具有印模结构的印模及其制造装置和方法
【专利说明】具有印模结构的印模及其制造装置和方法
[0001]本发明涉及如权利要求1所述的制造用于在基底或软印模上施加纳米结构的具有印模结构的印模的方法、如权利要求7所述的相应装置以及如权利要求5所述的结构印模。
[0002]在半导体工业中，必须对材料进行结构化工艺以能够制造相应的功能元件。过去几十年最重要的结构化工艺之一迄今仍是光刻术。
[0003]然而近年来除光刻以外，压印技术已被承认是新的替代性的结构化技术，其不仅，但目前仍主要用于结构化高度对称的尤其重复性的结构元件。通过压印技术，可通过印模工艺直接在压印物料中建立表面结构。由此产生的优点显而易见。可省去光刻工艺仍需要的用于显影和蚀刻的化学品。另外，现在已经可以压印纳米范围的结构尺寸，但用常规光刻术仅可通过极其复杂且尤其昂贵的装置才能制造它们。
[0004]在压印技术中，区分两种类型的印模，即硬印模及软印模。理论上可利用硬印模或软印模进行各种印模方法。然而，对于仅使用硬印模本身作为所谓的母印模和每当必要时由该母印模形成软印模(其随后用作实际的结构印模)而言，存在多种技术及经济原因。该硬印模因此是软印模的负型(Negativ)。仅在制造多个软印模时需要该硬印模。可通过不同的化学、物理及技术参数区分软印模与硬印模。将可想到由于弹性行为的区别。软印模具有主要归因于熵弹性的变形行为，硬印模具有主要归因于能弹性(Energieelastizitjit)的变形行为。另外，这两种印模类型例如可通过其硬度来区分。硬度是材料抵抗侵入物体的阻力。由于硬印模主要由金属或陶瓷组成，其具有相应的高硬度值。存在说明固体硬度的不同方式。一种非常常见的方法是维氏硬度的说明。不进行深入分析，可大致认为硬印模具有大于500 HV的维氏硬度。
[0005]尽管硬印模的优点在于其可通过合适的方法例如电子束光刻或激光束光刻由具有高强度和高刚度的材料的部件来直接制造。这种硬印模具有非常高的硬度且因此或多或少是耐磨的。然而，该高强度和耐磨性尤其面临着制造硬印模所需的高成本。即使硬印模可用于几百次压印步骤，其也随时间不再具有可靠的耐磨性。另外，技术上难以使该硬印模从压印物料脱模。硬印模具有相当高的抗弯强度。它们不能特别好地变形，因此在理想情况下必须将其沿法线方向(Normalrichtung)提起。在压印过程之后的硬印模脱模中，在此通常导致压印的纳米-和/或微结构的破坏，因为硬印模具有非常高的刚度且因此可破坏恰好成型的压印物料的微-和/或纳米结构。另外，基底可具有后续可导致硬印模的损伤或破坏的缺陷。然而如果硬印模仅用作母印模，则由该母印模成型软印模的过程是可以非常好地控制的，并伴随着非常少的母印模磨损。
[0006]软印模可非常容易地通过复制方法由母印模(硬印模)来制造。在此情况下，母印模为对应于软印模的负型。因此在母印模上压印该软印模，此后脱模，随后将其用作结构印模以在基底上压印印模结构。与硬印模相比，软印模可明显更容易、更温和和更不成问题地从压印物料上移除。另外，可从母印模成型任意多的软印模。在软印模具有一定程度的磨损后，丢弃该软印模并从母印模形成新的软印模。
[0007]当前现有技术的问题在于，软印模因其化学构造而尤其对其它分子化合物具有非常高的吸收能力。因此相比主要由金属、陶瓷或玻璃组成的硬印模而言，它们可渗透其它分子化合物。在金属和陶瓷微结构的情况下，在大多数情况下排除分子物质的吸收，然而在特殊硬印模的情况下，其也可导致分子物质的吸收。
[0008]在利用压印物料的压印工艺期间，软印模通常吸收压印物料的一部分。该吸收导致多种不希望的影响。
[0009]首先由于吸收压印物料分子，导致软印模膨胀。该膨胀在软印模表面上的微-和/或纳米结构区域中尤其成问题，因为少量压印物料分子已经足以使微-和/或纳米结构变形。由于软印模被使用多次，其在使用过程中吸收越来越多的压印物料分子。压印物料分子的吸收决定性地降低软印模的使用寿命。可通过不同探针例如原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)等直接测量该膨胀，或经由体积和/或重量增量来间接测量该膨胀。然而，体积和/或重量增量的测量需要具有非常高分辨率的测量装置。例如，可想到通过微-和/或纳米重量法测量该重量增量。
[0010]另外，所述压印物料是以热方式或通过电磁辐射来固化的。尤其在通过电磁辐射的固化中，已部分渗入印模中的压印物料分子对整个压印物料的曝光时间具有不利影响。对此的原因在于已渗入软印模中的压印物料分子的固化。软印模中的压印物料分子固化，因此变得较不透明，并因此降低传播到实际压印物料中的电磁辐射的强度。此问题对于软印模和硬印模同样重要。
[0011]软印模的粘附是第三个问题。软印模主要由物理和/或化学性质与压印物料相似的聚合物组成。因此导致软印模表面与压印物料粘附，其对软印模的脱模性能具有不利影响。
[0012]因此，本发明的目的是改进用于压印技术的结构印模的制造，从而改进该结构印模在使用寿命和成型品质方面的性能。
