TWI230975B - Reversal imprint technique - Google Patents

Description

1230975 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於微米/奈米級結構以及藉逆轉印刻而形 成這種結構的方法。 【先前技術】 需要快速且經濟的製造出奈米級結構是發展奈米科學 與奈米技術時的主要驅動力。也稱作熱浮凸微影蝕刻的奈 米印刻微影蝕刻（NIL)，是經由圖案硬質模具的浮凸處理， 藉讓聚合物光阻變形而產生厚度減小，該技術提供許多決 定性的技術優點，尤其是定義出奈米級圖案的低成本方法 (S. Y. Chou, P〇 R. Krauss and P. J. Renstrom, Science, 272, 85(1996), S.Y· Chou，美國專利編號第5772905案）。已經證實NIL能定 義出具有橫向解析度小於6 nm的圖案特點（8.丫.〇1〇11，？· R. Krauss, W. Zhang, L. J. Guo and L. Zhuang, J. Vac. Sci. Technol. B，15, 2897(1997); S. Y_ Chou P. R· Krauss，Microelectron· Eng” 355 237(1997); B〇 Heidarl, I. Maximov and L. Montelius, J. Vac〇 Sci. Technol· B，18，3557(2000); A· Lebib，Y· Chen，J. Boumeix，F。 Carcenac，E. Cambrill, L. Couraud and H. Launois, Microelectron, Eng.，46, 319(1999))。在傳統的NIL中，基板在能用硬質模具 進行浮凸處理之前，便先需要用聚合物層做旋轉塗佈。 Borzenko等人提出一種結合方法，其中基板與模具是用聚 合物進行旋轉塗佈處理（T. Borzenko, M. Tormen，G· Schmidt5 L· W. Molenkamp and H. Janssen，Appl· Phys· Lett” 79, 2246(2001)) 〇 雖然目前有一些奈米印刻技術可用，但是這些技術都 85347.doc -6- 1230975 有或夕個缺點。現在，對於能夠使用的基板種類有很 嚴秸的限制，常常只有平板型硬質基板表面可以進行印 二J處理。此外，常常需要過度的高溫及/或壓力，會限制 由许多有潛力之基板上所產生的奈米結構種類。 /已經證實，NIL是具有高解析度，高產量以及低成本的 微〜蝕刻技術。然而，為了延伸該技術的應用範圍，能 隹平面表面上進行二維結構的奈米印刻處理是很吸引 人的，因為複雜的顯微裝置以及新的應用常常需要如 此。< 則已經使用許多技術來研究非平面表面的印刻處 "攻等技術都疋憑藉用厚聚合物層對非平面表面進行 平一化以及夕層光阻方法（X· Sun，L· Zhuang and S· Y· Chou，J. Vac。Sci.Technol· B 16,（1998))。這些技術不只需要許多處理 步驟，而且還牽涉到深蝕刻，以去除掉在形成期間所產 生的厚平坦化聚合物層，常常讓所形成之最終圖案或結 構的解析度以及精確度變差。 本發明人等已經開發出一種一新式的印刻技術，適合 許多不同的基板以及基板組合物。本發明可以在比目前 肌中所使用還低的溫度與低的壓力下進行。比起傳統的 NIL，依據本發明的逆轉印刻方法提供許多獨特的優點， 讓非平面基板以及不容易用聚合物薄膜進行旋轉塗佈的 基板都能進行印刻處理，比如撓性聚合物基板。此外， 都能藉控制製程條件，使用逆轉印刻而製造出模具的正 向或負向複製物。 【發明内容】 85347.doc 1230975 在第一特點中，本發明提供一種在基板上印刻出微米/ 奈米結構的方法，該方法包括： (a) 提供一種包含顯微結構所需的圖案或離隙的模具； (b) 將1合物塗佈層塗佈到該模具上；以及 (C)在適當溫度與壓力條件下，從該模具上將聚合物塗 佈層轉移到基板上，以形成具有所需微米/奈米結構的印 刻基板。 