[发明专利]纳米光刻术和微光刻术用物质组合物

说明书

相关申请

本申请要求了于2004年6月1日提出的美国临时专利申请序列 号60/575,953的优先权。

技术领域

本发明一般涉及物质组合物。更具体而言，本发明涉及这样的物 质组合物，其被用于使用常规的接触式曝光工具(contact exposure tool) 或其他简单设备，在纳米光刻术和微光刻术中制造纳米结构和微结构。

技术背景

纳米图案成形技术(Nanopatterning)是用于制造纳米结构的纳米技 术研究的基本部分。对于这些具有重要的实际价值的纳米结构和纳米 图案成形技术而言，低成本和高通量纳米图案成形技术是不可缺少的。 在许多目的在于降低成本和增加通量的新出现的技术中，纳米压印光 刻技术(nanoimprint lithography)(NIL)被认为是有前途的技术。NIL具 有形成10nm以下结构图案的能力，而仅仅需要简单的设备装置和容 易的操作。因此，NIL已经被应用在众多电子和光学器件的制造中， 以及也被应用于晶片规模处理中。

然而，存在着这样的障碍，其阻止NIL成为下一代纳米结构光刻 术所需求的全能解决方案。在压印过程中，常规NIL需要高温和高压， 而这样的条件特别不适合微电子学制造。步进快闪式压印光刻技术 (Step-and-Flash Imprint Lithography)(S-FIL)是基于机械压印的另一种 技术，但使用紫外可固化液体物质作为液体抗蚀剂(liquid resist)。对 于S-FIL，液体抗蚀剂以小滴形式被分配到基板上，然后使模板与基板 接触并且压按该基板以展开液体抗蚀剂，从而形成液体抗蚀剂的膜。 然后通过暴露于紫外光固化该膜。S-FIL可以在室温下进行，因此，不 像常规NIL那样需要高温。然而，S-FIL仍旧不是理想的，因为抗蚀剂 和所形成的剩余层的厚度和均匀性难于控制，原因在于该液体抗蚀剂 的膜是通过在压力下展开而形成的。在压力下的展开可能是不一致的。 另外，在S-FIL中所使用的紫外可固化液体物质一般基于涉及丙烯酸 功能性单体和低聚物的自由基聚合的机理。该机理一般在固化之后表 现出大面积收缩，并且在氧清除自由基种类时也易于对氧敏感，因此 抑制了在抗蚀剂表面的聚合，这使得S-FIL在所形成的纳米结构中易 产生缺陷。最后，为了达到用于低压压印的低粘度，通常需要反应性 单体，并且现有技术的常规物质组合物一般依赖于具有低分子量(例如 <300道尔顿)的反应性单体，因此，其是挥发性的，并且放出令人不 愉快的气味。

因此，对这样的物质组合物存在需要，其对常规NIL和S-FIL技 术中通常依赖的常规物质组合物做出改进，并且在低温和低压下使用 常规工具和设备，其可以被用在纳米光刻术和微光刻术中。

发明概述和优势

根据本发明的物质组合物包括第一组分、交联剂和阳离子光敏引 发剂。所述第一组分含有单体部分和至少一个阳离子可聚合官能团 (cationically polymerizable functional group)。所述交联剂与所述第一 组分反应，并且含有至少三个阳离子可聚合官能团。

由于具有低粘度，在低温(例如室温)和低压下，使用常规工具和设 备，该物质组合物可以被用在纳米光刻术和微光刻术中。该物质组合 物也适合更新的、独特的组合纳米压印和光刻法技术(combined nanoimprint-and-photolithography techniques)。此外，本发明的物质组合 物特别适合被旋转涂布(spin-coated)到多种基板上，在该基板上厚度和 均匀性可以被精确控制。使用该物质组合物，也可以实现高通量。

附图简述

本发明的其他优势将被容易地意识到，如同当结合考虑附图，通 过参考下面详细的说明更好地被理解一样，其中：

图1是扫描电子显微镜(SEM)显微图，图解了用本发明的物质组 合物获得的1μm直径凸起点状图案；

图2是SEM显微图，图解了用本发明的物质组合物获得的20μm 直径凹陷圆形图案；

图3是SEM显微图，图解了用本发明的物质组合物获得的100nm 以下(大约50nm)缝隙或沟槽图案；

图4是SEM显微图，图解了用本发明的物质组合物获得的大约 20nm缝隙或沟槽图案；