[0013]该目的通过权利要求1、5和7的特征实现。本发明的有利扩展实施方式示于从属权利要求中。来自说明书、权利要求和/或附图中给出的特征中至少两个的所有组合也涵盖在本发明的范围内。在给出的值范围的情况下，位于上述极限值内的值也应视为作为极限值公开并以任何组合的形式要求保护。
[0014]本发明涉及印模，优选软印模，其通过本发明的印模结构的涂层允许该印模从压印物料上极其容易地脱模，防止其膨胀，并使其不受实际压印物料的污染。根据本发明，该涂层因此相对于压印物料尤其是不可渗透的。当压印物料和本发明结构印模的涂层之间的亲水性和疏水性交替时，这是本发明特别的优点。如果压印物料是疏水性的，则本发明的结构印模的涂层应为亲水性，反之亦然。然而在非常特别的情况下，当结构印模和压印物料均为疏水性时，这可能是特别有利的。由于可选择本发明的结构印模的涂层，可始终选择具有相对于压印物料的小的粘附性能的材料。另外当本发明涂层对于压印物料分子不可渗透时，这根据本发明因此是有利的。另外当本发明涂层尽可能薄时，根据本发明是有利的，以在使用软印模弯曲着脱模的情况下尽可能不造成破坏。本发明的另一优点是该涂层的可以特别有针对性地调节的表面。根据本发明，可由此产生对于压印物料的极其平坦和光滑的接触表面。在不存在本发明涂层的情况下，压印物料将在压印过程期间与印模表面直接接触。尤其在表面具有极高粗糙度的软印模的情况下，这将对于待压印的结构造成不利影响。通过使用本发明涂层，首先通过较光滑表面而使与压印物料的接触面积最小化，其次基本上避免表面的形状决定性(formschlUssig)连接。由此导致更好的脱模。更好和更有效的脱模尤其归因于脱模所需的力变得较低。本发明涂层表面的粗糙度因此特别是小于1 μπι，优选为小于100 nm，更优选为小于10 nm，最优选为小于1 nm。所公开的粗糙度值适用于平均粗糙度和/或均方根(quadratisch)粗糙度和/或平均粗糙深度(Rautiefe)。
[0015]在一个非常特别的实施方案中，本发明涂层是导电的。由此优选地防止或至少减少静电充电。还更优选地，本发明导电涂层可以制造为接地，从而导出其表面上产生的电荷。通过电中性表面，阻碍或完全消除颗粒的吸引力，特别是静电吸引力，并因此增加印模的更长时间的洁净。优选地，接地件接触本发明涂层的边缘。
[0016]亲水性理解为物质表面与水的高的相互作用能力。亲水性表面主要为极性，并且与流体分子的永久偶极，优选与水相当好地相互作用。表面亲水性通过接触角测量装置来定量。在此，亲水性表面具有非常小的接触角。如果本发明涂层必须具有亲水性表面以能够尽可能容易地从压印物料上脱模，根据本发明应适用下列值范围:本发明亲水性表面特别具有小于90°，优选小于60°，更优选小于40°，还更优选小于20°，最优选小于1°的接触角。
[0017]疏水性理解为物质表面与水的低的相互作用能力。疏水性表面主要为非极性，并且几乎不与流体分子的永久偶极相互作用。如果本发明的一个实施方案中的本发明涂层具有疏水性表面以能够尽可能容易地从压印物料上移除，根据本发明应适用下列值范围:本发明的疏水性表面特别具有大于90°，优选大于100°，更优选大于120°，还更优选大于140°，最优选大于160°的接触角。
[0018]本发明的印模特别是用于压印技术的压印印模。该印模设计为用于制造软印模的硬印模或优选设计为用于压印基底的软印模。还可想到直接用于压印所述压印物料且不仅仅用作母印模的硬印模的本发明涂层。
[0019]通过本发明涂层，印模从压印物料上的脱模能够通过使该涂层优选具有相对于压印物料的小的粘附来实现，而不损伤和/或(部分地)破坏结构。可通过能量/单位表面，即能量表面密度最佳地描述两个表面之间的粘附能力。其理解为沿单位表面将两个相互接合的表面再次彼此分离所需要的能量。本发明的压印物料与结构印模之间的粘附在此特别是小于2.5 J/m2，优选为小于1 J/m2，更优选为小于0.1 J/m2，还更优选为小于0.01 J/m2，最优选为小于0.001 J/m2，最大可能优选为小于0.0001 J/m2，最最优选为小于0.00001 J/m2。脱模由此比不具有涂层的印模或硬印模更容易、更快、更有效和更经济。更经济尤其是由于提高的脱模速度可增加每时间单位的压印步骤数量。另外，该印模的使用寿命急剧提高，从而由此还降低制造成本。
[0020]另外，由于该涂层的密封性，通过该涂层阻止结构印模，特别是软印模的膨胀，因为没有压印物料能够渗入软印模中。相应地，最大程度地避免印模结构的变形。
[0021]另外，如果涂层阻断压印物料吸收到印模结构中，压印物料的曝光时间通过该印模涂层而减少。如果通过该结构印模曝光压印物料，这根据本发明是尤其有利的。本发明涂层因此优选主要对于所用的电磁辐射是透明的。因为大多数压印物料经UV光固化，本发明涂层优选对UV光是透明的。本发明涂层因此特别在5000 nm至10 nm，优选1000 nm至100 nm，更优选700 nm至200 nm，最优选500 nm至400 nm的波长范围中是透明的。
[0022]特别地除该涂层以外，印模表面优选设计为具有对于压印物料的低的粘附性能。
[0023]根据本发明的另一方面，本发明基于通过本发明涂覆方法用涂层，优选金属涂层来涂覆所述印模，优选软印模的表面。
[0024]该印模结构和/或结构印模本身特别地至少主要