取好，該模具是硬質模具，該硬質模具是由半導體， 介電質，金屬以及其組合物所構成的群組來形成。通常， 咸模具疋在矽（Si)晶圓上的si〇2或Si中形成，並用光學微 影蝕刻技術或電子束微影蝕刻技術以及後續的乾蝕刻來 定義出圖案。將會了解到，其它模具種類也可以給本發 明用。 與包括熱塑性聚合物，熱/輻射可熟化預聚合物以及玻 璃或陶瓷前驅質的模具比較起來，適合在本發明中使用 的聚合物是由非常軟的材料來構成。已經發現到分子量 土 V 15000的聚甲基丙晞酸甲酯（pMMA)特別適合本發 明。然而將會了解到，其它材料也可以使用。 為了 #助聚合物從模具上脫離開到基板上，該模具在 知水5物塗佈上去之前，便可以先用一個或多個表面活 性劑來處理。已經發現到111，111，2氏211_全氟癸基_三氯矽 甲烷的表面活性劑特別適合本發明。然而將會了解到， 興所使用之聚合物相容的其它表面活性劑也可以使用。 遠聚合物最好是用旋轉塗佈而塗佈到模具上。這種旋 85347.doc 1230975 轉塗佈的塗佈技術是眾所周知的，而且可以在不同的傳 統微影㈣技術中發現到適當的實例。要達到在表面活 性劑所塗佈的模具上有本質均勻的聚合物塗佈，溶劑的 選擇將會很重要。在極性溶劑中的聚合物溶液通常不會 在表面活性劑處理模具上形成連續性薄膜。已經發現到 甲苯溶劑特別適合本發明。然而，與所使用之聚合物相 容的其它非極性溶劑也適用。實例包括二甲苯與四氫 喃’但不受限於此。 已經發現到拋光的Si晶圓以及撓性聚乙醯胺薄膜 (Kapton®)是本發明很適合的基板。然而將了解到，其它 基板也可適合。實例包括聚合物，半導體，介電質，金 屬以及其組合體，但不受限於此。 本發明的方法可應用於平面與非平面基板，包括已經 匕έ有些圖案或離隙的基板。該方法能應用到已經包 含有一層或多層聚合物塗佈的基板上。例如，該方法可 以用來產生晶格結構，其中多層聚合物（比如聚合物格狀 物）是在基板上形成。 步驟（c)最好是在所需壓力與溫度下的預熱壓機中進 行所使用的壓力與溫度將取決於所選取的模具，基板 以及聚合物。通常，使用比約i 〇 MPa還小的壓力。已經 發現到約5 MPa或更小的壓力很適合逆轉印刻pMMA聚 合物。本發明中可以使用從低到約30°C至聚合物玻璃轉 移溫度（Tg)以上約9〇°c的溫度。 視溫度與聚合物塗佈層的平坦化程度，可以達到不同 85347.doc 1230975 的印刻效應。 因此，本發明的較佳實施例包括一種用於印刻出微米/ 奈米結構到基板上的方法（如上所述），其中所塗佈上去的 聚合物塗佈層在本質上是非平面&，而且該溫度在本質 上是比聚合物的玻璃轉移溫度（Tg)還高。在這些條件下， 逆轉印刻的行為是類似於傳統的NIL，因為有相當多的聚 合物流體會依據模具的形狀，隨著聚合物的移動而發 生。而且，最終的模具聚合物塗体層是該模具的負向複 製物。 依據本發明的另—實施例，所塗佈上去的聚合物塗佈 層在本吳上是非平面型，而且溫度在本質上是等於或低 於聚合物的玻璃轉移溫度（Tg)。在本實施例中，通常只有 在該模具凸出區域上的薄膜部分會被轉移到基板上。以 廷種万式，本實施例的方法是類似於甩液體墨水的的蓋 P方去。本實施例的方法造成具有正向模具複製品的模 具聚合物塗佈層。 依據本發明的另一實施例，所塗佈上去的聚合物塗佈 層在本貝上是平面型，而且溫度在本質上是等於或低於 聚合物的破璃轉移溫度（Tg)。在本實施例中，會發生印刻 而不會有任何本質上橫向聚合物的移動，而且整個塗佈 水a物層被轉移到基板上。在本發明的實施例下，最終 模具聚合物塗佈層是負向模具複製品。在該實施例中， 整個聚合物塗佈層被轉移到基板上，進一步的優點是達 到較低的殘餘厚度。 85347.doc 1230975 ~本發明的方法也可以使用相同的基板進行許多次，使 得具多層聚合物層的層狀結構能夠形成。例如，每個聚 一物㈢可以包含一些平行條紋（亦即形成格狀圖案），橫貫 過（比如成直角）相鄰聚合物層的平行條紋。藉此最終結構 會具有晶格形態。 