷52，凸起件50的厚度为h，残余层的厚度为t2。
[0028]如上所述的系统和方法还可用于参考美国专利号6，932，934、美国专利号7，077，992、美国专利号7，179，396和美国专利号7，396，475的压印光刻方法和系统，以上各文的全部内容通过引用纳入本文。
[0029]压印光刻中所用的常规的玻璃、石英或熔融石英模板通常通过电子束过程、然后进行多个真空过程例如反应性离子蚀刻(RIE)来制造。但是，这种过程是昂贵和耗时的。已知模板复制过程使用电子束制造的主模板，使用光刻(例如，压印光刻)来在玻璃(或类似衬底)中形成复制模板。虽然成本比直接电子束制造更低，但这种玻璃模板复制仍然需要RIE蚀刻来把图案特征转移进入玻璃，然后进行SEM检测来完成和确认特征几何形貌。这些过程仍然是耗时的，且可导致在高通量压印光刻制造过程中形成瓶颈。聚合物模板，即，其中模板的图案化表面自身由聚合物材料(例如，通过光刻过程)形成的模板，制造速度比玻璃模板更快也没那么昂贵，但它们类似地也具有不足。例如，这种聚合物模板的图案化表面通常不具有足够高的表面硬度和强度来实现可与玻璃模板比拟的耐久性。因此，通过连续的压印循环，聚合物模板图案特征倾向于损坏。此外，使用时，聚合物模板通常需要连续的表面处理来将图案与固化的、图案化聚合物材料彻底分离，这样聚合物模板通常具有高的表面自由能并存在聚合物-聚合物粘附的趋势，这降低了在连续的压印循环之后模板的