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CN101198904B - 亚微米印花转移光刻术 - Google Patents

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CN101198904B CN2006800158061A CN200680015806A CN101198904B CN 101198904 B CN101198904 B CN 101198904B CN 2006800158061 A CN2006800158061 A CN 2006800158061A CN 200680015806 A CN200680015806 A CN 200680015806A CN 101198904 B CN101198904 B CN 101198904B
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Abstract

本发明提供一种用于亚微米印花转移光刻术的方法。该方法包括：在第一含硅弹性体(200)的表面上形成第一图案；把所述第一图案的至少一部分粘结到基板(210)；以及蚀刻(220)所述第一含硅弹性体和所述基板中的至少一个的一部分。

Description

亚微米印花转移光刻术
关于联邦政府资助研究或开发的声明
该申请部分地由能源部资助(DEFG02-91-ER-45439)。
技术领域
本发明一般涉及光刻术，更具体地涉及软光刻术(soft lithography)。
背景技术
软光刻术是在微制造中使用以通过使用图案化的弹性体(elastomer)从母版向基板转移图案来制造微结构的图案化技术。例如，可以通过印刷、模制，或使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性印章来转移图案。该弹性印章(elastomericstamp)可以通过对用传统光刻技术图案化的母版浇铸预聚物来制备。代表性的软光刻技术包括接触印刷、复制成型、转移成型、毛细管微成型、溶剂辅助微成型等。这些软光刻术可以在包括光学、微电子、微量分析、微机电系统等中使用以制成多种功能的结构和设备。
印花转移(decal transfer)光刻术是基于通过利用适应的聚二甲基硅氧烷印章(stamp)的工程粘附性以及脱离特性把聚二甲基硅氧烷图案转移到基板的一种软光刻术。图1A、1B、1C和1D概念性地显示了一种传统印花转移光刻术。图1A示出了已经使用母版图案(master pattern)20进行图案化的含硅弹性体10。然后从母版图案20除去含硅弹性体10，如图1B所示，并且与基板30接触放置该含硅弹性体以使含硅弹性体10的与基板30接触的部分变为不可逆地粘附于基板30。含硅弹性体10的体部分40从基板30上剥离。含硅弹性体10经过粘着失效，而留下含硅弹性体10的图案部分50。
传统印花转移技术，如图1A-D所示的技术，用于转移微米级聚二甲基硅氧烷图案到平坦或弯曲的大面积电子材料如硅、二氧化硅和其他薄膜状金属是有用的。但是，由于受用于形成弹性印章的聚合物的机械特性的限制，传统印花转移技术不可能有效地转移亚微米级图案。例如，如图1A-D所示的含硅弹性体10的粘着失败的位置随着图案特征50的尺寸接近1微米量级而逐步接近图案特征50的表面。
本发明就是针对解决上述一个或多个问题。
发明内容
下文提供对本发明的简单的概述以提供对本发明一些方面的基本理解。该概述不是对本发明的详尽的概要。它不应当确定本发明的关键或重要的要素或描绘本发明的范围。其唯一的目的是为了以简单的形式陈述一些概念，并为以下将讨论的更详细的描述提供前序。
