用于在基底上形成纳米结构的材料和方法技术

本发明专利技术公开了可用于在基底上形成纳米级特征的材料和方法，以及结合有此类纳米级图案化基底的制品诸如光学膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在基底上形成纳米结构的材料和方法
本专利技术涉及可用于在基底上形成纳米结构的材料和方法，更具体地，涉及用于在图案化基底上制备纳米级特征以制备超材料诸如光学膜的转移模具和图案化方法。
技术介绍
超材料为在至少一个表面上具有纳米级特征的合成复合材料。当纳米级特征被选择为具有小于入射到表面上的光的波长的至少一个维度时，超材料可表现出通常在自然界中不存在的特性。例如，一些超材料独特地表现的特性为负折射率。超材料可具有简单的表面结构，诸如单个图案化层，或者具有更复杂的表面结构，诸如通常彼此对准的叠堆图案化层，使得各个纳米级特征根据它们的设计与入射辐射电磁地相互作用。具有纳米级表面特征的超材料最近已在光学、生物感测、半导体和其它电子器件中得到应用。
技术实现思路
本领域不断地探索用于在表面上、特别是在超材料诸如光学膜的表面上产生纳米级特征的新的超材料和方法。最近，我们研究了使用纳米级图案化工具通过纳米级图案化来生产超材料，该纳米级图案化工具使用新型多层材料叠堆制备。我们已发现，用于微米级特征图案转移的已知多层材料叠堆在用于纳米级特征图案化时存在许多缺陷，例如包括：它们的费用和复杂的制造方法；它们的较差层间粘结，这可能需要附加的粘附增强层或表面处理；它们难以在不引入缺陷的情况下实现直通型图案转移；它们对不同最终用途基底的不良粘附性；以及对多层叠堆的堆积厚度的上限，该上限将可转移特征的纵横比限制为通常小于二。我们已设计出新型多层材料叠堆，其可用于制造能够在基底上高保真地产生微米级和/或纳米级特征的模具。对于在基底上方具有亚微米高度且纵横比(特征的高度与其宽度的比率)大于1或例如纵横比为至少2、3、4、5、6、7、8、9、10或甚至更高的纳米级特征来说，在模具或最终用途基底上制造高保真纳米级特征的挑战尤其艰巨。本公开中公开的新型材料叠堆表现出可消除上述缺点中的许多缺点的改进并且可用于在工具表面或基底表面上高保真度地施加微米级或纳米级特征。新型材料叠堆可用于将精细图案(范围从微米级到纳米级)从图案化层转移到复制工具。新型材料叠堆可用于将图案转移到由多种材料制成的多种几何形状的复制工具，以及用于使用不同图案复制技术的应用。简而言之，在一个方面，本公开描述了在基底上形成蚀刻纳米级图案的各种方法中使用的新型材料叠堆。在一些示例性实施方案中，新型材料叠堆的每一层可通过多种技术沉积，这些技术可例如基于层厚度、复制工具材料类型、特定最终用途应用、生产效率和/或成本来选择。本公开示出了叠堆的组装顺序可如何有利地变化。可选择该顺序以获得某些材料组；例如，通过组合真空步骤或利用现有的工艺流程来提高生产效率；或者增加或减小某些层之间的粘附性，例如，对于诸如溅射和溶剂涂覆的工艺步骤，对待涂覆的表面的粘附性通过粒子的能量或基底的部分溶剂化而增强。在某些示例性实施方案中，可有利地使用具有良好层间粘结的硬掩模层和第二图案转移层。在此类实施方案中，不需要附加的粘附层，这简化了图案转移工艺而不损害图案维度、分辨率或再现保真度。在一些示例性实施方案中，蚀刻阻挡层还可起到接合层的作用，其可与工具表面良好地粘结。然而，应当容易理解，可使用本文所述的各种表面改性技术来定制任何层以增强与邻接层的粘附或粘结。在另外的示例性实施方案中，可使用各种技术来产生可施加到上硬掩模层的顶部上的图案层。图案层可由例如光致抗蚀剂材料或贵金属等制成。在一些实施方案中，可使用具有各种不同化学性质和指定条件的反应离子蚀刻(RIE)来使第二图案转移层图案化。在图案层通过以高溅射速率溅射贵金属而制成的某些示例性实施方案中，可限制从图案层产生的溅射。因此，相关的图案化缺陷也受到限制。