在第=特點中，本發明提供一種基板，包含有藉依據 :發明罘一特點之方法所產生的印刻微米/奈米結構。該 微米/奈米結構可以是由單_印刻聚合物層所形成。另一 万式疋，可以由-些造成三維結構的聚合物層來形成， 比如晶格結構。 該微米/奈米結構適合使用於微影蚀刻，積體電路，量 t磁性儲存裝置，雷射，生物感測器1感測器，顯微 電子機械系統（MEMS)，生物MEMS以及分子電子裝置。 在第三特點中，本發明提供使用依據本發明第一特點 的万法’以便在非平面或撓性基板上形成微米/奈米結構。 在整個說明書中，除非文中有需要，否則，，包括，，的用 字或比如“包含，，或“含有，，的變化都將被解讀成隱含所提 及，早H字或步驟’或是單I數字或步驟的群組， 但是並不排除任何單元、數字或步驟，或是單元、數字 或步驟的群組。 已-包3在本說明書内的任何文件，行動，材料，裝 置，文獻或類似物件的討論，都只是為了提供本發明的 說明文件而已。任何戎阱女、上 任仃或所有這些形成先前技術基礎或是 與本發明相關領域中的一般 ^ 叙知滅都不應被視為可允許 85347.doc 1230975 的’如同在本說明書中每個主張之優先權日期之前便已 存在。 為了更清楚了解本發明，將會說明較佳的形式，並參 閱以下圖式以及實例。 【實施方式】 用以進行本發明的模式 實驗 本研究中使用二種圖案模具。該等模具是在矽（Si)晶圓 上的Si〇2做成’並用光學微影蚀刻且接著進行乾姓刻處 理而定義出圖案。模具的特點是從2至50μπι變動，且公稱 深度為190 nm。其它模具都具有700 nm週期且180至650 nm深度範圍的均勻格狀物。所有模具都用ih，ih，2H，2H-全氟癸基-三氯矽甲烷的表面活性劑進行處理，以提升聚 合物的脫離。所使用的基板是拋光的（1〇〇)si晶圓並且是 才九性的’ 50 μηι厚的聚乙酸胺薄膜（Kapton®)。分子量 15000的聚甲基丙烯酸甲酯（pMMA)使用於印刻處理。在 典型的逆轉印刻實驗中，用PMM A甲苯溶液，在旋轉速率 3000rpm下持續30秒對模具進行旋轉塗佈，並接著在105 °C下加熱5分鐘以去除掉殘餘的溶劑。在預熱壓機中讓塗 佈的模具在基板上以5 MPa的壓力持續5分鐘進行擠壓。 孩壓力一直持續，直到溫度下降到5〇它以下為止。最後 讓該模具與基板脫離並隔離開。 結果與討論 在傳統的NIL中，聚合物薄膜在用硬質模具進行印刻處 85347.doc -12- 1230975 理之前，便先需要塗佈到基板上。然而，旋轉塗佈很難 在撓性基板上進行，比如聚合物薄膜，限制傳統nil對這 種基板定義出圖案的處理能力。此外，傳統的nil視黏滯 聚合物流體來讓聚合物薄膜變形並產生厚度對比，而且 都需要上升的溫度與壓力（1-1.1^>^6〇1^11，11.8(：111行，（^· David, J. Gobrecht and T. Schweizer, Microelectron. Eng., 54, 229(2000); H. C. Scheer, H. Schulz, T. Hoffmann and C. M. S. Torres, J. Vac. Sci. Technol. B, 16，3917(1998); S. Zankovych，T. Hoffmann，J. Seekamp, J. U. Bruch and C. M. S. Torres，Nanotechnology，12, 91(2001))。為了 達到可 靠的圖案轉移，通常是在Tg(玻璃轉移溫度）以上的70至90 1溫度下且在高達1〇 MPa的壓力下進行印刻處理（L· J. Heyderman，H. Schift，C. David，J. Gobrecht and T. Schweizer，Microelectron· Eng.，54，229(2000); H. C. Scheer，H. Schulz，T. Hoffmann and C. M. S. Torres，J. Vac。 Sci. Technol. B， 16， 3917( 1998);F. Gottschalch, T.

