专利名称：有关模板的制造方法和制成的模板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有关模板的制造方法，其中模板包括一个第一材料的平板和一个设置在所述板上的第二材料的三维结构，在本方法中，所述第二材料引入涂敷在所述平板上，形成所述结构。本方法最初开发用于通过使用纳米压印光刻(nanoimprint lithography)制造有关的半导体元件，依照本方法制成的模板可用作与这种半导体元件的系列制造有关的模板，但是它还可用于在其它硬质材料上有关纳米压印的光刻，所述硬质材料如陶瓷材料，金属或者具有相对高玻璃化转变温度的聚合物，对于我们例如生物传感器。
现有技术微电子趋于向更小尺寸的方向发展。在理论上，已发展成每三年其尺寸减小一半。目前制造的商业元件其结构在尺寸上约为200nm，但是需要进一步减小尺寸，达到＜100nm。基于量子效应的相关元件的研究现在高度专业化，对于尺寸＜10nm的元件需要创造适于商业制造的技术。为研究的目的，这些纳米元件目前以单独样品的形式用连续的工艺制造，但是，为了大批量生产，需要并行的制造方法。近一段时间已开发的一个这种并行的生产方法是纳米压印光刻(NIL)，US5,772,905，已发表用于接近原子标度结构的大批量生产的基本前提，参照Stephen Y.Chou，Peter R.Krauss，WeiZhang，Linjiie Guo和Lei Zhuang等人的“低于10nm的压印光刻和应用”(“Sub-10nm imprint lithography and application”)，J.Vac.Sci.Technol.B，Vol.15，No 6(1997)。
NIL的基本理论是薄膜层的机械变形，其中薄膜覆盖在硅平板上。NIL方法能够与用于CD的制造方法比较，并可描述成三个步骤1.模板的制造能够以各种材料，例如金属，半导体，陶瓷或者某种塑料制造模板。为了在所述模板的一个表面上产生三维结构，根据结构尺寸和分辨率的要求，可使用各种光刻方法。对于尺寸小于300nm的结构，通常使用E光束和X射线光刻。对于较大的结构使用直接激光曝光和UV光刻。
2.压印聚合物的薄层，例如聚酰胺，设置在硅的平基底上。加热所述薄层并以某一温度，所谓的压印温度将预定的模板和基底被压合在一起，模板结构的反面通过聚合物层传递到基底上。在温度降低后，模板从基底上分离。
3.结构传递在聚合物层的压合区域中，留下聚合物的薄层。最后步骤是去除留在基底上的薄层。这是进行所谓的“RIE”或者O2等离子单元。该留下的层越薄，用纳米压印方法制造结构越精细。
在步骤1中使用的公知的方法，即模板的制造，是所谓的镀敷，尤其是电镀。在该方法中，半导体或者玻璃材料的平板由一聚合物材料层覆盖，所谓的光阻，优选是正片光阻，正片光阻在这一点上由聚合物光阻材料的部分限定，它被辐射曝光，可以通过显影方法除去，通常是在显影池中。通过辐射，例如通过电子束，UV辐射，激光或者X射线曝光，在光阻中以纳米尺寸定义图案，此后光阻依照图案在其已辐射部分被显影，以使平板在这些部分曝光。金属薄层，例如Cr，Au，Ag或者Al此后被除在平板的曝光部分和光阻的保留部分上。在随后的电镀方法中，所述金属层施加一层均匀的履盖层，为了其后对于均匀的电压分布能够均匀地接触。在这种电镀方法中，金属层构成电极，一较厚层(典型的约300μm)例如Ni在电镀期间被堆积在电极上。已堆积的Ni层然后从具有光阻和薄金属层的板上分离，简单地通过拉动它们使其互相分离，然后Ni层准备构成理想的模板。在该方法中，模板的结构可表示通常约110-130nm的高度，但是可以高达300nm。但是该方法的问题是它包括许多步骤，有许多必须协调的参数。另外，在平板中经常难于达到足够均匀的电压分布，而且不可能制造出非常小的结构，但它是在该领域未来发展非常需要的。
