纳米图形化方法和设备的制作方法

专利名称：纳米图形化方法和设备的制作方法
纳米图形化方法和设备领域本发明的实施方式涉及纳米图形化(nanopatterning)方法,其可以用于使大衬底或比如可以作为卷状商品出售的薄膜的衬底形成图形。本发明的其它实施方式涉及设备，其可以用于使衬底形成图形，并且可以用于实行方法实施方式，包括所述类型。背景这部分描述涉及本发明公开的实施方式的背景主題。并非意味着——明示或暗示——这部分讨论的背景技术在法律上构成现有技木。纳米结构化对于许多当前的应用和产业以及发展中的新技术都是必要的。例如且 不作为限制，对于当前在比如太阳能电池和LED的领域以及在新一代数据存储装置中的应用，可以获得效率的提闻。可以用例如电子束直接写入(e-beam direct writing)、深UV光刻术(Deep UVlithography)、纳米球刻蚀术(nanosphere lithography)、纳米压印光刻术(nanoimprintlithography)、近场相位移光刻术(near-filed phase shift lithography)以及等离子体光刻术(plasmonic lithography)制造纳米结构化的衬底。纳米压印光刻术(NIL)通过压印抗蚀剂(imprint resist)的机械变形,并随后进行后续处理，形成图形。压印抗蚀剂通常是在压印期间通过热量或UV光固化的単体配制物或聚合配制物。存在NIL的许多变型。然而，两种方法似乎最重要。这些是热塑性纳米压印光刻术(TNIL)和步进闪烁纳米压印光刻术(Step and Flash NanoImprint Lithography)(SFIL)。TNIL是最早并且最成熟的纳米压印光刻木。在标准的TNIL方法中，压印抗蚀剂(热塑性聚合物)的薄层被旋转涂布在样品衬底上。之后将具有预定拓扑图形的模具与样品接触，并在给定的压力下挤压样品。当加热超过热塑性聚合物的玻璃化转变温度时，模具上的图形被压入热塑性聚合物膜熔体。在样品与压印的模具冷却后，将模具从样品分离，压印抗蚀剂留在样品衬底表面上。图形不穿透压印抗蚀剂；在样品衬底表面上仍有剩余厚度的未变化的热塑性聚合物膜。图形转移方法，比如反应性离子蚀刻，可以用于将抗蚀剂中的图形转移到下面的衬底。未变化的热塑性聚合物膜的剰余厚度的变化提出了与用于将图形转移到衬底的蚀刻方法的均匀性和优化有关的问题。芬兰的一个技术研究中心VTT的Tapio Makela等人公布了关于专用于高生产量制造亚微结构的定制的实验室规模卷到卷(roll to roll)压印工具的信息。Hitachi及其他人开发了片或卷到卷的原型NIL机器，并显示了加工15米长的片的能力。目标是用带式模塑(镀镍的模具)实现连续的压印过程以压印聚苯こ烯片，用于大几何形状应用，比如用于燃料电池、电池组和可能地显示器的膜。Princeton University (普林斯顿大学)的Hua Tan等人公布了滚筒纳米压印光刻术的2个实施方式将圆筒模具在平坦的固体衬底上滚压，以及将平坦的模具直接放在衬底上并将光滑滚筒在该模具上滚压。两种方法都基于TNIL途径，其中设定滚筒温度高于抗蚀剂(PMMA)的玻璃化转变温度Tg，而设定平台的温度低于Tg。当前原型工具不提供期望的生产量。另外，对于压印的表面需要提高可靠性和重复性。在SFIL方法中，对样品衬底施加UV可固化的液体抗蚀剂，并且模具是由透明衬底比如熔凝硅石制成的。在模具和样品衬底被挤压在一起之后，用UV光将抗蚀剂固化，成为固体。在将模具从固化的抗蚀剂材料分离之后，与在TNIL使用的相似方式可以用于将图形转移到下面的样品衬底。