[发明专利]纳米平板印刷方法和装置

说明书

技术领域

本发明主要地涉及纳米印记平板印刷方法以及有关设备的领域。具体而言，它提出用于大规模制作纳米尺寸的结构的新技术。 

背景技术

具有高分辨率和同时高产量的纳米级制作有挑战性。纳米印记平板印刷(nanoimprint lithography)(或者NIL)是一种用于借助模制或者浮雕(embossing)来图案化纳米级结构的技术。利用NIL，在原理上有可能高产量低成本图案化很小特征(例如表现为下至5nm特征或者更少、仅受模板限制)。这是为什么在半导体的国际路线图(ITRS)中指出这一技术为一种用于图案化32nm和22nm特征的潜在技术。存在各种如下方法，这些方法的共同点在于它们使用模具(或者模板)以从模具向衬底上转移图案。NIL发现用于磁盘存储器、生物传感器微阵列、微流通道和光子晶体器件的应用。然而NIL仍然面临技术问题。通过简要概述两种常用NIL方法来举例说明这些问题中的一些问题：热浮雕以及步进和闪光印记平板印刷。 

在热浮雕NIL方法中，模具使用高压强和在聚合物的玻璃转变以上的温度来使热塑聚合物膜(例如PMMA)变形。即使已经图案化如6nm一样小的这样的点阵图案，这一技术仍然具有一些难点。这些难题主要如下： 

-聚合物、衬底和模具的不同热膨胀造成对准问题； 

-在图案化不同特征尺寸时模板填充不完整； 

-由于该过程耗时长并且需要温度循环而产量低； 

-模板由于高压强和温度而降解； 

-难以释放具有高纵横比的小结构。结构往往破裂并且由于粘合性太高而粘附到主板。 

步进和闪光平板印刷或者S-FIL(Molecular Imprints，Inc.的商标)开发于1999年并且指代一种使用低粘性单体溶液和透明模板(例如石英)的技术。液体填充模具中的结构而无需高压强或者温度。单体然后暴露于经过透明模板的UV光，这使它光聚合。用户已经指出以下难点： 

-这一技术限于快速可光聚合和低粘性的材料； 

-必须由透明材料制作模具； 

-抗蚀剂可能在固化期间收缩； 

-具有高纵横比的小特征可能崩塌； 

-蚀刻选择性可能低，因此图案转移困难； 

-需要释放层以从模板释放印记的材料并且保护模板； 

-对于具有不同尺寸的特征，必须用喷墨打印机在衬底上打印抗蚀剂的优化小滴图案。 

本发明的一些实施例的目的在于解决上述问题中的一个或者多个问题。 

发明内容

根据第一方面，实现本发明为一种纳米平板印刷方法，该方法包括： 

提供：模具，在模具的一侧上包括具有纳米级尺度的结构，结构形成形貌(topographic)图案；以及衬底上的与模具的所述一侧相对的可热分解聚合物膜，其中该结构被加热至聚合物膜的分解温度以上； 

使所述结构与聚合物膜接触以热分解其与所述结构对应的部分；并且 

从聚合物膜去除结构。 

在一些实施例中，在使所述结构与聚合物膜接触之前，维持衬 底在聚合物膜的玻璃转变温度以下的温度，并且使所述结构与聚合物膜接触优选地包括使所述结构朝着衬底迫近以实现与之热接触并且冷却结构。 

在一些变体中，执行使所述结构与聚合物膜接触以解链和/或解吸其分子。优选地，提供的聚合物膜使得可以执行使所述结构与聚合物膜接触以根据吸热分解来热分解其部分。 

根据一些实施例，提供的聚合物膜包括经由分子间非实质上共价键交联的分子网络，并且执行使所述结构与聚合物膜接触以解吸其分子。 

优选地，提供的聚合物膜中的分子的平均分子质量在100Da与2000Da之间，更优选地在从150Da至1000Da的范围中，并且其中优选地经由氢键交联所述分子。 

根据其它一些实施例，提供的聚合物膜包括具有能够在热刺激时解链的聚合物链的聚合物材料：在此情形中执行使所述结构与聚合物膜接触以解链聚合物材料的聚合物链。 

优选地，提供的聚合物膜包括聚邻苯(poly(phthalaldehyde))。聚合物膜优选地具有125℃±20℃的玻璃转变温度和150℃±30℃的热分解温度。 

在一些实施例中，提供的模具包括主体和在主体与结构之间的材料层，主体优选地包括晶体硅，材料层优选地包括氧化硅，所述材料层具有比主体的导热率明显更低、优选地低至少十倍并且更优选地低至少五十倍的导热率。 

优选地，材料层和主体的相应线性热膨胀系数相差少于5倍。