此外，可使用多步骤RIE工艺来使图案边缘处的粗糙度平滑。在另外的示例性实施方案中，新型材料叠堆中的第二图案转移层的厚度可被定制用于转移具有不同纵横比的精细图案，而不损害转移图案的分辨率或保真度。同时，该新型材料叠堆可使得更容易实现良好的各种纵横比，包括高纵横比。在第二方面，本公开描述了一种在基底上形成蚀刻纳米级图案的方法，所述方法包括在基底上提供包含可蚀刻材料的图案化表面，所述图案化表面包括一个或多个凹陷特征，每个凹陷特征邻接远离所述凹陷特征延伸的至少一个平台特征；在包括至少一个凹进特征和至少一个平台特征的所述图案化表面的至少一部分上沉积包含耐蚀刻材料的抗蚀刻剂；以及选择性地蚀刻所述图案化表面以移除所述至少一个平台特征的至少一部分，从而在所述基底上形成蚀刻纳米级图案。在一些实施方案中，该蚀刻纳米级图案包括多个纳米级特征。在某些此类实施方案中，每个纳米级特征表现出1纳米(nm)至900nm的至少一个维度。在另一方面，本公开描述了一种在基底上形成蚀刻纳米级图案的方法，该方法包括：提供基底；在基底的至少一部分上沉积包含耐蚀刻材料的抗蚀刻剂；将包括一个或多个凹陷特征的图案化表面压印到抗蚀刻剂中，每个凹陷特征邻接远离凹陷特征延伸的至少一个平台特征；以及选择性地蚀刻抗蚀刻剂的图案化表面和基底以移除至少一个平台特征的至少一部分，从而在基底上形成蚀刻纳米级图案。在一些实施方案中，该蚀刻纳米级图案包括多个纳米级特征。在某些此类实施方案中，每个纳米级特征表现出1nm至900nm的至少一个维度。在另外的方面，本公开描述了一种在基底上形成蚀刻纳米级图案的方法，该方法包括：提供基底；在基底的至少一部分上沉积包含第一耐蚀刻材料的第一抗蚀刻剂；在所述第一抗蚀刻剂上沉积图案化层，该图案化层具有包括一个或多个凹陷特征的图案化表面，每个凹陷特征邻接远离所述凹陷特征延伸的至少一个平台特征；通过在图案化层的至少一部分上沉积第二耐蚀刻材料，将图案化层与第二抗蚀刻剂叠置，任选地其中第一耐蚀刻材料和第二耐蚀刻材料具有相同的组成；以及选择性地蚀刻图案化层的图案化表面以移除至少一个平台特征的至少一部分，从而在基底上形成蚀刻纳米级图案。在一些实施方案中，该蚀刻纳米级图案包括多个纳米级特征。在某些此类实施方案中，每个纳米级特征表现出1nm至900nm的至少一个维度。在另一方面，本公开描述了一种在基底上形成蚀刻纳米级图案的方法，该方法包括：提供基底；在基底的至少一部分上沉积包含第一耐蚀刻材料的第一抗蚀刻剂；将第一抗蚀刻剂与转移层叠置，转移层与第一抗蚀刻剂接触；将转移层与包含第二耐蚀刻材料的第二抗蚀刻剂叠置，第二抗蚀刻剂与转移层接触；将包括一个或多个凹陷特征的图案化表面压印到第二抗蚀刻剂中，每个凹陷特征邻接远离凹陷特征延伸的至少一个平台特征；以及选择性地蚀刻第二抗蚀刻剂的图案化表面以移除第二耐蚀刻材料的至少一部分，从而在基底上形成蚀刻纳米级图案。在一些实施方案中，该蚀刻纳米级图案包括多个纳米级特征。在某些此类实施方案中，每个纳米级特征表现出1nm至900nm的至少一个维度。在一个另外的方面，本公开描述了一种在基底上形成蚀刻纳米级图案的方法，该方法包括：提供具有图案化表面的第一基底，图案化表面包括一个或多个凹陷特征，每个凹陷特征邻接远离所述凹陷特征延伸的至少一个平台特征；在图案化表面的至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在基底上形成蚀刻纳米级图案的方法，所述方法包括：/n提供具有图案化表面的第一基底，所述图案化表面包括一个或多个凹陷特征，每个凹陷特征邻接远离所述凹陷特征延伸的至少一个平台特征；/n将掩模层沉积在所述基底的所述图案化表面上并与所述图案化表面接触；/n将所述掩模层与包含第一耐蚀刻材料的第一抗蚀刻剂叠置，所述第一抗蚀刻剂接触所述掩模层的至少一部分；/n将所述掩模层与转移层叠置，所述转移层接触所述第一抗蚀刻剂的至少一部分；/n将所述转移层与包含第二