[发明专利]用于软光刻的硅酮橡胶材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅酮橡胶类材料和一种在软光刻中使用的包括这种材料的印模层。本发明还涉及用于制造硅酮橡胶类材料的方法以及其在光刻工艺和设备中的使用。

背景技术

近年来，用于设计电学、光学和光子学应用中的微米尺寸的结构的技术得到了发展。这样的技术可以基于模制和接触印刷，它们共同被称为软光刻。

软光刻典型地利用图案化设备，比如包括具有轮廓分明的凹凸图案的传递表面的印模。在印模传递表面与衬底之间在共形接触时形成结构和特征。

为了使用软光刻技术图案化大区域，至关重要的是当操控印模时不发生图案变形。而且，至关重要的是印模适形到衬底的“不平坦”或粗糙。印模材料的特性因而特别重要并且可能是至关重要的。

通常使用的印模材料包括基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的材料，例如Dow Cornings Sylgard 184。尽管这样的材料能够建立与衬底材料的可再现的共形接触，但是它们遭遇与在提供纳米范围中(例如亚100nm范围中)的非常小图案特征时与压力引起的变形相关的问题。而且，常规PDMS材料由于表面张力原因而容易出现锐角转角的倒圆，特别是当小于100nm的特征被模制时。

增加印模材料的稳定性的一种方法是增加杨氏模量；即材料的弹性模量。然而，杨氏模量的增加可以导致材料变得太坚硬，从而导致不良地容纳(accommodate)在粗糙和不平坦的表面上。因此，软光刻在分辨率上受所使用印模材料限制，并且对于大面积压印，该材料需要具有足够高的杨氏模量以产生具有非常小尺寸的稳定特征，但是同时该材料必须尽可能软以在粗糙和不平坦衬底上容纳共形接触。

WO2007/121006公开了可以用于形成低热畸变模具的成分和方法。所述成分包括使用去挥发的聚合物和至少一种去挥发的交联剂形成的可固化弹性硅酮成分。在一个实施例中，硅酮成分包括硅酮树脂和有机硅化合物(其具有平均每个分子至少两个与硅键合的氢原子以及催化量的硅氢化催化剂)。

为了光刻目的在传递层中使用硅酮树脂的缺点在于，树脂类似玻璃，玻璃化转变温度的范围为从室温到300-400℃。这种树脂材料的杨氏模量非常高(高于100-200MPa)，这可能阻止共形接触，因为印模不能跟进(follow)衬底的微米且甚至纳米尺寸的粗糙。压印层形成坚硬的材料，并且移除印模需要大的力。这导致印模中的特征和压印特征上的力变得非常高，其可以导致印模和/或压印特征的损坏。

因此，本领域中需要提供一种在大面积压印光刻中使用的材料，所述材料能够提供具有高保真度和良好机械鲁棒性的纳米级结构的图案，同时保持在粗糙和不平坦衬底表面上的良好共形接触。

发明内容

本发明的目的是至少部分地克服上述问题并且满足本领域的需要。

特别地，本发明的目的是提供一种适合在光刻工艺中使用的材料，所述材料具有高的杨氏模量，使得能够压印纳米范围内的特征，但是同时允许在粗糙和不平坦衬底上容纳共形接触。

因此，在第一方面，本发明涉及一种硅酮橡胶类材料，其包括被至少一种线性聚硅氧烷交联的至少一种T型支链和/或Q型支链聚硅氧烷前驱体，其中所述材料具有在从7MPa到80MPa的范围内的杨氏模量。

根据本发明的材料是柔性的并且容易适形到多种衬底。而且，它对由于在制造期间的聚合和固化所引起的变形不太敏感。因此，它适合用于印模结构或图案化设备以生成光刻图案。

该硅酮橡胶类材料具有在从7MPa到80MPa的范围内的杨氏模量。这致使该材料可变形并且使得凹凸图案的畸变最小化，该畸变可以在印模表面与衬底表面之间的共形接触形成时发生。

因此，可以在衬底表面上获得尺寸在纳米范围内，甚至低于10nm的稳定和可再现的特征，不管该表面是平坦还是粗糙的。

在第二方面，本发明涉及一种具有包括根据本发明的硅酮橡胶类材料的印模层的印刷设备。该印刷设备可以在例如光刻工艺中使用。

该印刷设备可以与包括特征的图案的印模层一样简单。

可替代地，该印刷设备可以是这样的设备，其具有用于相对于需要被提供特征的图案的印刷的衬底操作该印模层的装置。这种设备构成了可以用于软光刻应用的图案化设备。它允许该光刻设备以受控方式被应用，促进在大面积的衬底表面上共形接触的形成并增强在衬底表面上产生的图案的保真度。因此，改进了图案化工艺的整体效率和能耗。

根本发明的印刷设备允许在衬底表面上获得小的特征，而不损坏或改变这样形成的特征。

在另一方面，本发明提供一种用于制造杨氏模量在从7MPa到80MPa的范围内的硅酮橡胶类材料的方法，所述方法包括：