Korea Institute of Machinery (韩国机械研究院)的Dae-GeunChoi建议使用氟化有机-无机杂化模具作为纳米压印光刻术的压模，其不需要将其从衬底材料脱模的抗粘滞层(anti-stiction layer)。因为纳米压印光刻术基于抗蚀剂的机械变形，因此SFIL和TNIL方法在静态的、分步重复的(step-and-repeat)或卷到卷的实施方式中都有许多挑战。这些挑战包括模板寿命、生产率、压印层公差、以及在将图形转移到下面的衬底期间的关键尺寸控制。在压印过程后仍保留的残留的非压印层在主要的图形转移蚀刻之前需要另外的蚀刻步骤。由于负图形的不完全填充以及通常与聚合材料有关发生的收缩现象，可能产生缺陷。模具和衬底之 间热膨胀系数的差别造成横向应变，该应变集中在图形的角部。应变引起缺陷，并在脱模步骤中在图形模具的基底部分造成断裂缺陷。软光刻术(soft lithography)是微米和纳米制造的纳米压印光刻方法的替代方案。这种技术涉及自组装单分子层的复制模塑。在软光刻术中，在其表面上具有图形化凸起结构的弾性体压模用于产生具有30nm至IOOnm特征尺寸的图形和结构。最有前途的软光刻技术是具有自组装单分子层(SAMS)的微接触印刷(μ CP)。μ CP的基本过程包括1.将聚ニ甲基硅氧烷(PDMS)模具浸入特定材料的溶液，其中该特定材料能够形成自组装单分子层(SAM)。这种特定材料可以被称为油墨。特定材料粘在PDMS主表面上的突出图形上。2.将具有面向下的材料涂覆表面的PDMS模具与金属涂覆的衬底比如金或银的表面接触，以便只有在PDMS模具表面上的图形接触金属涂覆的衬底。3.特定材料与金属形成化学键，以便在去除PDMS模具后只在突出的图形表面上的特定材料仍保持在金属涂覆的表面上。特定材料在金属涂覆的衬底上形成SAM，其在金属涂覆的表面上方延伸大约I至2纳米(如同在一张纸上的油墨)。4.将PDMS模具从衬底的金属涂覆表面去除，留下图形化的SAM在金属涂覆的表面上。光学光刻术(optical lithography)不像纳米压印光刻术那样使用抗蚀剂材料的机械变形或相变，也不像软光刻术那样具有材料操作问题，因此提供更好的特征复制准确性和更加可制造的加工。虽然常规的光学光刻术由于衍射效应在分辨率方面受限，但ー些基于近场倏逝作用的新光学光刻技术已经在印刷IOOnm以下结构方面显示了优势，尽管只是在小面积上。近场相位移光刻术NFPSL涉及将光敏抗蚀剂层暴露于穿过弾性体相位掩模的紫外(UV)光，同时掩模与光敏抗蚀剂共形接触。使弾性体相位掩模与光敏抗蚀剂的薄层接触造成光敏抗蚀剂将掩模接触表面的表面“润湿(wet) ”。将UV光穿过掩模同时掩模与光敏抗蚀剂接触使光敏抗蚀剂暴露于在掩模表面形成的光强分布。在掩模具有一定深度凸起的情况下——凸起被设计来将透射光的相位调节η，在凸起的台阶边缘出现强度的局部为零。当使用正性光敏抗蚀剂时，通过这种掩模曝光，随后显影，产生一条宽度等于强度为零的特征宽度的光敏抗蚀剂线。对于结合常规光敏抗蚀剂的365nm(近UV)光，强度为零的宽度大约是100nm。PDMS掩模可以用于与光敏抗蚀剂的平坦固体层形成共形的原子尺度接触。这种接触是在接触时自发地形成的，没有外加压力。一般性的粘合力引导这ー过程，并且提供简单方便的使掩模的角度和位置在垂直于光敏抗蚀剂表面的方向对齐以形成完美接触的方法。相对于光敏抗蚀剂没有物理缝隙。PDMS对于波长大于300nm的UV光是透明的。将来自汞灯的光(其中主要谱线在355-365nm)通过PDMS同时PDMS与光敏抗蚀剂的层共形接触，使光敏抗蚀剂暴露于在掩模形成的強度分布。