耐蚀刻材料的第二抗蚀刻剂叠置，所述第二抗蚀刻剂与所述转移层接触，其中所述第二抗蚀刻剂由第二基底叠置，任选地其中所述第一基底或所述第二基底中的至少一者为柔性的；/n从所述第一抗蚀刻剂移除所述第一基底的所述图案化表面，以产生所述第一抗蚀刻剂的图案化表面；以及/n选择性地蚀刻所述第一抗蚀刻剂的图案化表面以移除所述第一耐蚀刻材料的至少一部分，从而在所述第二基底上形成所述蚀刻纳米级图案，其中所述蚀刻纳米级图案包括多个纳米级特征，另外，其中每个纳米级特征表现出1nm至900nm的至少一个维度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181109 US 62/757,864;20181112 US 62/759,914;20191.一种在基底上形成蚀刻纳米级图案的方法，所述方法包括：
提供具有图案化表面的第一基底，所述图案化表面包括一个或多个凹陷特征，每个凹陷特征邻接远离所述凹陷特征延伸的至少一个平台特征；
将掩模层沉积在所述基底的所述图案化表面上并与所述图案化表面接触；
将所述掩模层与包含第一耐蚀刻材料的第一抗蚀刻剂叠置，所述第一抗蚀刻剂接触所述掩模层的至少一部分；
将所述掩模层与转移层叠置，所述转移层接触所述第一抗蚀刻剂的至少一部分；
将所述转移层与包含第二耐蚀刻材料的第二抗蚀刻剂叠置，所述第二抗蚀刻剂与所述转移层接触，其中所述第二抗蚀刻剂由第二基底叠置，任选地其中所述第一基底或所述第二基底中的至少一者为柔性的；
从所述第一抗蚀刻剂移除所述第一基底的所述图案化表面，以产生所述第一抗蚀刻剂的图案化表面；以及
选择性地蚀刻所述第一抗蚀刻剂的图案化表面以移除所述第一耐蚀刻材料的至少一部分，从而在所述第二基底上形成所述蚀刻纳米级图案，其中所述蚀刻纳米级图案包括多个纳米级特征，另外，其中每个纳米级特征表现出1nm至900nm的至少一个维度。


2.一种在基底上形成蚀刻纳米级图案的方法，所述方法包括：
提供具有相背的第一主表面和第二主表面的基底，所述第一主表面具有定位在其上的与所述基底的所述第一主表面接触的包含第一耐蚀刻材料的第一抗蚀刻剂、叠置并接触所述第一抗蚀刻剂的转移层和叠置并接触所述转移层的包含第二耐蚀刻材料的第二抗蚀刻剂，任选地其中所述基底为柔性的；
用掩模层覆盖所述第二抗蚀刻剂；
将图案化表面压印到所述掩模层中；
选择性地蚀刻所述掩模层的所述图案化表面以移除所述第二耐蚀刻材料和所述转移层的至少一部分，从而在所述基底上形成蚀刻纳米级图案，其中所述蚀刻纳米级图案包括多个纳米级特征，另外，其中每个纳米级特征表现出1nm至900nm的至少一个维度。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一耐蚀刻材料和所述第二耐蚀刻材料具有相同的组成。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻图案的纵横比为至少2.5:1。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻纳米级图案为预定图案化的，任选地其中所述蚀刻纳米级图案为工具上的正图案的基本上负图案。


6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述掩模层涂覆到所述图案化...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨里克·B·万伦格里希，卡尔·K·斯腾斯瓦德，埃德文·L·库西勒克，马修·S·斯泰，卡尔布·T·尼尔森，克里斯托弗·S·莱昂斯，莫塞斯·M·大卫，杰弗里·L·所罗门，马丁·B·沃尔克，尼古拉斯·C·埃里克森，詹姆斯·朱，詹姆斯·M·尼尔森，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US