微米结构和纳米结构的复制和转移制造技术

本发明专利技术披露了一种将微观图案从母片复制到基片的方法，其中外形结构的复制品在母片上形成并且当需要时利用各种印刷或压印技术之一转移到接受基片，然后溶解。在转移前利用复制品还可以进行另外的工艺步骤，包括形成纳米结构、微型器件、或它们的一部分。然后当复制品被转移时这些结构也被转移到基片上，并且当复制品被溶解时残留在基片上。在制造集成电路和其它微型器件时，这是一种可以用作补充工艺或代替各种光刻处理步骤的技术。（*该技术在2023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用于以微米和纳米尺寸比例复制表面凸起的 新方法。此外，该方法用于将复制的图案从母基片转移到第二基片。 本专利技术描述了一种转移光刻术的方法，其中使用了一次性中间模 板。该方法还适用于复制和/或转移单层或多层微小元件，其可用于 光子应用、测量学应用、以及在集成电路和其它微型器件的制备中。
技术介绍
最近几年中，在集成电路的微平版印刷制作图案方面已取得很 大进步。宽度小于100nm的模型器件已经展出，并预期不久以后可 进入常^L生产。这些集成器件通常通过一系列工艺步骤连续地进行组装，这些 步骤进行必要的沉积、制作图案、以及蚀刻步骤，这样获得最终器 件。现代的微型器件通常包括多于25个不同的层，每层具有其自 己的掩才莫以限定特征尺寸，并且整个晶片必须进行的一系列工艺步 骤以产生所需要的层。极高分辨率的光刻术可以利用电子束(或E-光束)光刻来进行。 这种制备^f效型器件的现有技术在图1中进行^L明。在该实例中，部 分加工的器件100，包4舌具有先前制备的层120 (包括^啟米结构112 和122)的基片110,被涂布以要处理材料(例如，金属、多晶硅， 等等)的均匀层130，然后涂布以聚合物层150,通常称作保护层， 其对电子束曝光每丈感。然后将感光层150暴露于电子束160的图案， 如图la所示，其中几4可布置和用量限定了所要形成的图案。然后， 将暴光的材料进行化学处理、或显影，并且，如图lb所示，将未 暴光区域152留在基片上。这些未暴光区域起保护要制作图案的部 分材料130的作用，因此在后续的处理后，如图lc所示，仅留下 要处理才才泮牛130的受4呆护部分132。虽然电子束光刻可产生极高分辨率的图案，但电子束装置的一 般生产量非常低。光束必须依次对准晶片上的每个斑点，其使得该 方法通常较慢并且不能使用于大量的微米结构。作为替代，在光学 光刻中，电子束160由掩模的光学图像所取代，其平行地使感光膜 150曝光。然而，光学成l象法并不具有与电子束系统相同的分辨率， 并且在这些层中制备纳米结构(具有尺寸在100 nm或更小数量级 的特征)已变得成指凄t地更加昂贵。因此，已有人研究用于这些层 的光刻术的可替换范例。这些新技术的制作图案范例的一个实例是毫微压印技术。在毫 微压印技术中，母片图案是通过高分辨率制作图案技术而形成，如 电子束光刻。这些高分辨率母片然后用来在集成电路(IC)层上产 生相应的图案而没有使用成像步骤，而是用某种类型的冲压或印刷 技术。这在原理上非常类似于在光盘(CD )上产生樣i观图案所使用 的技术。这种技术的最直接说明是由Stephen Chou等所开发的，并且在 图2中进行。Chou的方法为将所要处理的层130涂布在部分制备的基片100上，但用一层可变形聚合物250涂布组合的基片，如图 2a所示。母片模板210，具有对应于最终结构所需要位置的压痕212 的图案，是通过高分辨率平版印刷技术制备而成。然后模板210对 准基片100，并且如图2b所示，两者^皮压在一起。可变形聚合物 250填充于母片210中的压痕212。然后移走母片，在基片100上 留下结构252的图案，如图2c所示。经过后续的处理，如蚀刻， 留下所需要的由层130形成的图案132作为结果，其由剩余材料252 的位置所限定，如图2d所示。Chou已说明了利用该技术来复制小 至10 nm的特4正。G. Grant Willson等已提出对这种技术的改进方法，如在图3中 所说明。在这种方法中，母片310对紫外线是可透过的。