Yasuhisa Inao在2006年第32届微米和纳米加工国际会议(InternationalConference on Micro and Nano Engineering；上白勺衍:题为“Near-Field Lithography asa prototype nano-fabrication tool ”的报告中描述了由Canon, Inc开发的分步重复近场纳米光刻木。使用了近场光刻术(NFL)，其中掩模和图形将要转移至其上的光敏抗蚀剂之间的距离尽可能靠近。掩模和晶片衬底之间的初始距离设定为大约50 μ m。该图形化技术被描述为“三层抗蚀剂方法(tri-layer resist process) ”,其使用非常薄的光敏抗蚀剂。图形转移掩模连接在压カ容器底部并增压以实现掩模和晶片表面之间“完美的物理接触”。掩摸“被变形以适合于晶片”。掩模和晶片之间初始50 μ m距离据称允许掩模移动至另ー个曝光位置，并且面积图形化超过5mmX 5mm。制造的图形化系统使用来自萊灯的i_线(365nm)辐射作为光源。通过这种分步重复方法实现了 4英寸硅晶片的成功图形化，结构小于50nm。
在JVST B 21 (2002)的 78-81 页，标题为 “Large-area patterning of 50nmstructures on flexible substrates using near-field 193 nm radiation，，的文早中，Kunz等人使用刚性熔凝硅石掩模和深UV波长曝光将近场相位移掩模光刻术应用于柔性片(聚酰亚胺膜)的纳米图形化。在随后JVST B 24(2) (2006)的828-835页，标题为“Experimental and computational studies of phase shift lithography with binaryelastomeric masks”的文章中,Maria等人提出相位移光刻技术的实验和计算研究,其使用与光敏抗蚀剂层共形接触的ニ元弾性体相位掩模。这项工作针对在Si02/Si上单晶硅的各向异性蚀刻结构，结合了通过将预聚物铸塑和固化为弾性体聚(ニ甲基硅氧烷)形成的优化掩模。作者报告了使用PDMS相位掩模在掩模上凸起的全部几何结构中形成抗蚀特征的能力。Rogers等人的2004年6月22日授权的、名称为“TransparentElastomeric, Contact-Moae Photolitnography Mask, Sensor, and WavefrontEngineering Element”的美国专利号6，753，131描述了接触式光刻相位掩模，其包括具有多个凹痕和突起的衍射平面。将该突起接触正性光敏抗蚀剂的表面，并且将该表面暴露于穿过相位掩模的电磁辐射。由于通过与突起相対的凹痕的辐射引起的相位移基本上是彻底的。因此在凹痕和突起之间的边界产生电磁辐射强度的最小值。弾性体掩模很好地与光敏抗蚀剂的表面共形，并且在光敏抗蚀剂显影之后，可以获得小于IOOnm的特征。(摘要)在一个实施方式中，反射板可以在衬底外部使用并接触掩模，因此辐射将被反弹到变化相位的期望位置。在另ー个实施方式中，衬底可以以引起相位移掩模变形的方式成形，影响在曝光期间相位移掩模的性能。近场表面等离子体光刻术(NFSPL)利用近场激发诱导光化学或光物理变化以产生纳米结构。主要的近场技术基于以表面等离子体共振频率照射时金属纳米结构周围的局部场增強。等离子体印刷包含使用通过金属纳米结构的等离子体引导的倏逝波以在金属结构下面的层中产生光化学和光物理变化。具体而言，靠近g_线光敏抗蚀剂(从AZ-Electronic Materials, MicroChemicals GmbH, Ulm, Germany 可得的 AZ-1813)薄膜的银纳米粒子的可见曝光(λ = 410nm)可以选择性地产生直径小于λ/20的曝光面积。