压印光刻印模的制作和使用方法技术

公开了一种用于压印光刻工艺的印模(14)，所述印模包括弹性体印模主体，所述弹性体印模主体包括聚硅氧烷主体部分(110)和图案化表面，所述图案化表面包括用于对压印成分(12)进行压印的特征图案(16)，其中，所述弹性体印模主体包含碱性有机胺，其量基于弹性体印模主体的总重量为至少0.1％重量比。还公开了制造这种印模的方法，以及使用这种印模在基底上形成图案化层的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压印光刻印模的制作和使用方法
本专利技术涉及一种用于压印光刻工艺的印模、制造这种印模的方法以及使用该印模压印或在压印工艺中使用这种印模的方法。
技术介绍
压印光刻是这样一种技术，其中诸如掩模层的图案化层通过沉积可凝固(也称为可固化)可压印成分(也称为介质或墨水)形成在诸如半导体基底的基底上或作为光学层。随后通过以下来对可压印介质进行图案化：利用在其一个表面上具有浮雕图案的印模对介质进行压印，在此之后或在此期间介质固化。例如当介质暴露在光线(例如紫外光)中以引发介质中的凝固(固化)反应时，可以实现凝固。在反应完成后，从固化的介质上除去印模，留下图案化的层，所述层可以用作掩模层，例如在半导体基底上，或作为载体上的功能(光学)层。该技术最近引起了相当大的关注，因为它可以潜在地提供优于传统光学光刻工艺的显著成本降低，特别是当需要为大表面区域提供与可见光波长相当或更小的尺寸的特征时。除了压印平面表面之外，压印光刻法可用于在所谓的2.5D表面上形成纳米级图案，即波状表面(contouredsurface)，其例如可包括从主要平坦的表面发出的一个或多个突起，例如，一个或多个弯曲的突起。这些技术可用于图案化光伏太阳能电池、纳米线、垂直(外部)腔表面发射激光器、医学植入物等，例如，通过在光学元件(例如，镜片)上或医学植入物上创建纳米级图案，例如，用于刺激骨骼或组织再生。为此，平面柔韧图案化印模(例如基于聚硅氧烷的橡胶状印模)通常变形到波状表面上，使得印模图案与待图案化的波状表面接触。在US2008/0011934A1中示出了这种印模的示例。在至少一些压印光刻应用中，根据下面的反应图式I使用基于硅氧烷溶胶-凝胶化学的压印成分(也称为压印介质或压印墨水)。反应图式I在形成溶胶-凝胶体系的反应中，可以使用烷氧基硅烷，其在酸或碱的存在下经历反应图式I中所示的反应步骤。反应图式I示出了酸催化反应。烷氧基硅烷经历水解，然后在两个经水解的烷氧基硅烷之间进行缩合反应(水缩合反应)或在经水解的烷氧基硅烷和未反应的烷氧基硅烷(醇缩合反应)之间进行缩合反应，其中形成交联的无机网络。可以通过适当选择烷氧基硅烷和/或溶剂和水含量来控制交联度。这种溶胶-凝胶反应通常是平衡反应，其中，平衡可以通过将一种或多种试剂扩散到诸如PDMS印模的印模中而朝向聚合(缩聚)移动。溶胶-凝胶反应使得压印成分在这种朝向聚合移动时固化，并使印模的压印表面上的特征图案的补图凝结成凝固的压印成分。但是，压印成分的过早固化，例如，在用弹性体印模压印之前固化，可能阻止印模的特征图案被真实地复制。由于这个原因，压印成分可以包括光致产酸剂(PAG)或光致产碱剂(PBG)，一旦将压印印模定位在压印成分上就可以活化，从而避免过早引发所描述的固化溶胶-凝胶反应。
技术实现思路
使用PAG或PBG来活化压印成分的固化并非没有问题。首先，这些化合物是昂贵的，因此增加了压印成分的成本。鉴于这种压印成分用于其中利润率众所周知地压缩的应用领域，因此需要保持这种压印成分的成本尽可能低。其次，本专利技术人还认识到，通过这种PAG或PBG的分解产生的反应产物扩散到印模中，在那里它们污染印模，例如，与印模材料反应并引起印模材料化学性质的变化。已经发现，这种污染会降低印模的寿命，因为在50-100次压印循环后，印模可能不再能够将高质量的特征图案赋予在压印成分上。这在其中需要在单次生产运行中生产大量产品(即无需更换印模)的生产过程中也是非常不希望的。本专利技术的目的是至少部分地减少上述缺点中的至少一个。本专利技术的目标是旨在提供在独立权利要求所限定的印模、制造这种印模的方法以及压印过程中使用这种印模的方法。从属权利要求提供了有利实施例。因此，本专利技术提供了一种用于压印光刻工艺的印模。凭借其印模主体，该印模是弹性体印模，并且与其一起提供在压印过程中可以被利用的一定程度的弹性和柔性。