在模板制造中使用的另一方法是所谓的蚀刻。在这种情况下，半导体材料，硅/二氧化硅的平板由聚合物材料覆盖，所谓的光阻，优选是正片光阻。通过辐射图案以纳米尺寸定义在光阻中，其后光阻的辐射部分被显影，依照图案，以使平板在这些部分曝光。金属，例如Cr然后加在平板的曝光部分上，此后光阻的保留部分由拨离的方法被除去。理想的三维结构通过蚀刻，等离子蚀刻可显影，因此依照图案金属构成掩膜。从而，在半导体材料中进行蚀刻，并在具有金属的半导体材料中形成在结构，所述金属在结构的分离元件上作为顶层。十分经常产生的问题是蚀刻还在一定程度上作用于横向，使金属材料形成一个“帽”，其结构的每个分立元件稍微向外突出。该“帽”使基底上的聚合物材料依照上述第2关于压印步骤遇到危险，其导致压印结果不能接受。
到目前为止，还没有可能使用仅包括金属材料的三维结构的模板，所述金属材料由在上述蚀刻方法中依照第一步骤施加，即该步骤符合并包括拨离方法。这根据以下事实金属在那种情况下施加得很厚，就会太松散以至不能粘接在基底上。因此，结构的部分从板就变得松散因此模板不久将为此不能使用。
本发明概述本发明的目的是解决上述复杂的问题，提供一种有关模板的制造方法，优选用于纳米压印光刻，该方法简单，廉价，可重复并制造小尺寸耐用结构，同时为随后的压印步骤提供有益的外形。
一种本发明的方法达到的这些和其它目的，由权利要求限定。
依照本发明制造的模板，通过形成结构的第二材料加在第一材料的板上，依照本身的公知技术，例如通过在光阻中图案形成后向板上蒸发第二材料，因此光阻材料构成掩膜。完成这些后，依照本发明在至少150℃下进行热处理步骤，但是低于第二材料的熔融温度，由此，所述具体结构被固定在板上，用于耐用模板的形成。
本发明不限于某种理论，可以通过在第一和第二材料表面之间，互相面对，相互产生化学作用达到理想的固定。例如，当第一材料包括SiO2和第二材料包括Cr时，在热处理中可能形成氧化铬，在中间层中可能只有一些原子，它就会在两个材料之间产生结合。
详细描述本发明下面，参照附图进一步描述本发明，其中
图1是表示在模板上有若干不同三维结构的断面图，其中有些是有益的，有些是无益的，图2a-d是表示依照本发明的第一实施例用于模板制造工艺步骤的断面图，图3a-c是表示依照本发明的第二实施例用于模板制造工艺步骤的断面图，图4a-c是表示已依照本发明制造的三个不同模板的SEM图象的断面图和光透视图。
在图1中，表示依照公知技术若干不同具体结构在模板上可制造的断面图。在板1上，已产生材料2的具体结构为3a-e的不同图象。具体的第3a号表示无益的外形，它在压印后在光阻中通过加热变软冷却凝固(在未图示的基底上)，它在基底上有陷入光阻中的危险。对第3b号也是这种情况，它依照上述公知的技术由蚀刻制造，并显示有一个突出的“帽”。相反，具体结构3c，3d和可能甚至3e对于压印是有益的。这种具体结构可以依照上述公知的技术通过电镀制造，但是不能将尺寸减小到足够小和不能足够简单。依照本发明，根据优选实例3c和3d，在模板上，以理想的小尺寸，以简单，廉价，耐用和可重复的方式可以制造有益的具体结构。
在图2a中，是表示第一材料板1的断面图，第一材料例如金属材料，半导体材料或者聚合物材料。在板1的一侧上，在前面步骤中，覆盖一层光阻材料层4，该光阻材料适合地为正片光阻。光阻材料4被辐射5曝光以定义理想结构的图案，辐射5优选包括电子束。但是也可以想象得到用X射线辐射，激光辐射或者UV辐射形成的辐射。图案可以在光阻材料4上包括如线或点。在图2b中，表示在以本身公知的方式显影光阻材料4后的模板，以使板1在图案已辐射部分中依照图案曝光，在依照本发明施加第二材料6后，优选通过蒸发，覆盖在板1的曝光部分上。第二材料6包括金属，优选从包括Al，Ni，Cr，W，Ti，Au或者同样的合金中选择，例如Ti-Au，以约150-300nm的厚度施加，从而形成三维结构。当然，金属6’也设置在光阻材料4上，用蒸发方法，但是它与本发明无关。与这有关的是，本发明的改进在于三维结构的厚度在蒸发时非常易于控制。