ff. Srituravanich 等人在 Nanoletters V4, Ν6 (2004)的 1085-1088 页、标题为 “PlasmonicNano lithography”的文章中描述了使用近UV光(λ =230nm-350nm)在金属衬底上激发SP,以增强以比激发光波长有效地更短的波长传送通过子波长周期性孔。设计用于UV范围内的光刻术的等离子体掩模是由ニ维周期性孔阵列穿孔的铝层和周围每面一层的两个介电层组成的。选择铝是由于其可以激发UV范围内的SP。使用石英作为掩模支撑衬底，聚(甲基丙烯酸甲酷)分隔层用作铝箔的粘合剂并且作为铝和石英之间的电介质。由于其对于曝光波长的UV光(在365nm的i-线)的透明性及相当的介电常数(石英和PMMA分别为2. 18和2. 30)，所以聚(甲基丙烯酸甲酷)与石英结合使用。用365nm波长的曝光辐射，成功地产生了以170nm周期的IOOnm以下点阵图形。显然图形化的总面积大约为5μηιΧ5μηι,该文没有讨论扩大性问题。Joseph Martin在US5，928，815中已建议了用于近场光刻术的临近遮蔽装置，其中用于光内部反射的金属膜覆盖的圆筒模具(block)用于将光引导至圆筒的ー个末端(圆筒的底部)，该末端包含用于近场曝光的表面凸起图形。这个模具被保持距样品上的光敏 移，用于使光敏抗蚀剂区域形成图形。关于使用滚筒用于光学光刻术的唯一发表的构思可以在1984年11月13日公布的、名称为“ Large Area Exposure Apparatus”的日本未审查专利公布号59200419A中找至IJ。Toshio Aoki等人描述了使用透明圆筒鼓，其可以旋转和平动，具有内部光源及附着在圆筒鼓外面的图形化光掩模材料的膜。在鼓内部存在透明热反射材料的膜。在其表面上具有铝膜和覆盖在铝膜上的光敏抗蚀剂的衬底与鼓表面上图形化光掩模接触，且成像用光穿过光掩模以使铝膜表面上的光敏抗蚀剂成像。随后显影光敏抗蚀剂以提供图形化光敏抗蚀齐U。图形化光敏抗蚀剂随后用作存在于衬底上的铝膜的蚀刻掩摸。没有关于用作光掩模膜或铝膜表面上的光敏抗蚀剂的材料类型的描述。高压汞灯光源(500W)用于使覆盖在铝膜上的光敏抗蚀剂成像。用圆筒鼓图形转移设备产生大约210mm(8. 3in.) X 150mm(5. 9in.)并且厚大约O. 2mm(O. 008in.)的玻璃衬底。用该技术转移的图形的特征尺寸大约为500 μ m2，其显然是尺寸大约为22. 2μπιΧ22. 2μπι的正方形。该特征尺寸基于1984年提交专利申请时LCD显示器的近似像素尺寸。在圆筒鼓外面的光掩模膜据说经历大约140，000次图形转移。Toshio Aoki等人所用的接触式光刻方案不能够产生亚微米特征。使用SAM材料印刷的纳米压印方法(热固化或UV固化)或软光刻术都似乎不是高度可制造的方法。一般而言，由于热处理(例如，热NIL)或图形特征在聚合物固化时的收缩(UV-固化的聚合物特征)，压印方法产生衬底材料的变形。此外，由于在压模和衬底之间施加压カ(硬接触(hard contact))，所以基本不能避免缺陷，且压模的寿命非常有限。软光刻术的确具有优势，因为它是无热和压カ的印刷技木。然而，由于分子在表面上漂移，对于IOOnm以下的图形使用SAM作为“油墨”是很有问题的，并且大面积上的应用还没有在实验上证实。更早的作者基于在专利申请W02009094009和US20090297989中描述的近场光学光刻术，提出了刚性和柔性衬底材料的大面积纳米图形化方法，其中可旋转的圆筒或锥形掩模用于使辐射敏感材料成像。该纳米图形化技术使用近场光刻术，其中用于使衬底形成图形的掩模与衬底接触。近场光刻可以使用弾性体相位移掩模，或可使用表面等离子体技术，其中旋转的圆筒表面包括金属纳米孔或纳米粒子。