利用毛细作用力在基体上形成微型图案的方法技术

在使用带有预定图案结构的模具在基体上形成微型图案的方法中，制备一个模具，该模具带有包括凹陷部分和突起部分的预定图案结构。在基体上沉积聚合物材料。然后，控制模具的突起部分与聚合物材料接触，且利用聚合物材料的毛细作用力，使与模具的突出部分接触的聚合物材料渗入到其凹陷部分的敞空部分，从而去除与模具的突起部分接触的聚合物材料。之后，拆除该模具使基体的顶表面的部分暴露出来，从而在基体上形成聚合物微型图案。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在基体如硅片、陶瓷、金属或聚合物层上形成微型图案的方法；尤其涉及一种在制造集成电路、电子设备、光学仪器、表面消声器等时利用毛细作用力形成尺寸为1μm至数十纳米的超微型图案的方法。
技术介绍
在基体上形成微型图案以制造如半导体、电子、光电子和磁显示设备，是本领域众所周知的。传统的微型图案形成方法之一就是利用光的光刻技术。在光刻技术中，将可与光反应的聚合材料如光致抗蚀剂涂覆在基体上，在该基体上层压或沉积有待形成图案的材料。然后，该聚合物材料暴露给通过已设计好的分划板而照射在其上面的光线，以得到所需的图案。其后，清除掉已曝光的聚合物材料并进行显影步骤，使得带有目标图案的图案形成掩膜(或蚀刻掩膜)形成在待形成图案的材料上。接下来，通过使用图案形成掩膜，利用蚀刻步骤使沉积或层压在基体上的材料形成图案，从而具有所需的图案。在传统的光刻技术中，线宽或图案宽度是由曝光步骤中照射在聚合物材料上的光的波长决定的。因此，鉴于相关领域的现有技术，很难通过光刻技术在基体上制作超微型如小于100nm的图案。作为另一种利用光的微型图案形成方法，通过多步骤过程在大面积基体上形成三维形状图案。然而，该多步骤过程由于需要多个步骤，包括图案形成、蚀刻和清洗步骤，因此耗时过多且较为复杂。因此，其制造费用较高，且其生产率较低。此外，传统的使用光的微型图案形成方法存在一个缺点，即当形成图案的基体表面不平整时，该生产过程可能由于光的反射、折射和强度变化而变得异常复杂。为了改善上述问题，已经开发出很多形成低于100nm的超微型图案的方法。作为新的方法，微接触印刷法(micro-contactprinting method)和压印法(imprinting method)得到了广泛的应用。在微接触印刷法中，将带有目标图案的聚合物模具压印到基体上以获得所需的图案。聚合物模具如PDMS(聚二甲基硅氧烷)印模，使用合适浓度的链烷硫醇(alkanethiol)溶液进行上墨，并与基体表面进行接触，从而将油墨分子转移到与印模接触的基体的区域。然后，进行蚀刻过程或沉积过程以得到所需的图案。该传统的微接触印刷法有一个优点就是不需要特殊的外力。然而，因为在微接触印刷法的完成阶段中需要进行化学蚀刻过程，因此得到的图案比较粗糙。最终，得不到所需的微型图案。同时，压印方法是对在聚合物层上带有目标图案的硬模具施加物理压力，从而如使用反应离子蚀刻技术将微型图案转移到聚合物层上，以在聚合物层上形成微型图案。然而，在传统的压印方法中，因为使用高压，聚合物层或基体易于变形，甚至可能被损坏。专利技术概述因此，本专利技术的一个目的就是提供一种能够通过使用毛细作用力很容易地形成所需微型图案的微型图案形成方法。本专利技术的一个优选实施方案提供了一种使用带有预定图案结构的模具在基体上形成微型图案的方法，该方法包括以下步骤制备一个模具，该模具带有包括凹陷部分和突起部分的预定图案结构；在基体上沉积聚合物材料；使模具的突起部分与聚合物材料接触；利用聚合物材料的毛细作用力，使与模具的突出部分接触的聚合物材料渗入到其凹陷部分的敞空部分，从而去除与模具的突起部分接触的聚合物材料；和通过拆除该模具使基体的顶表面的部分暴露出来，从而在基体上形成聚合物微型图案。本专利技术的另一优选实施方案提供了一种使用带有预定图案结构的模具在基体上形成微型图案的方法，该方法包括以下步骤制备一个模具，该模具带有包括凹陷部分和突起部分的预定图案结构；在基体上沉积薄膜层；在薄膜层的整个表面上形成聚合物材料；使模具的突起部分与聚合物材料接触；通过使用聚合物材料的毛细作用力，使与模具的突起部分接触的聚合物材料进入到其凹陷部分的敞空部分中，以去除与模具的突起部分接触的聚合物材料，从而形成具有预定形状的聚合物图案；通过使用作为掩膜的聚合物图案来蚀刻薄膜层，从而选择性去除薄膜层的一部分；和去除聚合物图案，从而形成所需的薄膜微型图案。 