通过为印模主体提供当印模与压印成分接触时能够刺激(辅助或引起)压印成分的凝固的一定量的至少一种碱性有机基团，可以避免对压印成分中的昂贵的光敏活化剂(例如PBG)的需要，从而降低压印成分的总成本以及改善弹性体印模的寿命，因为也避免了这种活化剂的光降解产物对印模的降解。因此，本专利技术有利于更耐用和成本有效的压印过程。本专利技术的印模是用仅在其浮雕表面上用碱性有机基团改性的印模来完成的。这种表面改性例如是利用移植物功能化或修饰完成。本专利技术的印模仅具有基部，或者也分散在其内部容积或主体部分的至少一部分中。已知表面改性的一个缺点是它通常是通过在浮雕表面预制之后进行的物理或化学过程获得的，并且这种过程可能破坏特征图案的完整性。对于较小的特征图案，此问题变得更加严重。而且，存在于表面的基部的量是空间有限的。因此，本专利技术的印模可具有改进的特征图案完整性和改进的凝固特性以及更容易和可靠的制造。可有利地使用本专利技术的印模的压印成分是在暴露于如印模的碱性有机基团提供的基部时可凝固的压印成分。因此，基于溶胶-凝胶的压印成分，例如，在
技术介绍
部分中描述的压印成分，有利地与本专利技术的印模一起使用。压印成分可以例如以层的形式设置在基底上。基底可以是平的或弯曲的。压印成分的固化可以在以下情况下发生：在使本专利技术的印模的图案化表面与压印成分接触以使碱性有机基团刺激压印成分中的聚合反应以使其固化。刺激可以是催化形式。固化可以归因于溶胶-凝胶压印溶液的pH的变化从而刺激凝固。本专利技术旨在涵盖附着的碱性基团，例如共价键合到印模上的碱性基团和仅物理保留在印模内的碱性基团。后一种类型可以是包含一种或多种碱性有机基团的物质的形式，所述碱性有机基团对于印模主体是分开的。这些物质能够迁移通过印模主体。不希望受理论束缚，印模在与压印成分接触时可以通过多种方式刺激固化过程。因此，如果碱性有机基团的一部分位于印模的图案化表面上，则该部分可以直接与压印成分接触以发挥其作用。这对于不可渗透的有机聚合物块体部分(bulkportion)可能是必需的，其对于例如溶剂的压印成分的组分是不可渗透的，并且最值得注意的是路易斯酸，例如质子或水合氢离子，碱性有机基团可以与其相互作用以刺激固化。然而，如果印模的有机聚合物块体部分对上述压印成分成分是可渗透的，那么碱性有机基团不需要存在于表面，因为它们可以通过压印成分的组分迁移到印模中而达到。替代地或者额外地，如果有机聚合物块体部分包含碱性有机基团作为单独物质的一部分而不与该部分化学键合，并且该部分配置为允许这种物质迁移通过其，则可通过朝向浮雕表面、甚至进入压印成分迁移物质来刺激固化。有机聚合物块体部分(或整个印模主体)可以是并且优选地是可渗透的或多孔的。印模的图案化表面优选地与印模的有机聚合物块体部分流体连通。因此，压印成分或其一种或多种溶剂或其他成分可以进入主体部分，例如，促进从压印成分中吸收酸(质子、水合氢离子等)，或者如果这些基团没有化学键合到印模上，则将碱性有机基团从印模移到成分中。优选地，碱性有机基团是不带电的路易斯碱，其具有至少一个施主原子，所述一个施主原子选自包括氧、氮、硫和磷的组。非带电碱基最适合于基于溶胶-凝胶的压印成分，因为它们不会嵌入固化的压印成分中。最优选的是氮形式的施主原子，因为它们可以提供具有良好pK值的良好碱基，同时与其它印模材料相容。例如，基于氮的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于压印光刻工艺的印模(14)，所述印模具有弹性体印模主体，所述弹性体印模主体包括有机聚合物块体部分(110)和图案化表面，所述图案化表面具有用于对压印成分(12)进行压印的浮雕特征图案(16)，其中，所述弹性体印模主体包含一定量的至少一种碱性有机基团，所述至少一种碱性有机基团在与所述图案化表面接触时能够刺激所述压印成分的凝固。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.06 EP 16164085.91.一种用于压印光刻工艺的印模(14)，所述印模具有弹性体印模主体，所述弹性体印模主体包括有机聚合物块体部分(110)和图案化表面，所述图案化表面具有用于对压印成分(12)进行压印的浮雕特征图案(16)，其中，所述弹性体印模主体包含一定量的至少一种碱性有机基团，所述至少一种碱性有机基团在与所述图案化表面接触时能够刺激所述压印成分的凝固。2.根据权利要求1所述的印模，其中，所述碱性有机基团是具有至少一个施主原子的不带电的路易斯碱，所述至少一个施主原子选自包括氧、氮、硫和磷的组。3.根据权利要求2所述的印模，其中，所述施主原子是氮原子。4.