在图2c中，除去其余的光阻材料4，当有金属材料6’设在其上时也被除去。优选使用拨离的方法(lift-off process)完成，例如溶解在丙酮中，该方法本身是公知的。金属材料6留在板1上，形成理想的三维结构。但是对带有金属6可被用作模板的板1，它此时太松散以至于不能粘接在板1上。
在图2d中，是表示依照本发明在热处理步骤后，在此用符号“Q”表示，金属材料6在外形上如何稍微变化。该外形因此稍微延伸，变成更有益的倾斜，而且这非常重要，可能通过金属材料6和板1之间的界面上的化学互相作用，使金属材料6固定在板1上。依照本发明在比金属材料6的熔融温度低并当然比板1材料的熔融温度低的温度下进行热处理Q，适合地，加热期间的温度至少是200℃，优选至少是250℃和更加优选至少是350℃，但是最高是800℃，优选最高是750℃和更优选是650℃。另外，进行热处理的时间至少是1分钟，优选是2分钟和更加优选至少是5分钟，但最长是2小时，优选最长是1.5小时，更优选最长是1小时。热处理在含氧的气氛中进行，但也可以在氮气的气氛中进行，可以在炉中，在热板上或者在其它方式中进行。
在图3a-c中，表示依照本发明第二实施例用于模板制造的工艺步骤。板1，可以与图2a-d中的板具有相同的材料，在图3a中已覆盖一层150-300nm厚的聚合材料层7，优选光阻和更优选为负片光阻，例如负片光阻由Micro Resist Technology GmbH以名称为SU8出售。负片光阻就此而论由在曝光到加热或者辐射交联的聚合光阻材料限定，然后未曝光的部分可以通过显影方法的手段除去，通常根据光阻的类型用不同类型的显影池。光阻7由辐射5曝光，该光阻定义了理想结构的图案，辐射5适合地包括电子束。但是也可以想到用X射线辐射，激光辐射或者UV辐射形成的辐射。在光阻材料7中图案可以包括线或者点。
图3b是表示在光阻材料7以其本身公知的方式被显影后的模板，以除去光阻7的未曝光部分。保留部分8在低于依照本发明用于热处理温度的温度下由热处理干燥，其后具体结构8经过依照本发明的热处理，用符号“Q”表示。还在这种情况下，热处理的结果使其外形稍微多倾斜一些(图3c)，其意义是使具体结构8与板1粘合。以参照图2d所述的相同方式进行热处理Q，但是优选在低于限定的范围的温度下进行，例如在约260-300℃。
在图4a-c中，是表示依照本发明第一实施例制造的三个不同的模板，分别是在200℃，400℃和600℃下热处理10分钟。三维结构包括加在硅板上的铝线。已经在200℃(图4a)下热处理，金属很好地与板粘接，且对于压印目的具有足够好的外形。在400℃(图4b)下热处理，结构元件的外形变成稍微多一些有益的倾斜，在600℃(图4c)下热处理，明显地具有相当大的倾斜。
优选地，但是当然不限于此，所制造的模板用于为纳米尺寸结构的光刻的器件中，如在相同申请人的共同未授权申请SE-A0-9904517-1中所述。
本发明不限于上述的实施例，可以在权利要求的范围内进行各种变化。因此，可以认识到对于模板制造的方法还可以用于其它目的的相关制造，并不限于半导体元件，生物传感器等，例如有关CD的制造(密度盘)。还可以认识到，形成结构的第二材料可以以其它方式加在第一材料上，可能还没有开发。关于这一点，还可以想象第一和第二材料包括相同的材料。另外，可以认识到光阻层可以是本发明第二材料的应用，参照图2a，当第二材料为金属材料，可形成多于一层的光阻层，例如正片光阻的下层和负片光阻的上层，以在光阻材料中达到有益的切削外形的目的，如在相同申请人的共同未授权申请SE-A0-0001430-8中所述。