Hoffmann，C. M. S. Torres，H. Schulz and H. Scheer, Solid-State Electron·，43, 1079(1999))。對傳統NIL技術的 某些改變，比如由Borzenko等人所開發的聚合物键結方 法（T. Bornzeko，M. Tormen，G· Schmidt，L. W. Molenkamp and H. Jassen，Appl· Phys. Lett·，79，2246 (2001))，會大 幅的降低溫度與壓力的需求。然而，Borzenko等人的聚 合物鍵結方法會有額外的缺點，即印刻處理後較厚的殘 餘層，讓後續的圖案轉移變得很複雜。 85347.doc -13 - 1230975 與傳統的NIL不同，依據本發明的逆轉印刻技術是一種 對撓性基板定義出圖案的方便且可靠的方法。此外，視 聚合物塗佈模具的平坦化程度以及印刻的溫度而定，可 以觀祭到三種獨立的圖案移模式。可以在Tg以下低到約 30 C的溫度下，且在壓力低到約i MpaT，達到成功且可 靠的圖案轉移。 圖1是以示意圖的方式顯示出與傳統NIL做比較的三種 逆轉印刻模式。在傳統的NIL(圖i(a))中，是在遠高於Tg 的溫度下將模具壓在平面聚合物薄膜上。在印刻期間， 著材料依據模具形狀而變形，會發生相當多的聚合物 /瓜to 在返回於的溫度下，類似的聚合物流體也會在 逆轉印刻中發生。即使聚合物薄膜並不是平坦化，如圖 1(b)所不，在模具凸出區域上的材料可以在印刻處理時被 擠壓到周圍的凹洞中。在這種條件下，逆轉印刻的行為 是非常類似於傳統的NIL。因為在此情形下的用於印刻處 理的襯底機構是聚合物黏滯性流體，所以我們稱這種印 刻模式為，，浮凸印刻”。 逆轉印刻比起傳統印刻的獨特優點是，也可以在以附 近或甚至稍微低於Tg的溫度下將圖案轉移到基板上。在 此/皿度範圍中，印刻結果是大幅的取決於對模具進行旋 轉塗佈處理後的平坦化程度。對於具有非平坦化塗佈的 模/、 /、有模具凸出區域上的薄膜會被轉移到基板上， 浚圖1 (C)所示。因為該方法類似於用液體墨水的蓋印方 法，所以這種印刻模式稱作“塗墨印刻，，。與浮凸印刻不 85347.doc -14- 1230975 同的是，塗墨印刻會產生正向圖案。 然而，如果塗佈聚合物薄膜在旋轉塗佈後是稍微的平 面時，則整個塗佈聚合物薄膜都可以在Tg附近下進行印 刻處理時轉移到基板上，而不需要大尺寸的橫向聚合物 移動（圖1(d))。我們稱這種印刻模式為“整層轉移，，。類似 於浮凸印刻模式，整層轉移模式也會造成模具的負向複 製物。 從以上討論中，很清楚的，塗佈聚合物薄膜的表面平 坦化程度以及印刻溫度是決定最後印刻結果的很重要因 素。在底下的段落中，會討論印刻條件與最後結果之間 的定量相關性。 旋轉塗佈後的表面平坦化 在傳統NIL中一般是採用抗黏著劑對模具進行處理，以 提升聚合物的脫離。最好是在逆轉印刻中改變模具的表 面能量，以便改善聚合物層轉移到基板上。在本研究中 使用一種在傳統印刻（T. Nishino, M. Megur〇, κ.歸咖狀， M. Matsushita and Y. Ueda, Langmuir, 15, 4321 (1999))t ? 當作脫模劑的1H，1 H，2H，2H-全氟癸基_三氯珍甲燒來當作 脫模劑用。然而，需要開發出一種用於將pMMA旋轉塗佈 到抗黏著劑處理模具上的技術。因為處理模具的低表面 能量，讓極性溶劑中的PMMA溶液，比如氯苯，在旋轉塗 佈後將不會形成連續性薄膜。對照上來說，甲苯中的 PMMA溶液可以成功的旋轉塗佈到經表面活性劑處理過 的模具上。對於未經處理的表面來說，將pmma甲苯溶液 85347.doc -15- 1230975 万疋轉塗佈到經表面活性劑處理過的表面上，會有相類似 的薄膜品質與厚度。 由於一般模具的形態，必須檢視旋轉塗佈聚合物層的 平坦化程度。