概述本发明的实施方式涉及可用于大面积衬底、刚性平坦或弯曲物体、或柔性膜的纳米图形化的方法和设备。该纳米图形化技术使用近场UV光刻术，其中用于使衬底形成图形的掩模与衬底接触。近场光刻术可以包括相位移掩模或表面等离子体技木。近场掩模是由依照期望图形纳米结构化的柔性膜制造的。在相位移方法中，可以使用纳米结构化的弾性体膜，例如聚ニ甲基硅氧烷(PDMS)膜。可以用激光处理、选择性蚀刻或其它可用的技术进行纳米结构化，或者可以通过从用已知纳米制造方法(比如，电子束写入(e-beamwriting)、全息光刻术(holographic lithography)、直接激光写入或纳米压印分步重复或卷到卷光刻木)制造的纳米结构化“母体(master)”复制(模塑、铸塑)进行纳米结构化。 这种膜可以由另ー个透明柔性膜(载体)支撑。在等离子体方法中，可以使用采用上述方法中的一种产生的，或通过沉积金属纳米粒子，例如从胶体溶液中沉积的带有具有纳米孔结构的金属层的膜。为了给近场光刻术提供均匀的接触面积，我们依靠衬底上弾性体膜和光敏抗蚀剂层之间粘滞作用的范德华力。可选地，透明圆筒用于提供纳米结构化膜和衬底之间可控的接触。这种圆筒可以具有柔性壁，并可以通过气体加压以提供纳米结构化膜和衬底之间可控的压力。附图简述为了使获得本发明示例性实施方式的方式清楚且可详细地理解，參看上面提供的具体描述，并且參看示例性实施方式的详述，申请人提供了说明性附图。应当理解仅在需要时提供附图以理解本发明示例性实施方式，并且为了不便本公开的主题的发明性模糊，本文没有图解说明某些熟知的方法和设备。图IA显示具有相位移掩模性质的柔性纳米结构化膜I的实施方式的截面图。表面凸起纳米结构3是在膜2的ー个表面上制造的。图IB显示具有等离子体掩模性质的柔性纳米结构化膜I的实施方式的截面图。在膜中形成了纳米孔阵列或者在其表面上沉积纳米粒子阵列。图2显示建议的开始所述方法之前的纳米图形化系统。纳米结构化膜I环绕支撑鼓4和5。衬底6具有沉积在其表面上的光敏抗蚀剂层7。图3显示另一个实施方式，其中纳米结构化膜I可以从ー个卷4卷到另ー个卷5。图4显示所述方法的起始点，此时用活动臂8使膜I与光敏抗蚀剂7接触。图5显示图形化过程，此时将臂8从膜-衬底接触移开，衬底6在ー个方向平移，且UV光源7照射膜和衬底之间的接触区域。图6显示另一个实施方式，其中纳米图形化膜与衬底以相当宽阔的表面积接触。图7显示实施方式，其中透明圆筒11用于使纳米结构化膜I与衬底6上的光敏抗蚀剂7接触。图8显示实施方式，其中衬底是柔性膜12，其可以从ー个卷14转移到另ー个卷13。图9显示实施方式，其中衬底从两面进行纳米图形化。
示例性实施方式详述作为详述的前言，应当注意，除非上下文另外清楚地规定，如在本说明书和所附权利要求中所用的，単数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the) ”包括复数个提及的内容。当在文中使用词语“大约(about) ”时，其意欲指提出的标称值精确在±10%内。本发明的实施方式涉及可用于大面积衬底的纳米图形化的方法和设备，其中柔性纳米结构化膜用于使辐射敏感材料成像。该纳米图形化技术使用近场光刻术，其中用于使衬底上的辐射敏感层成像的辐射波长为650nm或更小，并且其中用于使衬底形成图形的掩模与衬底接触。该近场光刻法可以利用相位移掩模，或可使用表面等离子体技术，其中在可移动的柔性膜表面上的金属层包括纳米孔，或金属纳米粒子分散在这种柔性膜表面上。下面提供的详述仅是本领域技术人员在阅读本文公开内容后认识到的可能性的例子。
一个实施方式建议了相位移掩模方法，并且通过柔性纳米结构化膜实施。在这种柔性纳米结构化膜和衬底之间提供均匀和持久接触的问题通过由能够与光敏抗蚀剂层形成强但暂时的结合的材料制造这种膜来解決。这种材料的ー个实例是弾性体，例如聚ニ甲基硅氧烷(PDMS)。PDMS膜可用干与光敏抗蚀剂的平坦固体层形成共形的原子水平接触。这种接触是在接触时自发地形成的，没有施加压力。这种膜的图示在图IA中显示，其中膜2具有透明表面凸起形式的纳米结构3。膜2可以由ー种材料(例如，PDMS)制成，或是由多于ー种材料组成的复合材料或多层，例如，纳米结构化PDMS可以层压或沉积在透明且柔性的支撑膜上。这种支撑膜可以由聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯ニ甲酸こニ酯(PET)、非晶态含氟聚合物例如CYTOP和其它材料制成。PDMS在透明柔性支撑膜上的沉积可以用可用技术中的ー种来实现，例如浸溃、喷淋或铸塑。可以用氧等离子体、UV臭氧、电晕放电或助粘剂比如硅烷处理支撑膜以促进弾性体膜和聚合物膜支撑之间更好的粘合。“粘性(sticky) ”材料的另ー个实施方式是交联的硅烷材料，其可以用于替代弹性体以与光敏抗蚀剂形成动态的接触。这种材料可以从具有充足水/水分的硅烷母体(通常用于沉积自组装单分子层，SAM)沉积。例如，如果以充足的水分沉积，DDMS(ニ氯ニ甲硅烷)产生很粘的表面。在这个实施方式中，载体层用已知纳米结构化技术中的ー种(优选地，卷到卷纳米压印光刻木)形成纳米结构，随后用硅烷材料涂布以提供“粘性(stickyness) ”。可以用下面的任何方法在弾性体膜或硅烷膜中形成用于相位移光刻术的表面凸起第一，可以用可用的纳米制造技术(深UV步进机(deep-uv stepper)、电子束、离子束、全息照相术、激光处理、凹凸印、纳米压印和其它)中的ー种得到纳米结构化“母体”。第二，可以在卷到卷或分步重复模式中采用例如铸塑或模塑，在弾性体膜表面上从这种母体获得期望的纳米结构的复制物。另ー个实施方式建议载体层用已知纳米结构化技术中的ー种(优选地，卷到卷纳米压印光刻木)形成纳米结构，并且随后用弾性体材料(比如PDMS)或硅烷材料(比如DDMS)涂布以提供“粘性”。这种掩模的纳米结构可以设计作为移相器，并且在这种情况下特征的高度应当与π成比例。例如，对于365nm曝光波长具有I. 43折射率的PDMS材料应当具有深大约400nm的特征以引起相位移效应。在这种情况下，光强的局部最小值将发生在掩模的台阶边缘。例如，可以在光敏抗蚀剂中获得20nm至150nm的线，与相位移掩模中表面凸起边缘的位置相对应。因此，这种光刻术具有图像减小性质，并且可以使用掩模上大得多的特征实现纳米结构。另ー个实施方式是在柔性掩模上使用纳米结构以作为1:1复制掩摸。如在之前的出版物中，例如Advanced Functional Materials, 2005，15，1435 中 Tae-Woo Lee等人证明，取决于光敏抗蚀剂曝光和显影的特定參数，在相同弾性体掩模上的表面凸起边缘上使用相位移可以实现从掩模到光敏抗蚀剂特征的1:1复制或特征尺寸减小。具体而言，相对于正常曝光量(exposure doze)和显影时间曝光不足或显影不充分将造成有效曝光量在掩模的非接触和接触区域之间的显著差别。这可用于形成从掩模到光敏抗蚀剂的正性和负性色调(positive or negative tone)(取决于光敏抗蚀剂类型)的1:1复制。另ー个实施方式建议了等离子体掩模方法。这种等离子体膜可以是图IB所示的柔性金属膜，其具有依照期望图形的纳米孔阵列。可选地，金属层沉积在柔性透明膜上。可以用可用的纳米图形化技术(深UV步进机、电子束、离子束、全息照相术、激光处理、凹凸印、纳米压印和其它)中的一种进行金属层图形化，而后是金属层蚀刻。 可选地，可以在透明膜上用上述方法制作纳米图形，并且随后金属材料可以沉积在纳米图形化抗蚀剂上，而后是金属层剥离(lift-off)。仍另ー个实施方式使用以可控方式分散在柔性透明膜表面上的金属纳米粒子以形成等离子体掩模。例如，金属纳米粒子在将其沉积到柔性透明支撑膜上之前可以在液相中与PDMS材料混合。可选地，金属纳米粒子可以沉积在弾性体层中制造的纳米模板上。纳米结构化膜可环绕支撑鼓4和5，并以可控张カ保持，如图2所示。可选地，纳米结构化膜可以从ー个卷4卷到另ー个卷5，如图3所示。所述方法首先用活动臂8使纳米结构化膜I与沉积在衬底6上的光敏抗蚀剂7接触，如图4所示。这种接触将利用范德华力并使膜暂时粘在光敏抗蚀剂上。然后，如图5所示，活动臂8从膜-衬底接触离开，打开光源9，其可以包括光学聚焦、准直或滤光系统，为膜-衬底接触的面积提供曝光，用恒定或变化的速度将衬底6在ー个方向平移。这种平移将使膜也在该平移方向移动，取决于在膜上制造的纳米结构，将衬底的不同部分曝光为相同或不同的图形。图6提供的另ー个实施方式显示了与光敏抗蚀剂大面积接触的纳米结构化膜。衬底ー开始在ー个方向平移，这个接触面积就开始移动。纳米结构化膜和衬底之间接触面积的宽度可以通过改变衬底6与鼓4和5之间的相对位置而改变，也可以通过改变纳米结构化膜材料的粘着性而改变。这种配置也允许增加纳米结构化膜暴露于光的面积，其有助于提高本方法的生产量，这是因为动态曝光量(dynamic exposuredosage)增加。当纳米结构化膜表面接触粘性不足(例如，在等离子体掩模方法的情况中)时活动臂不回缩，保持纳米结构化膜和衬底之间可控且均匀的压力。例如，活动臂可以以透明圆筒11的形式制造，如图7所示。这个圆筒通过提供纳米结构化膜和衬底之间可控且均匀接触的机械系统驱动。在这种情况中，照明源9可以位于该圆筒内。这种圆筒可以由透明柔性材料制成，并通过气体加压。在这种情况中，掩模和衬底之间的接触面积和压力可以通过气压控制。气体可以不断地流动通过柔性壁的圆筒，以便产生必要的可控压力，并且同时冷却置于该圆筒内的光源。
公开的纳米图形化方法可以用于使柔性膜12形成图形，如图8所示，其在曝光期间可以从ー个卷14转移到另ー个卷13。公开的纳米图形化方法可以用于使刚性或柔性材料的两面都形成图形，如图9所
/Jn ο公开的纳米图形化方法可以用于使不平的或弯曲的衬底形成图形，如

图10所示。 图IOa显示在活动臂上的圆筒如何紧随衬底的曲率，以及图IOb显示柔性壁气体增压的圆筒如何紧随衬底的曲率。在后一种情况中，不是在垂直方向移动臂，而可以调整圆筒内的压力以调节由曲率造成的衬底高度偏差。
权利要求
1.纳米图形化方法，包括 a)提供衬底,在所述衬底表面上具有辐射敏感层； b)提供可移动的纳米结构化膜； c)使所述纳米结构化膜沿接触表面与所述衬底上的所述辐射敏感层接触； d)通过所述接触分配辐射，同时相对于所述膜平移所述衬底。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述纳米结构化膜引起辐射敏感层的平面中光强的调节。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述纳米结构化膜具有表面凸起。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述纳米结构化膜是相位移掩模，其引起辐射在所述辐射敏感层中形成干涉图形。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述纳米结构化膜由可共形的弹性体材料制成。
