大面积纳米图案化方法和设备技术

本发明专利技术的实施例涉及在大面积衬底的纳米图案化中有用的方法和设备，其中可旋转掩模用来将辐射敏感材料成像。可旋转掩模通常包含圆柱体。纳米图案化技术利用近场光刻，其中用来使衬底图案化的掩模与衬底动态接触。近场光刻可利用弹性相移掩模，或可采用表面等离子体技术，其中可旋转圆柱体表面包含金属纳米孔或纳米颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例涉及可用于将大型衬底或衬底，例如可作为轧制商品出售的膜图 案化的纳米图案化方法。本专利技术的其它实施例涉及可用来将衬底图案化的设备，并且该设 备可用来执行方法实施例，其中包括描述的方法实施例。
技术介绍
该节描述了涉及本专利技术的公开实施例的背景主题。没有意图，表示或暗示该节中 描述的
技术介绍
在法律上构成现有技术的意图。纳米结构化(nanostructuring)对许多现在的应用和产业是必需的，并且对正在 发展的新技术是必需的。例如且不作为限制，可以为在例如太阳能电池和LED领域中的目 前应用，以及在下一代数据存储装置中的目前应用实现功效上的改善。纳米结构化衬底可使用以下技术制作，例如电子束直写(e-beam direct writing)、深紫夕卜光亥 Ij (De 印 UV lithography)、纳米球光亥 Ij (nanosphere lithography)、 纳米压印光刻(nanoimprint lithography)、近场相移光刻(near-field phase shift lithography)，以及例如等离子体光刻(plasmonic lithography)。纳米压印光刻(NIL)通过压印抗蚀剂(imprint resist)的机械变形，继之以后 续工艺，来创建图案。压印抗蚀剂通常是在压印期间通过加热或通过UV光固化的单体 (monomeric)或聚合体(polymeric)剂型。NIL具有许多变化。然而，工艺中的两种似乎是 最重要的。这些工艺是热塑性(Thermoplastic)纳米压印光刻(TNIL)和步进与闪光(step and flash)纳米压印光刻(SFIL)。TNIL是最早且最成熟的纳米压印光刻。在标准TNIL工艺中，压印抗蚀剂(热塑性 聚合物)的薄层旋转涂敷到样品衬底上。然后将具有预定义拓扑图案的模具与样品接触， 并在给定压力下挤压样品。在加热到高于热塑性聚合物的非晶相变(glass transition) 温度的温度时，模具上的图案压入热塑性聚合物膜熔体。在具有压印模具的样品冷却后，模 具从样品分离，并且压印抗蚀剂留在样品衬底表面上。图案不穿过压印抗蚀剂；有未变化 的热塑性聚合物膜的剩余厚度余留在样品衬底表面上。图案转移工艺，例如反应离子蚀刻 (reactive ion etching)，可用于将抗蚀剂中的图案转移到下层衬底。未改变的热塑性聚 合物膜的剩余厚度中的变化提出了问题，该问题涉及用来将图案转移到衬底的蚀刻工艺的 均勻性和优化。在SFIL工艺中，可固化的UV液体抗蚀剂应用于样品衬底，并且模具由透明衬底， 例如熔融石英制成。在模具和样品衬底挤压到一起后，使用UV光固化抗蚀剂，并且抗蚀剂 变为固体。在模具从固化的抗蚀剂材料分离后，与在TNIL中使用的图案相似的图案可用来 将图案转移到下层样品衬底。SFIL和TNIL工艺在将图案转移到下层衬底期间都存在许多 挑战，包括样板寿命、吞吐率、压印层公差，以及临界尺寸控制。在压印工艺后余留的剩余非 压印层需要在主图案转移蚀刻前的附加蚀刻步骤。由于在大面积上保持均勻压力的问题， 单场OTL在控制在大表面积衬底上的复制的图案的均勻性方面具有困难。分步重复方法可4潜在地遮盖大面积，但在每个步骤中形成的微结构都独立于其它步骤，并且在没有拼接的 情况下在大面积上形成无缝微结构或纳米结构是问题。拼接误差在重复的图案转移不正确 调准时发生。如果可获得均勻图案化的轧辊表面，那么卷对卷(roll-to-roll)工艺是可能的。 日本的未经审查的专利公开，No. 59200419A，公开于1984年11月13日，其标题为“Large Area Exposure Apparatus”，在该专利公开中，Toshio Aoki等人描述了透明圆柱形滚筒 (cylindrical drum)的使用，该圆柱形滚筒可以与内部光源和附加在该圆柱形滚筒外面的 图案化光掩模(photomask)材料膜一道旋转和平移。