附图说明通过以下结合附图的描述，本专利技术的上述和其他目的和特征将变得明显，其中图1A到1I显示了按照本专利技术第一优选实施方案通过使用毛细作用力在基体上形成薄膜微型图案的方法的顺序步骤；图2A到2F描述了按照本专利技术第二优选实施方案通过使用毛细作用力在基体上形成薄膜微型图案的方法的顺序步骤；图3提供了一个示意图，显示将流化材料渗透到制备在密封容器中的基体上的聚合物材料中，从而使聚合物材料具有流动性，该密封容器包括位于其中且充满流化材料的槽。具体实施例方式本专利技术的技术要点在于使用毛细作用力在基体上形成微型图案。首先，制备带有所需图案的聚合物模具。然后，将该聚合物模具与涂覆在基体上的聚合物材料相接触，以使得通过使用毛细作用力使聚合物材料进入到聚合物模具的敞空部分即凹陷部分，从而在基体上形成目标微型图案。以下介绍按照本专利技术的、使用毛细作用力的各种微型图案形成方法。首先，当基体上的聚合物材料如聚苯乙烯具有流动性时，将聚合物模具与在基体上制备的聚合物材料相接触，从而诱导出毛细作用力，并在基体上形成目标图案。第二步，当聚合物材料变成缺乏流动性的材料时，使聚合物模具与该聚合物材料接触，然后在预定温度范围内对聚合物材料进行热处理如加热，从而诱导出毛细作用力并在其上得到所需的微型图案。第三步，当聚合物材料变成缺乏流动性的材料时，在基体上制备的聚合物材料中渗透或吸收一种溶剂如PGMEA(丙二醇单甲醚酸酯)，从而使该聚合物材料具有流动性。之后，使聚合物材料与聚合物模具相接触，从而引发毛细作用力并得到目标的微型图案。也可以使用无机模具如SiO2模具来代替聚合物模具(PDMS聚合物模具)。图1A到1I显示了按照本专利技术第一优选实施方案通过使用毛细作用力在基体上形成薄膜微型图案的方法的顺序步骤。参照图1A，在含有三氯乙烯溶液102的槽100里以预定的时间如5分钟超声清洗硅基体104。然后，如图1B所示，将该硅基体102放入到含有甲醇溶液的槽106中，再次以预定的时间如5分钟进行超声清洗。之后，甲醇清洗过的硅基体104最终使用蒸馏水进行清洗。虽然该优选实施方案中示例性使用硅基体作为形成图案的基体，但也可以使用由其他材料如陶瓷、金属和聚合物制成的基体。接下来，如图1C所示，利用本领域公知的旋涂技术将溶于甲苯中的聚合物材料108’如聚苯乙烯涂覆在硅基体104上，其中涂覆在基体104上的聚合物材料108’的厚度控制在如大约100nm。如图1D中所描述，将带有所需微型图案的聚二甲基硅氧烷(PDMS)模具110与聚合物材料108’接触。图1D中的标记110’代表PDMS聚合物模具110的敞空部分即凹陷部分。如果在硅基体104上形成的聚合物材料108’如聚苯乙烯具有流动性，则聚合物模具110与聚合物材料108’进行保形接触，同时保持了聚合物材料的流动性。然后，产生了毛细现象，使得聚合物材料108’渗透到聚合物模具110的敞空部分110’。结果使得，聚合物模具110的突起部分与硅基体104进行了直接接触。需要指出的是，聚合物模具110上的敞空部分110’需要足够大以容纳在硅基体104上形成的所有聚合物材料108’。然而，当聚合物材料108’如所谓酚醛清漆树脂是不具有流动性的材料时，需要额外的步骤使聚合物具有流动性，从而诱导出毛细作用力。本优选实施方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用带有预定图案结构的模具在基体上形成微型图案的方法，该方法包括以下步骤：ａ）制备一个模具，该模具带有包括凹陷部分和突起部分的预定图案结构；ｂ）在基体上沉积聚合物材料；ｃ）使模具的突起部分与聚合物材料接触；　 　ｄ）利用聚合物材料的毛细作用力，使与模具的突出部分接触的聚合物材料渗入到其凹陷部分的敞空部分，从而去除与模具的突起部分接触的聚合物材料；和ｅ）通过拆除该模具使基体的顶表面的部分暴露出来，从而在基体上形成聚合物微型图案。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李弘熙，徐甲亮，金然祥，刘弼珍，
申请(专利权)人：米卢塔技术株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]