在本发明的一个实施例中，提供了一种用于亚微米印花转移光刻术的方法。该方法包括：在第一含硅弹性体的表面上形成第一图案；把所述第一图案的至少一部分粘结到基板上；以及蚀刻所述含硅弹性体和所述基板中的至少一个的一部分。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种用于亚微米印花转移光刻术的方法。该方法包括：在含硅弹性体的表面上形成图案；把所述图案粘结到基板上以使所述图案和所述基板不可逆转地粘含；以及蚀刻所述含硅弹性体的一部分。
在本发明的再一个实施例中，提供了一种用于亚微米印花转移光刻术的方法。该方法包括：在第一含硅弹性体的表面上形成第一图案；把所述第一图案的至少一部分粘结到基板上；以及蚀刻所述基板的一部分。
附图说明
通过参照下面结合附图的描述可以理解本发明，其中相同的附图标记表示相同的元件，其中：
图1A、1B、1C和1D概念性地图示了一种传统印花转移光刻术；
图2A、2B、2C、2D和2E概念性地图示了根据本发明的包括蚀刻的一种印花转移光刻术；
图3A、3B、3C和3D概念性地图示了根据本发明的用于在基板上制造亚微米、高纵横比抗蚀图案的过程的一个示例性实施例；
图4A和图4B分别图示了根据本发明的在通过反应离子蚀刻(RIE)除去密封型PDMS印花的顶层后的2μm和300nm的线状聚二甲基硅氧烷(PDMS)的扫描电子显微镜(SEM)图像；
图4C图示了根据本发明的在由O2/CF4 RIE除去密封型PDMS印花的顶层后在玻璃基板上图案化的2μm宽的PDMS线的SEM图像；
图5A图示了根据本发明的在由O2/CF4 RIE除去密封型PDMS印花的顶层后在Si(100)上图案化的5μm宽的PDMS线的SEM图像；
图5B图示了根据本发明的由四丁铵氟化物除去PDMS以后在图5A中显示的硅表面的SEM图像；
图6A和6B概念性地图示了根据本发明的在硅基板上沉积多层的示例过程；
图7A和7B呈现了根据本发明的在由RIE除去PDMS顶层后在SiO2/Al/Si基板上的图案化的5μm和300nm宽的PDMS线的SEM图像；
图8A、8B和8C概念性地图示了根据本发明的多层光刻术的示例过程；
图9A图示了根据本发明的转移到SiO2/Al/PL/Si基板上的500nm PDMS线的横截面SEM图像；
图9B图示了根据本发明的通过蚀刻部分平坦化层、二氧化硅层和铝层的暴露部分而形成的高纵横比抗蚀图案；
图10A图示了根据本发明的在大面积阵列中的一个晶体管的光学显微照片；
图10B图示了根据本发明制造的晶体管装置的电流-电压(I-V)特性；
图11概念性地图示了根据本发明的用于在基板上形成高纵横比的抗蚀结构的方法的一个示例性实施例；
图12A-D图示了根据本发明的在基板上形成的PDMS线的图像；
图13A、13B、13C和13D图示了根据本发明的在Si(100)基板上的PDMS/SiO2/PL抗蚀结构的横截面扫描电子显微镜(SEM)图像；
图14概念性地图示了根据本发明的用于形成高纵横比抗蚀结构的方法的一个示例性实施例；以及
图15A和15B图示了根据本发明的在干法蚀刻SiO2和PL层后的多次转移的PDMS线的SEM图像。
虽然容易对本发明进行各种修改并使其具有可替换的形式，但是在附图中以举例的方式示出和本发明的特定实施例，并且在本文中详细地描述了这些特定实施例。然而，应该理解，本文对特定实施例的描述不应当将本发明限制于所披露的具体形式，相反，应当覆盖落入在由附属权利要求所限定的本发明的实质和范围内的所有的修改、等同形式和替换。
具体实施方式
下面描述本发明的范例实施例。为了清楚起见，在本说明书中并没有描述实际实施方式的所有特征。当然将这样理解，在任何这种实际实施例的开发中，必须针时很多实施方式制定特定的决定，以实现开发者的特定目标，例如，遵循系统相关限制和商业相关限制，从一个实施方式到另一个实施方式，这些目标改变。而且，将会理解，这种开发过程可能是复杂的、费时的，但是对于受益于本公开的本领域的普通技术人员来说，该开发过程将是日常事务。