對於具有較大尺寸的模具，很難得到平坦 化的聚合物層。在通常的條件下，對丨9〇 nm深具微米尺 寸特點的模具進行旋轉塗佈處理，通常會造成模具上的 一致性塗佈層。如果是次微米格狀模具，則平坦化程度 疋從轉塗佈中所使用之溶液濃度的強烈函數，決定塗佈 薄膜的厚度。塗佈薄膜的一般原子力顯微複製（AFM)斷面 分析顯示於圖2中。在旋轉塗佈之後，塗佈模具的步階高 度疋取決於模具深度以及薄膜厚度。如圖2所示，我們用 塗佈模具的平均尖峰至凹谷高度，Rmax，來描述平坦化程 度。圖3摘要出Rmax變化是當作不同深度之格狀模具中溶 液濃度的函數。對於給定的特定深度，較高溶液濃度會 有較厚的薄膜，並造成較低的Rmax或較高的平坦化程度。 圖3中不同的平坦化程度已經是與最後的印刻結果有 相關性。在105°C的印刻溫度下，與pMMA的Tg溫度相 同，當Rmax低到〜155 nm時，會發生整層轉移模式，而塗 墨印刻模式則疋在Rmax為〜1 68 nm以上時發生。對於1 5 5 至16S nm之間的Rmax，會發生這二種模式的結合。i〇5〇c 下不同印刻模式的區域是標示於圖3中。 不同的逆轉印刻模式 當考慮到二重要的印刻參數時，亦即平坦化程度與印 刻溫度，建構出印刻模式的圖式，如圖4所示。這些符號 85347.doc -16 - 1230975 疋表不不同模式與不同薄膜厚度的實驗資料。三個主要 區域疋義出每個印刻模式發生時所必要的條件。在過渡 品或中曰發生一個或多個模式的組合。雖然傳統的NIL 通第/、有在返向於Tg的溫度下才會成功，但是依據本發 明的逆轉印刻可以用使用於比Tg還低且比Tg還高的較寬 溫度範圍中。我們已展示出在低到75°c下發生塗墨印刻 與整層轉移，該溫度是比PMMA的Tg還低30°C。 圖4顯示出在l〇5°C下，當Rmax比約155 nm還低時會發整 層轉移。這種印刻圖案的實例是顯示於圖5中。可以達到 具非常少缺陷的可靠圖案轉移。整層轉移模式的重要特 點是一殘餘厚度（在圖5中遠低於1〇〇 nm)。當使用具相同 濃度的溶液時，Tg附近溫度下逆轉印刻後的殘餘厚度是 相當於在更高溫度下的傳統NIL。此外，可靠的整層轉移 也已經用低到1 MPa的壓力達到。 雖然整層轉移模式需要足夠的塗佈模具的表面平坦 化，但是在塗佈後較大的步階高度對於成功的塗墨模式 來說是優點。這是因為當步階高度小時，該特點之側壁 上的薄膜通常會相當厚。當這種薄膜被塗上墨水後，將 側壁附近的聚合物薄膜撕下會造成不平整邊緣的印刻特 性。圖6顯示出在105 °C且步階高度305 nm下塗墨印刻的 結果。藉650 nm深格狀模具，具有很薄的塗佈層（6%溶 液），形成這一種較大的步階高度。在此條件下，模具中 凹陷處侧壁上的薄膜會非常薄，而且很容易在印刻處理 時斷裂開。結果，能得到具相當平滑邊緣的可靠圖案轉 85347.doc -17- 1230975 移。 將PMMA逆轉印刻至撓性基板上 在逆轉印刻處理中，不需要將聚合物層旋轉塗佈到基 板上。這種獨特的特性讓某些不容易進行旋轉塗佈的基 板上可能可以產生圖案，例如撓性聚合物基板。我們很 成功的使用該逆轉奈米印刻技術來將PMMA圖案轉移到 50 μΠ1厚的聚乙醯胺薄膜（KaPt〇n®)上，該薄膜被廣泛的 當作撓性電路中的基板。圖7顯示出用7%溶液對35〇 深格狀模具進行旋轉塗佈後在175它下進行逆轉印刻處 理所產生的PMMA圖撓性基板上的印刻顯#出在整個 與整層轉移模式也會在撓性基板上發生 印刻區域(〜2.5…上有很少缺陷的高度均勻性。圖7所 示的特定結果是在浮凸模式下進行印刻處理。塗墨模式 而且印刻結果 類似於在Si基板上所得到的。 將PMMA逆轉印刻至塗案基板上 本發明可以用來便於在㈣面表面上進行奈米印刻， 而不需要平坦化。之前用於非平面表面上奈米印刻微影 蝕刻的技術一般是憑靠厚聚合物層之非平面表面的平坦 化以及多層光阻方法。