[发明专利]改性聚合物材料表面相互作用的方法和工艺

说明书

技术领域

一般而言，本发明涉及图案复制，具体而言涉及所复制的材料的化学和物理性质。

背景技术

用于再现纳米结构-即100nm或更小数量级的结构-最有效的技术之一是纳米刻印光刻技术(NIL)。在纳米刻印光刻技术中，模板-经常称之为压模(stamp)-的表面图案的反向复制转移到目标物上，这些目标物包括基底物和施加于其上的经常称之为抗蚀剂如聚合物材料的可成型层的膜。目标物加热到超过聚合物膜玻璃化转变温度以上的温度之后，压模压向膜，冷却并移走压模-常常称之为脱模-而获得具有所需图案的聚合物膜。这个工艺方法定义为“热刻印工艺”。刻压材料的不同的热膨胀系数在其中需要复制微米和纳米结构的热刻印工艺中是毁灭性的。可替代地，抗蚀剂材料，即树脂组合物，覆盖于基底物上，一旦暴露于光子辐射下就会固化。这种所谓的“光子刻印工艺”，要求基底物或压模是透明的。在这种方法中，刻印之后，目标物-含有基底物和图案化的聚合物膜-能够进行后处理，例如，通过在刻印的区域蚀刻基底物而将图案转印到基底物的目标表面上。

在刻印工艺方法中将图案从模板转印到目标物上的方法已经被提出，这涉及两步工艺法，描述于JPA No.2008-515059，美国专利申请No.11/450377，美国专利申请No.11/268574和美国专利申请No.11/305157中。

在刻印工艺方法中所用的模板和母版一般是高成本的产品，而因此应该使对模板的磨蚀或损坏最小化。模板可以由任何材料制成，但是经常由Si、Ni、Ti、其它金属，或石英而制成，可选地设置有一层防粘附层。另一方面，将要刻印的目标物经常由相对较硬的材料制成，如玻璃、石英、金属、硅、或另一种半导体材料，有时涂覆有包含金属、合金、有机或碳材料的不同层。在其表面上，暴露出相对较软的可成型刻印层。目标物的刻印过程是关键时刻，其中平行对准是很重要的，而在刻印的前突结构中需要非常小的可成型层的残留层，这经常为低于10nm的级别。若有任何不平行对准或过压，由此就会导致模板的损坏。对于所提出的两步刻印方法，模板仅仅对着(接触)聚合物材料使用，这种聚合物材料比模板材料更软，由此使损坏的风险最小化。

在基于光子的两步刻印工艺方法中一种最关键的性质是在以下的两种界面之间的防粘附或防粘结性质：1)原始模板和IPS抗蚀剂的界面，和2)固化的和图案化的IPS抗蚀剂和基底物抗蚀剂的界面。

发明内容

本发明提出了一种在刻印工艺方法中将图案从模板转印到目标物上的方法，该方法涉及利用光子辐照进行固化的两步工艺方法。在第一步中，具有结构化表面的模板与聚合物材料接触而产生具有模板表面反向结构化表面图案的柔性聚合物复制件。本文中称之为中间聚合物压模(IPS)。在第二步中，IPS复制件用作第二模板。本文中基底物上涂有可成型材料，而IPS图案被刻印到施加至基底物上的可成型材料表面上。由此生产的基底物上的图案与原始模板的图案相同。本发明提供了用于IPS和基底物的可固化材料，包括光反应性化合物，具体而言，为光引发剂和单-和多官能团丙烯酸酯、环氧化物和乙烯基醚。IPS材料也可以含有完全或部分利用化学官能团封端的氟表面活性剂硅氧烷，所述化学官能团能够在固化后以共价键键合至抗蚀剂。本发明提供了用于IPS和基底物抗蚀剂的可固化材料-纯的丙烯酸酯基材料或杂混材料-其被开发是为了易于工业化应用并且尤其是改进复制保真度。最终，改进复制保真度随着采用含有不同类型的单体例如丙烯酸酯和环氧化物互穿网络的杂混聚合物(聚合物混合物，hybrid polymers)而实现，这种互穿网络相比于纯丙烯酸酯基抗蚀剂显示出较低的收缩性和较高的丙烯酸酯单体转化率。后者的性质对于避免IPS和丙烯酸酯基基底物抗蚀剂的共聚合作用是很重要的。

附图说明

表1：

表1显示了水、1，5-戊二醇、二碘甲烷和乙二醇在不同表面上的接触角测定结果。

表2：

表2显示了采用Owens、Wendt、Rabel和Kaelble模型而从表1接触角结果计算出的表面能，及其分散性和极性贡献度。另外，该表中包含了从表2中所显示的匹配表面能贡献度计算出的不同界面的粘附功和界面能的计算值。

图1：

图1举例说明了

a)覆盖聚合物载体目标物的不同层，和

b)覆盖基底物的不同层。

图2：

图2示意性地显示了UV-基的两步刻印工艺方法。

图3：