根据权利要求1或2所述的印模，其中，所述碱性有机基团的pKa在8至12之间。5.根据权利要求3或4所述的印模，其中，所述碱性有机基团包括根据分子式8的结构：分子式8其中，N是施主原子，R1-R3单独地选自氢、未取代或取代的C2-C20烷基、未取代或取代的C2-C20烯基、未取代或取代的C2-C20炔基、未取代的或取代的C3-C20环烷基、未取代或取代的C4-C20环烯基、未取代或取代的C3-C20杂环基、未取代或取代的C6-C30芳基、未取代或取代的C6-C30烷基芳基、未取代或取代的C4-C30杂芳基，条件是R1-R3不是全氢，其中，R1-R3中的至少两个能够构成相同的未取代或取代的C3-C20环烷基、未取代或取代的C4-C20环烯基、未取代的或取代的C3-C20杂环基、未取代或取代的C6-C30芳基或未取代或取代的C4-C30杂芳基的一部分。6.根据权利要求5所述的印模，其中，R1-R3单独地选自氢、未取代或取代的直链C6-C20烷基或支链C3-C20烷基、未取代或取代的C2-C20烯基、未取代或取代的C2-C20炔基、未取代或取代的C3-C20环烷基、未取代或取代的C4-C20环烯基、未取代或取代的C3-C20杂环基、未取代或取代的C6-C30芳基、未取代或取代的C6-C30烷基芳基、未取代或取代的C4-C30杂芳基，条件是R1-R3中只有一个是氢，优选地，其中，R1-R3单独地选自氢、未取代或取代的直链C6-C20烷基或支链C3-C20烷基或未取代或取代的C6-C30烷基芳基，条件是R1-R3中只有一个是氢。7.根据权利要求6所述的印模，其中，R1-R3单独地选自未取代或取代的直链C2-C20烷基或支链C3-C20烷基、未取代或取代的C2-C20烯基、未取代的或取代的C2-C20炔基、未取代或取代的C3-C20环烷基、未取代或取代的C4-C20环烯基、未取代或取代的C3-C20杂环基、未取代或取代的C6-C30芳基、未取代的或取代的C6-C30烷基芳基、未取代的或取代的C4-C30杂芳基，优选地，其中，R1-R3单独地选自未取代或取代的直链C2-C20烷基或支链C3-C20烷基或未取代或取代的C6-C30烷基芳基。8.根据权利要求3或4所述的印模，其中，所述碱性有机基团包括根据分子式9的结构：分子式9其中，N是施主原子，X选自包括氧、氮、硫和磷的组，R1-R4单独地选自未取代或取代的直链C2-C20烷基或支链C3-C20烷基，优选地，其中，R1-R4单独地选自甲基、乙基或丙基，并且R5-R7能够是具有少于20个碳原子的、包括一个或多个氢、碳、氧、氮和硫原子的单独的有机基团或同一有机基团。9.根据权利要求8所述的印模，其中，所述结构是根据分子式10的结构：分子式1010.根据前述权利要求中的任一项所述的印模，其中，-所述碱性有机基团是不与所述弹性体印模主体共价结合的物质的一部分。11.根据权利要求10所述的印模，其中，所述弹性体印模主体包括基于所述弹性体印模主体的总重量至少0.1％重量比的量的物质。12.根据权利要求10或11所述的印模，其中，所述物质在25℃的温度下具有0.2毫巴或更低的蒸气压。13.根据权利要求1至9中的任一项所述的印模，其中，-所述碱性有机基团与所述有机聚合物块体部分共价结合，或者-所述弹性体印模主体包括粘附到所述有机聚合物块体部分的有机聚合物表面层(120)，并且所述图案化表面形成所述有机聚合物表面层的一部分，并且至少部分量的碱性有机基团共价结合到所述有机聚合物表面层上。14.根据前述权利要求中的任一项所述的印模，其中，所述弹性体印模主体或所述有机聚合物块体部分包括或包含选自包括以下项的组的材料：至少一种聚硅氧烷、至少一种全氟聚醚或其混合物。15.根据前述权利要求中的任一项所述的印模，其中，所述弹性体印模主体包括或包含粘附到所述有机聚合物块体部分的有机聚合物表面层(120)，并且所述图案化表面层是所述有机聚合物表面层的一部分，并且所述有机聚合物表面层包括或包含选自包括以下项的组的材料：至少一种聚硅氧烷、至少一种全氟聚醚(PFPE)或其混合物。16.根据权利要求14、15中的任一项所述的印模，其中，所述聚硅氧烷包括或包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)。...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·维尔斯储雷恩，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL