[发明专利]大面积纳米图案的金属冲压复制方法与工艺

说明书

发明领域

本发明涉及使用由微米-和纳米-结构组成的中间体聚合物印模(stamp)(IPS)，通过压印平版印刷技术辅助的金属冲压复制方法。

现有技术背景

Kondo在NTT的压印平版印刷术发明，一种低成本和高生产量的制造方法(Kondo,M.,Patent no.JP 22389,1979)在许多应用中被广泛地采用，例如光子学，磁数据存取，显示，纳米-微米-电动机械系统(NEMSs,MEMSs)，纳米-微米-电子学，生物技术和化学合成。然而，发明技术的关键问题之一是，高分辨率、大面积，低成本地制造具有纳米图案的压印印模，且它能同时在大面积上远程有序地低成本地构图任意的纳米结构(J.J.Wang,et al.J.lightwave technol.,vol.23,pp.474-485,2005;B.Heidari,et al,J.Vac.Sci.Technol.,B 17(6),pp 2961-2964,Nov/Dec 1999)。然而，在纳米压印平版印刷术中，印模复制(NIL)仍然是关键的问题。已知具有纳米级图案的常规硅印模制造基于高成本的e-束平版印刷术。然后接着或者干蚀或者金属除去(lift-off)。然而，硅印模太脆，以致于无法用于大规模生产的压缩或注射模板，因此不适合于在工业应用领域中高体积生产。例如，Hirai等人发现，Si-印模在压印工艺中几乎不可能使用超过20次，其中高压冲击反复施加到母模上(Y.Hirai,et al.,Jpn.J.Appl.Phys.,vol.41,pp.4186-4189,2002)。另一方面，镍的印模不仅提供高机械强度和耐久性，而且能借助电铸工艺，成本有效地制造(J.K.Luo,et al.,Mater.Lett.,vol.58,pp.2306-2309,2004;T.Haatainen,et al.,Microelectron.Eng.,vol.83,pp.948-950,2006;S.H.Hong,et al.,Microelectron.Eng.,vol.84,pp.977-979,2007)。然而，合适的电铸方法应当对电铸镍印模具有传导性以及抗粘合，以便加速从一个起始的模具多次复制镍印模。尽管为了加速分离，使用硅印模(J.Kouba,et al.,J.Phys.Conference Series,Vol.34,p.897(2006))或石英印模(Y.Hirai,et al.,Jpn.J.Appl.Phys.Vol.41,p.4186(2002))作为电铸模板，进行了一些尝试，但必须使用浓碱溶剂，溶解模板。在这一情况下，起始的模具被破坏且仅仅能提供一个镍印模。另一公知的方法是使用结构化且显现的(developed)电子束抗蚀剂，它直接充当镍电铸用的电镀(galvanic)形式。

发明概述

发明人现已发现，基于一个电子束平版印刷术(EBL)-抗蚀剂母模，复制最大量的镍印模是降低纳米压印平版印刷术(NIL)的制造成本的关键问题，因此进一步有助于在工业中采用NIL技术。当今，借助熟悉的工艺，电铸(electroforming)加速更多的Ni-印模复制品，它们具有与起始的EBL-母模相同的结构。这意味着一个EBL-母模借助电铸，仅仅提供一个具有相反特征的“父系(father)”Ni-印模。另一方面，通过基于“父系”印模，进行额外的电铸，获得与EBL-母模相同结构的“母系(mother)”印模。顺便提及一下，我们发现，通过这一方式，可生产仅仅10个母系印模，这是因为在分离持续时间过程中，在父系和母系印模之间越来越严重的脱模损坏导致的，特别是当采用大面积和高长径比构图致密地隔开的小特征时。根据本发明，我们引入借助结合的NIL和电铸工艺，由起始的母模复制大量镍印模的新型方法。若要求与起始印模图案相同的图案，则进行一步NIL，在其他情况下，在电铸之后，两步NIL方法在镍印模上提供相反的纳米结构，这可能远景地考虑了下述事实：与起始模具相反的图案不容易获得。

通过由至少一个中间印模获得具有与母模相同结构的金属印模，提供本发明的一个方面，它包括下述步骤：在第一载体基底之上提供第一压印层，使用母模，在第一压印层内压印结构，获得第一中间印模，在结构化的第一中间印模之上提供传导层，获得种子层，在种子层之上电镀金属，获得金属印模，和从金属印模中分离第一中间印模。