现在将参照附图描述本发明。为了解释的目的且为了使本领域的技术人员所熟知的细节不模糊本发明，在附图中示意性地示出各种结构、系统和装置。但是，为了描述和解释本发明的范例实例，将附图包括在内。本文所用的词语和短语应该被理解和解释为具有与相关领域的技术人员对这些词语和短语的理解一致的含义。术语或短语在本文中的一致性使用不应当意味着术语或短语的特殊定义，即，与本领域技术人员所理解的普通的通常含义不同的定义。就术语或短语应当具有特殊含义(即，与技术人员所理解的含义不同的含义)来说，在本说明书中以定义的方式清楚地阐述这种特殊定义，从而直接并不含糊地提供对该术语或短语的特殊定义。
图2A、2B、2C、2D和2E概念性地图示了包括蚀刻的一种印花转移光刻术。在描述的实施例中，图2A显示了已经使用母版图案205进行图案化的含硅弹性体200。本文所使用的术语“弹性体”定义为当施加外力变形时能够恢复到其初始尺寸的一种聚合物。当该聚合物符合以下标准时，此聚合物认为是一弹性体。具有初始线性尺寸Do的固态聚合物样本受到外力作用时，其尺寸改变大约10％。如果不再施加该外力时，假设弹性体的尺寸为值De，其中De≌Do±0.01Do，那么该聚合物就认为是弹性体。本文所使用的术语“含硅弹性体”是包含硅原子的弹性体。含硅弹性体的例子包括但不限于：聚硅氧烷；包含聚硅氧烷和聚合物的部分的嵌段共聚物；以及经硅改性的弹性体。含硅弹性体的另外例子可以在第6,805,809号美国专利中找到，该专利的全部内容以引用方式并入本文。在示例实施例中，含硅弹性体200是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
在一个实施例中，如下文详细的讨论所示，这样形成含硅弹性体200，通过把聚二甲基硅氧烷预聚物旋涂到母版(master)205上，将之凝固，然后除去该含硅弹性体200。但是，本领域的普通技术人员应当认识到本发明不限于形成含硅弹性体200的此特定技术。在另外的实施例中，可采用形成含硅弹性体200的任何理想技术。例如，图案化的含硅弹性体200可以通过聚合单体和/或预聚物，通过交联单体、预聚物和/或聚合物，或通过从液态或熔融状态凝固含硅弹性体200，来形成。用于形成含硅弹性体200的技术的其他例子可以在第6,805,809号美国专利中找到。然后从母版205上除去该含硅弹性体200，如图2B中所示。
含硅弹性体200不可逆地粘附于基板210。本文所使用的术语“不可逆地粘附”是指在两种物质之间的粘结足够强以使在不损坏和/或破坏基板之一或全部的情况下基板不可能机械地分离。但是，本领域的普通技术人员应当认识到术语“不可逆地粘附”不是指不可能分离两个粘结的基板。例如，不可逆地粘附的物质通过暴露于适当的化学环境中是可以分离的，其中化学环境可以包括化学试剂和/或放射线。在一个实施例中，通过把含硅弹性体200的图案化部分与基板210接触选定的时长并使其在选定的温度下固化选定的时长而将含硅弹性体200不可逆地粘附于基板210，如下文详细的讨论所示。示例基板210包括，但不限于，硅、陶瓷材料、聚合物、弹性体、金属等。
含硅弹性体200使用蚀刻方法进行蚀刻，如图2D中箭头220所指示的，图2D描述含硅弹性体200处于蚀刻过程的中间阶段。在一个实施例中，该蚀刻方法是反应离子蚀刻方法(RIE)220。例如，含硅弹性体200可以通过反应物种化学地蚀刻，通过离子注入物理地蚀刻，或通过化学和物理机制相结合的方式蚀刻，这将在下文中详细地讨论。但是，本领域的普通技术人员应当认识到可以使用任何理想的蚀刻方法220来蚀刻含硅弹性体200。含硅弹性体200的蚀刻除去含硅弹性体200的一部分230。
图2E图示了在蚀刻过程220基本上完成以后的含硅弹性体200。在该示例的实施例中，在蚀刻过程完成，含硅弹性体200的图案部分240保持不可逆地粘附于基板210。然后图案部分240和/或基板210可以被清洗，这将被详细地讨论。在一个实施例中，图案部分240可以用作后续的各向同性和/或各响异性蚀刻过程的掩模。采用这个蚀刻方法除去含硅弹性体200的多个部分，图案部分240的特征长度尺度，例如图案部分240的标准尺寸，可以减小到亚微米级。因此，在此描述的技术对于在基板210上制造亚微米、高纵横比的抗蚀图案240可能特别有用。