這些技術都需要許多步驟，並牵 涉到深㈣，以去除掉厚的平坦化聚合物層（這會讓印刻 微影蚀刻技術中的解析度與可信度變差)。本發明能用來 便於在非平面表面上進行奈米印刻，而不需任合平坦化 處理。 構之表 面上進行印 圖8顯示出使用本發明在有明顯結 85347.doc -18 - 1230975 刻處理的示意圖。圖8(a)顯*出塗体到圖案表面之前便先 旋轉塗佈到模具上的PMMA。然後在適當溫度與壓力條件 下將塗佈模具塗佈到圖案結構上（圖8(b))。當釋放開模具 時’基板便具有貼附到已存在之圖案基板上的聚合物圖 案。 圖9顯示出轉移到非平面基板上的聚合物圖案。該基板 是700 run週期的Si〇2格狀物，具有丨5 μιη深度。該模具也 具有相同週期以及350 nm深度的格狀圖案’而且被塗佈 上表面活性劑。PMMA被旋轉塗佈到模具上，並且在圖案 基板上用5 MPa壓力在9(TC下進行擠壓。具有模具格狀圖 案的整個PMMA層會被轉移到基板上，因*pMMA到基板 上的黏接性由於界面上表面能量的較大差異，所以是比 到模具上的黏接力還要更強。可以觀察到良好的圖案轉 移，而且殘餘的PMMA很薄，如從二不同角度所拍攝的 SEM顯微鏡圖所示（圖9)。用〇2RIE方法，如同一般奈米印 刻微影蝕刻技術中所使用到的，直接去除掉任何的薄殘 餘PMMA層。 圖9所顯示的方法可以重複許多次，藉以造成多層結 構。聚合物的每個連續層（包含有模具格狀圖案）都能以直 角塗佈到先前的薄層上。這會形成多層晶格結構。 由於圖9顯示出塗佈上圖案聚合物層而使得格狀物與 基板的格狀物是成直角，所以也可能讓聚合物格狀物塗 佈到基板的格狀物上，並且與基板的格狀物對齊。這會 讓格狀物的深度依所需要的做變化（比如增加）。 85347.doc -19· 1230975 如果將PMMA塗佈肖具印刻到格狀基板4 m# 到175°C時，殘餘層便會消失。這是由於聚合物^面活 性劑塗佈表面上的去除溼潤行為。 該聚合物印刻技術解決了非平面表面上奈米印刻微影 ㈣所遭遇到的問題。該技術可以延伸到到產生不同的 三維結構。 摘要 我們已經成功的展示出一種逆轉印刻方法，將旋轉塗 怖聚合物層從硬質模具上轉㈣基板上。三種不同的圖 术轉移挺式’亦即浮凸轉移，塗墨轉移與整層轉移，都 可以藉控制印刻溫度以及旋轉塗佈模具的表面平坦化程 度來達成。正向或複向的模具複製物可以在印刻處理後 仔到。藉通當程度的平坦化，可以在低到⑽下的㈣ 以及1 MPa壓力下，分财塗墨與整層轉移模式中成功的 達成圖木轉移。這是比起傳統nil很重要的優點，該傳統 NIL需要遠高於Tg的印刻溫度。此外，因為在這二種圖案 轉移模式中需要微小的聚合物移動，所以逆轉印刻對於 與聚合物流體有關的問冑比較不敏感。 本發明人等已經開發出一種新的印刻技術，避免對基 板上万疋轉塗佈聚合物層的需要。聚合物層是直接被旋轉 塗佈到k具上’而且藉在適當溫度與壓力下的印刻處理 而被轉移基板上。依據本發明的逆轉印刻方法比起傳統 的NIL，提供一項您& 貝獨特的優點，讓無法輕易的用聚合物薄 膜進行旋轉塗伟處理的基板能被印刻上，比如撓性聚合 85347.doc -20- 1230975 物基板。 將nil塗佈到非平面表面上的先前努力常常是憑靠厚 永合物層之非平面表面的平坦化。這些技術牽涉到多個 技術步驟。此外，去除掉厚平坦化層的深蝕刻步騾會讓 解析度與可信度變差。目前的發明提供簡單的技術Y對 非平面表面進行圖案處理，而不需要平坦化步騾。在適 當的處理條件下，能很方便的製造出三維結構。 熟知該技術的人士將會了解到，可以在不偏離本發明 的精神與範圍下，對特定實施例中所示的本發明進行許 多的變動及/或改變，如同以廣範圍的方式所說明的一 般。因此該等實施例在所有方面上都被視為解說性而非 限定性。 【圖式簡單說明】 圖1顯示出在（a)傳統奈米印刻；（b)高出Tg溫度以上的 逆轉印刻；（c)在玻璃轉移溫度（Tg)附近之溫度下用非平 面模具的“塗墨”處理；（d)在Tg附近用平坦性模具的“整層 轉移”中圖案轉移處理的示意圖表示。 