6.根据权利要求2所述的方法，其中所述纳米结构化膜由多于一层的透明柔性材料制成。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述外层由弹性体材料制成。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述外层由硅烷材料制成。
9.根据权利要求3所述的方法，其中所述表面凸起是通过从纳米结构化的母体衬底进行模塑或铸塑制造的。
10.根据权利要求2所述的方法，其中所述可共形的纳米结构化膜是等离子体掩模。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述等离子体掩模由具有纳米孔阵列的金属膜制成。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述等离子体掩模由沉积或层压在透明柔性膜上的纳米图形化金属层制成。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述等离子体掩模由沉积在透明柔性膜上的金属纳米粒子阵列制成。
14.根据权利要求I所述的方法，其中纳米结构化膜和辐射敏感层之间的所述接触是用活动臂进行的。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述活动臂在光敏层曝光期间离开所述接触。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述活动臂是圆筒，且这种圆筒在与所述纳米结构化膜接触的同时旋转。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述圆筒具有柔性壁，并通过气体加压。
18.根据权利要求16所述的方法，其中光源置于这种圆筒内。
19.根据权利要求I所述的方法，其中所述衬底在从所述纳米结构化膜的接触线分配辐射期间以朝向或远离所述接触线的方向平移。
20.根据权利要求I所述的方法，其中所述纳米结构化膜以闭合环移动。
21.根据权利要求I所述的方法，其中所述纳米结构化膜从卷到卷移动。
22.根据权利要求I所述的方法，其中所述衬底是刚性板。
23.根据权利要求I所述的方法，其中所述衬底具有曲率。
24.根据权利要求I所述的方法，其中所述衬底是柔性膜。
25.根据权利要求I所述的方法，其中在两个表面上都用光敏层涂覆的所述衬底的另一面上提供另外的纳米结构化柔性膜和光源，以在所述衬底的两面上进行纳米图形化。
26.进行纳米图形化的设备，包括 a)纳米结构化膜 以及 b)辐射源，其通过所述纳米结构化膜的一部分提供650nm或更小波长的辐射，同时所述部分与材料的福射敏感层接触。
27.根据权利要求26所述的设备，其中纳米结构化膜是具有表面凸起的聚合物。
28.根据权利要求26所述的设备，其中纳米结构化膜是穿孔金属膜或具有金属纳米粒子的聚合物膜。
29.根据权利要求26所述的设备，其中所述纳米结构化膜具有多于一层。
30.根据权利要求26所述的设备，其中提供可移动的圆筒以控制纳米结构化膜与所述辐射敏感层接触。
31.根据权利要求30所述的设备，其中这种圆筒通过气体加压。
全文摘要
本发明的实施方式涉及可用于大面积衬底的纳米图形化的方法和设备，其中可移动的纳米结构化膜用于使辐射敏感材料成像。该纳米图形化技术利用近场光刻术，其中纳米结构化膜用于调节到达辐射敏感层的光强度。近场光刻法可以利用弹性体相位移掩模，或可使用表面等离子体技术，其中可移动的膜包括金属纳米孔或纳米粒子。
文档编号B82Y40/00GK102859441SQ201180005881
公开日2013年1月2日 申请日期2011年1月7日 优先权日2010年1月12日
发明者B·柯宾 申请人:罗利诗公司