该母片310 还包括压痕312,其是通过高分辨率制备技术在表面形成图案。如 图3a所示，Willson的方法是将所要处理的相同层130涂布在部分 制备的基片100上，但用一层可变形聚合物350涂布于组合的基片， 其对紫外线照射也是易感光的。透明母片310紧压住在层130和基 片100上的聚合物350。该层350可变形，乂人而用材冲+352填充母 片310中的压痕312，同时仍然在母片表面和基片表面之间可能留 下薄层351。然后利用紫外线曝光360对聚合物材并牛351和352进 行固化和硬化，如图3b所示。然后，如图3c所示，移走母片，并 在部分层130上留下4交厚的材沐+ 352。经过后续的处理，如蚀刻， 留下所需要的由层130形成的图案132作为结果，其由剩余材料352 的位置所限定，如图3d所示。这些技术的缺点是，在形成所需要的材料时母片必须反复不断 地重复^f吏用。通过正常磨损和暴露于污染物可以导致对母片的损 伤。用于光栅和其它光子器件的用来复制衍射结构的常见技术涉及 产生母片光栅的复制品。这些方法涉及产生母片，通过在母片上施 加薄真空沉积的分离层可以从母片进行复制。然后将金属涂层沉积于分离层的顶部，并且环氧涂布的基片^皮;改置在层覆盖的母片的顶 部。然后固化该组合物并且当复制的光栅与母片光栅分开时则完成 该过程。这种方法具有生产率有限的缺点，其需要在母片上进行真 空淀积。用这种方法，母片仅遭受来自产生多个复制品的影响；这 些复制品本身可用于实际制备过程并当受损时被废弃。George Whitesides等已开发了4吏用复制品或才莫才反的类4以方法， 其制备自聚二曱基硅氧烷(PDMS)，用于他称作的"软光刻术"。 他们还利用注油墨技术开发了这种方法的变形方法，以使对模板的 损伤降至最小程度。这在原理上类似于橡胶印模的注墨，其通常用 于其它传统的印刷应用场合。这种方法的一个实例说明于图4。具有压痕402的母片400本 身并不直接使用，而是复制为具有对应于压痕402的突起部分412 的聚合物4莫4反410。此聚合物才莫^反410可以直4妄用于压印光刻术， 并且如果通过重复使用而损坏时则废弃。为了从要处理的层130获 得相同的图案132,其涂布于部分制备的基片100上，Whitesides 的方法是用 一层特殊材料450涂布组合的基片，针对某些化学特性 对该特殊材并牛进行选4奪。如图4a和图4b所示，通过》走转涂布或通 过某种其它涂布和固化技术，用这种材料涂布母片400，由PDMS 形成冲莫^反410。然后，如图4c所示，利用某个粘合层420,才莫^反410 #1粘合于载体430,并将其乂人母片400上移走。然后，才莫板41(M皮"涂墨，，以一薄层特 木化学制品414以致4又 才莫4反410的突起部分412 #皮涂布以4匕学制品414，如图4d所示。然 后模板被对准并置于与基片IOO紧密接触，其中部分制备的微器件 还涂布以要处理的层130以及化学层450,从而将"油墨，，414转 印(转移)到基片，如图4e所示。选择用于油墨414和层450的 材泮午以进行反应，并在纟皮油墨414 4妄触的位置留下改变的材^"层 452,如图4f所示。这种改变的材并牛452用作反应的阻挡层，4呆护下面的层130。后续的处理留下所需要的由层130形成的图案132 的结果，其由改变的材料452的位置所限定，如图4g所示。限制了它的适用范围的与PDMS作为才莫板有关的一些问题包 括有限的分辨率(约200 nm )，这是由于PDMS和才莫材料之间的 热膨胀系数差异；以及有限的生产量，这是由于固化所需的时间。 它本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制品，所述制品通过下述方法制成，所述方法包括：　将聚乙烯醇（ＰＶＡ）薄膜旋转涂布至包括外形图案的母片上，并从所述母片上移除所述ＰＶＡ薄膜。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯D沙佩尔，
申请(专利权)人：利兰斯坦福青年大学托管委员会，
类型：发明
国别省市：US[美国]