圖2顯示出在3000 rpm下被塗佈上6〇/0ρΜΜΑ溶液的300 nm深格狀模具的原子力顯微複製（AFM)斷面分析。 圖3顯示出在不同溶液3000 rpm下的旋轉塗佈處理後， 具不同深度之格狀模具中平均尖峰對凹谷的步階高度。 標定出l〇5C下的不同圖案轉移模式區域，虛線是表示二 模式之間的過渡區域。 圖4顯示出逆轉印刻模式對於印刻溫度以及塗佈模具 85347.doc -21 - 1230975 之步階高度的關係。符號是實驗資料，實線是不同模式 的外插邊界。 圖5顯示出105°C下使用具7%PMMA塗佈之350 nm深格 狀模具的逆轉印刻的掃描電子顯微鏡圖。印刻前的Rmax 是7 5 nm，而且會發生整層轉移模式。 圖6顯示出，105°C下具6%塗佈以及Rmax=305 nm之650 nm深格狀模具的塗墨處理結果的掃描電子顯微鏡圖。 圖7顯示出175°C下在50 μηι厚Kapton薄膜上進行逆轉 印刻所產生之PMMA圖案的掃描電子顯微鏡圖。用7°/〇溶 液對350 nm深的模具進行旋轉塗佈處理。 圖8顯示出在結構表面上使用本發明的印刻處理示意 圖：（a)在塗佈到圖案基板上之前旋轉塗佈到模具上的 PMMA ; (b)低於Tg之溫度下對圖案結構進行印刻處理； (c)轉移到基板上的PMMA圖案。 圖9顯示出垂直於圖案1.5 μιη深通道Si02基板表面的印 刻PMMA格狀物的掃描電子顯微鏡圖（SEM): (a)沿著轉移 PMMA格狀物來看；（b)沿著基板上底下Si02格狀圖案來 看。 圖10顯示出在175°c下轉移到圖案基板上的PMMA格狀 物的SEM圖，其中去除水分的處理已經去除掉殘餘的 PMMA 層。 85347.doc -22-

Claims (1)

1230975 第092112744號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(93年1〇月） 拾、申請專利範園： 1. 一種印刻出微米/奈米結構到基板上的方法，該方法包 括： (a) 提供一模具，該模具包含微米/奈米結構所需的圖案 或離隙（relief); (b) 將聚合物塗佈層塗佈到模具上；以及 (c) 從模具上將聚合物塗佈層轉移到基板上，在適當的溫 度與壓力條件下，以便形成具有所需顯微結構的的印 刻基板。 2·如申請專利範圍第丨項之方法，其中該模具是從包含有半 導f豆’介電質’金屬以及該等材料之結合物的群組中來 形成。 3_如申請專利範圍第2項之方法，其中該模具是藉光學微影 触刻技術或電子束微影蝕刻技術以及後續的乾蝕刻而被 定義出圖案。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該聚合物是選取自由 熱塑性聚合物，熱/輻射熟化預聚合物以及玻璃或陶資前 驅質所構成的群組。 5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該聚合物是聚甲基丙 烯酸甲酯（PMMA)。 6·如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之方法，其中該 聚合物是在非極性溶劑的溶液中，以便達成在該模具上 本質上均勻的聚合物塗佈層。 1230975 .=申請專利範圍第6項之方法，其中該溶劑是選取自由甲 苯’二甲苯以及四氫喃所構成的群組。 如申清專利範圍第7項之方法，其中該溶劑是甲苯。 9·如申凊專利範圍第卜員之方法，其中該聚合物是用旋轉塗 佈被塗佈到該模具上。 10.如申凊專利範圍第丨項之方法，其中該模具是在塗佈聚合 物 < 則，便先用一個或多個表面活性劑進行處理。 •如申明專利範圍第i 0項之方法，纟中該表面活性劑是 …，旧’^^士全氟癸基—三氯矽甲烷。 