权利要求
1.一种有关模板制造的方法，优选对于纳米压印光刻，该模板包括一个第一材料的平板(1)和一个布置在所述板上的第二材料的三维结构(6，8)，在本方法中，所述第二材料引入加在所述板上，以形成所述结构，其特征在于所述第二材料其后通过至少150℃的热处理(Q)固定在所述第一材料的板上，用于所述模板的制造。
2.依权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一材料从包括金属材料，半导体材料，陶瓷材料或者聚合物材料的组中选择。
3.依权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述第二材料包括金属材料，优选从包括从Al，Ni，Cr，W，Ti，Au或者这些材料的合金中选择。
4.依权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述第二材料包括聚合物材料，优选光阻材料。
5.依上述任一权利要求所述的方法，其特征在于所述热处理(Q)在低于所述第二材料的熔融温度的温度下进行，适合的温度至少是200℃，优选为至少250℃和更优选至少是350℃，但最高是800℃，优选最高为750℃和更优选是650℃。
6.依上述任一权利要求所述的方法，其特征在于所述热处理(Q)进行时间至少是1分钟，优选是2分钟和更加优选至少是5分钟，但最长是2小时，优选最长是1.5小时，更优选最长是1小时。
7.依上述任一权利要求所述的方法，其特征在于所述热处理(Q)在含氧的气氛中进行。
8.依上述1-6任一权利要求所述的方法，其特征在于所述热处理(Q)可以在氮气的气氛中进行。
9.依权利要求3所述的方法，其特征在于所述第二材料的引入应用包括步骤(a)所述板(1)在其一侧用光阻材料层(4)覆盖，(b)由辐射(5)曝光步骤(a)中的光阻材料(4)，其限定了所述结构的图案，优选以电子束的方式曝光，(c)显影步骤(b)中的光阻材料(4)，以使板(1)依照图案曝光，优选曝光图案的被辐射部分，(d)在板(1)曝光的部分上施加所述第二材料，优选通过蒸发施加，和(e)除去光阻材料的保留部分，优选以拨离的方法，然后所述第二材料保留在板(1)上，形成所述结构(6)。
10.依权利要求4所述的方法，其特征在于所述第二材料的引入应用包括步骤(a)所述板(1)在其一侧用所述第二材料层(7)覆盖，(b)由辐射(5)曝光步骤(a)中的第二材料，其限定了所述结构的图案，优选以电子束的方式曝光，(c)显影步骤(b)中的第二材料，以使板(1)依照图案曝光，优选在图案的未辐射部分，和(d)第二材料的保留部分在低于所述热处理温度的温度下固化，因此，所述第二材料形成所述结构(8)。
11.依上述任一权利要求所述的方法，其特征在于所述第二材料以150-300nm施加用于形成所述结构(6，8)。
12.用于纳米压印光刻的模板，其中模板包括一个第一材料的平板(1)和布置在板上的第二材料的三维结构(6，8)，其特征在于所述板用依照1-11任一权利要求所述的方法制造。
全文摘要
一种模板制造的方法，优选用于纳米压印光刻，其中模板包括一个第一材料的平板(1)和布置在板上的第二材料的三维结构(6，8)，在本方法中，为了形成所述结构，所述第二材料引入加在所述板上。依照本发明，通过至少150℃的热处理，所述第二材料然后与所述第一材料的板固定，用于制造所述模板。本发明还涉及用本方法制造的模板。
文档编号B41M1/06GK1434930SQ0180998
公开日2003年8月6日 申请日期2001年4月10日 优先权日2000年5月24日
发明者巴贝克·海达里 申请人:奥布杜卡特公司