透明的热反射材料膜存在于滚筒内。 具有在其表面上的铝膜和覆盖铝膜的光刻胶(photoresist)的衬底与在滚筒表面上的图 案化光掩模接触，并且成像光穿过光掩模，从而使光刻胶在铝膜表面上成像。光刻胶随后显 影(developed)，从而提供图案化光刻胶。然后图案化光刻胶用作存在于衬底上的铝膜的蚀 刻掩模。没有涉及用作光掩模薄膜，或用作在铝膜表面上的光刻胶的材料种类的描述。 高压汞灯光源(500W)用来将覆盖铝膜的光刻胶成像。使用圆柱形滚筒图案转移设备， 产生大约为210mm(8. 3英寸)X 150mm(5. 9英寸)，并且厚度大约为0. 2mm(0. 008英寸) 的玻璃衬底。使用该技术转移的图案的特征尺寸大约为500 μ m2，外观上是具有大约为 22. 2 μ mX 22. 2 μ m尺寸的正方形。该特征尺寸基于该专利申请在1984年提交时LED显示 器的近似像素尺寸。在圆柱形滚筒外面的光掩模薄膜据说持续近140，000次图案转移。由 Toshio Aoki等人使用的接触光刻方案不能产生亚微米特征。在芬兰的技术研究中心VTT的Tapio Makela等人公开了关于定制的(custom built)实验室规模卷对卷压印工具的信息，该工具用于制造具有高吞吐量的亚微米结构。 Hitachi和其它公司发展了片材或卷对卷的NIL原型机，并展示了处理15米长的片材的能 力。目的是使用皮带压型(镀镍模具)创建连续压印工艺，从而为大型的几何形状应用，例 如燃料电池的隔膜(membranes)、电池和可能的显示器压印聚苯乙烯片材。目前该原型工具 不供给要求的吞吐量。另外，需要改善关于压印表面的可靠性和可重复性。Toshiba也公开 了关于据说产生亚微米特征尺寸的卷对卷UV压印工具的信息。包括卷对卷OTL的纳米压印光刻技术仍必须克服许多挑战。缺陷可由负片图案的 不完全充满和经常关于聚合物材料发生的收缩现象产生。模具和衬底之间热膨胀系数的不 同导致侧向应变，并且该应变集中在图案的转角。在脱模步骤期间，该应变在图案的基础部 分引起缺陷并导致断口缺陷。另外，在压印工艺后余留的剩余非压印层的非均勻厚度对于 获得在压印抗蚀剂层下面的大面积衬底中的均勻蚀刻图案特别有害。软光刻是作为微米和纳米制作方法的光刻的替代实施例。该技术涉及自组装单 层(monolayers)的复制模塑。在软光刻中，在其表面上具有图案化浮雕结构的弹性印章 (stamp)用来生成特征尺寸在30nm到IOOnm范围内的图案和结构。最有希望的软光刻技 术是具有自组装单层(SAMS)的微接触印刷(yCP)。yCP的基本工艺包括1.将聚二甲 硅氧烷(polydimethylsiloxane)模具浸入特殊材料液，其中特殊材料能形成自组装单层 (SAM)。这样的特殊材料可称为墨水。该特殊材料将突出图案粘贴在PDMS主表面上。2.具 有面朝下的材料涂敷表面的PDMS模具与金属涂敷的衬底的表面，例如金或银涂敷的衬底 的表面接触，因此仅PDMS模具表面上的图案接触金属涂敷的衬底。3.特殊材料形成具有金属的化学键，因此仅在突出的图案表面上的特殊材料在PDMS模具移除后仍余留在金属涂 敷的表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近场纳米光刻的方法，包含：ａ）提供衬底，所述衬底具有在所述衬底表面上的辐射敏感层；ｂ）提供可旋转掩模，所述可旋转掩模具有在所述可旋转掩模的外表面上的纳米图案；ｃ）使所述纳米图案与所述衬底表面上的所述辐射敏感层接触；ｄ）使所述可旋转掩模在所述辐射敏感层上面旋转时，通过所述纳米图案将辐射分布，由此在所述辐射敏感层中创建具有范围从小于１μｍ下至大约１ｎｍ的特征尺寸的图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：B柯宾，I兰道，B沃尔夫，
申请(专利权)人：罗利诗公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]