12·如申請專利範圍第1項之方法，其中該基板是選取自由聚 合物，半導體，介電質，矽組件，金屬以及該等材料的 結合物所構成的群組。 13·如申請專利範圍第12項之方法，其中該基板是矽晶圓。 14·如申請專利範圍第12項之方法，其中該基板在該基板上 具有一個或多個圖案結構。 15·如申請專利範圍第12項之方法，其中該基板是撓性聚合 物薄膜，比如聚乙醯胺薄膜或聚酯。 1 6·如申請專利範圍第1項之方法，其中該步騾（c)是在加熱 壓機上，在所需壓力與溫度下進行。 1 7·如申请專利範圍第16項之方法，其中該壓力是小於 5MPa 〇 1 8·如申請專利範圍第16項之方法，其中該壓力是從約1 MPa 至約5MPa。 19·如申請專利範圍第1項之方法，其中該溫度是從低於該聚 85347-931026.doc 1230975 合物之破璃轉移溫度（Tg)上的約30 °C至Tg以上的約90 °C。 20·如申請專利範圍第19項之方法，其中該塗佈的聚合物塗 佈層在本質上是非平面，而且該溫度在本質上是高於該 聚合物的破璃轉移溫度（Tg)。 21·如申請專利範圍第20項之方法，其中該溫度是比該聚合 物之玻璃轉移溫度（Tg)還高的約90°C。 22·如申請專利範圍第19項之方法，其中該塗体的聚合物塗 佈層在本質上是非平面，而且該溫度在本質上是等於或 低於該聚合物的玻璃轉移溫度（Tg)。 23 ·如申請專利範圍第19項之方法，其中該塗佈的聚合物塗 佈層在本質上是平面，而且該溫度在本質上是等於或低 於該聚合物的玻璃轉移溫度（Tg)。 24. 如申請專利範圍第丨9項之方法，其中該溫度是約該聚合 物的玻璃轉移溫度（Tg)。 25. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該溫度是低於該聚 合物玻璃轉移溫度（Tg)的3〇°C。 、 26. 如申印專利範圍第丨項之方法，其中該塗佈的聚合物塗佈 層在本質上是非平面，而且該溫度是低於該聚合物的玻 璃轉移溫度（Tg)。 27. 如申請專利範圍第26項之方法，其中該非平面基板在其 上包括格狀圖案。 28. 如申請專利範圍第27項之方法，其中該模具的所需圖案 或離隙是格狀圖案。 85347-931026.doc 1230975 29·如申請專利範圍第28項之方法，其中該格狀圖案在基板 上具有約700 nm的週期以及約1·5 μηι的深度，而且在該 模具上的格狀圖案具有約700 nm的週期以及约350 nm的 深度。 3 0.如申請專利範圍第29項之方法，其中該聚合物塗佈層是 在約90°C的溫度以及約5 MPa的壓力下，從模具上轉移到 基板上。 31·如申請專利範圍第28項至第3〇項中任一項之方法，其中 該聚合物塗佈層被轉移到該基板上，使得該基板的格狀 圖案橫過該聚合物塗佈層的格狀圖案。 32·如申請專利範圍第28項至第30項中任一項之方法，其中 該聚合物塗佈層被轉移到該基板上，使得該基板的格狀 圖案與該聚合物塗佈層的格狀圖案相互對齊。 33·如申凊專利範圍第31項之方法，其中該步驟b)與c)都被 重複一次至多次，以便形成晶格結構。 34· —種包含有藉依據申請專利範圍第1至第33項中任一項 之万法所產生之印刻微米/奈米結構的基板。 35. —種包含有藉申請專利範圍第2〇項之方法所產生之印刻 铽米7奈米結構的基板，其中該印刻結構是該模具的負向 複製物。 八 ^ 36. —種包含有藉申請專利範圍第“項之方法所產生之印刻 铽米/ τ'米結構的基板，其中該印刻結構是該模且的正向 複製物。 ^ 37· -種包含有藉中請專利範圍第加之方法所產生之印刻 85347-931026.doc 1230975 微米/奈米結構的基板，其中該印刻結構是該模具的正向 複製物。 38.使用依據申請專利範圍第1至第33項中任一項之方法，形 成在表面上的微米/奈米結構。 85347-931026.doc