图3A、3B、3C和3D概念性地图示了在基板300上制造亚微米、高纵横比的抗蚀图案的过程的一个示例性实施例。在示例的实施例中，将PDMS预聚物施涂到具有亚微米特征310(即，图案化的硅晶片的光致抗蚀剂)的母版305上，并且在70℃固化20分钟以形成含硅弹性体315，也称为PDMS印花(decal)315或封闭的PDMS印花315。虽然对于本发明的应用并不是必需的，但是在一些实施例中，母版305可以被涂敷有脱离层(release layer)320。固化以后，将涂有PDMS的母版305、315、320暴露于紫外光/臭氧(UVO)和十三氟烷-1，1，2，2-四氢辛基三氯硅烷(“不粘(No Stick)”)以形成脱离层325。在示例的实施例中，将涂有PDMS的母版305、315、320暴露于UVO三分钟，然后马上将样品放置在具有“不粘”开口的干燥容器中并用十三氟烷-1，1，2，2-四氢辛基三氯硅烷(“不粘”)处理20分钟。低压水银灯(BHK)(173μW/cm2)用于对涂有PDMS的母版305、315、320的UV/臭氧(UVO)处理。
用PDMS预聚物层330覆盖涂有PDMS的母版305、315、320，然后在烤箱中以70℃固化，以形成在图3B中所示的PDMS印章335。在示例的实施例中，PDMS印章335从母版305中延伸而出，并且将图案化的PDMS薄膜暴露于UVO 150秒并与目标基板300接触放置。在各种可选择实施例中，目标基板300可以是玻璃片、硅、SiO2或任何其他理想物质。PDMS印章335和基板300在70℃固化。例如，图案化的PDMS薄膜可以暴露于UVO 15秒，然后与目标基板300接触放置并在70℃下固化30分钟。封闭的PDMS印花315通过剥离支撑PDMS层330而转移到基板300上。
然后采用反应离子蚀刻(RIE)除去PDMS印花315的顶层340，如在图3C中用箭头345所示。在RIE过程中，通过反应物种化学地或通过离子注入物理地或通过化学和物理机制相结合的方式蚀刻PDMS印花315的部分。氧等离子体通常用于蚀刻包含聚合物的碳氢化合物。但是，在用氧等离子体蚀刻PDMS的情况下，在用氧等离子体的蚀刻期间可能形成SiO2薄膜。因此，以氟为基础的等离子体可以通过打破硅氟烷键用来蚀刻PDMS印花315。在示例实施例中，O2/CF4混合气体可用于蚀刻PDMS印花315。在示例实施例中的干法蚀刻用Uniaxis790反应离子蚀刻系统来执行。例如，PDMS印花315可以转移到玻璃基板300，RIE可以在总气压为300mTorr、气流率为5sccm O2和/或35sccm CF4且200W RF功率的条件下进行。离散的抗蚀结构350可以通过蚀刻过程形成，如图3D所示。
图4A和图4B图示了如上面所讨论的在通过RIE除去密闭型PDMS印花的顶层后形成的2μm和300nm的线状PDMS的SEM图像。图4C图示了在通过O2/CF4 RIE除去密闭型PDMS印花的顶层后在玻璃基板上图案化的2μm宽的PDMS线的SEM图像。扫描电子显微镜(SEM)可以使用飞利浦XL30ESEM-FEG或日立S-4700 SEM进行扫描。在蚀刻期间，在暴露于RIE的PDMS的顶部形成类草状结构，如图4C所示。相似的类草状结构已经在Si、GaAs和聚合物的各向异性蚀刻中观察到。虽然人们没有完全明白类草状结构的形成机制，但是普通认为表面上的缺陷或污染物会致使在初始蚀刻中的不平整以构成草的顶端。在各向异性蚀刻中，顶端的蚀刻速率可能要慢于平坦部分，因此随着蚀刻进程，草垂直生长。在PDMS蚀刻中，类草状结构不仅在各向异性的条件下形成，而且在各向同性的条件下形成。可观察到，对PDMS的各向异性的蚀刻产生类草状结构的可能性要高于各向同性蚀刻过程。通过使用丙酮、异丙醇和去离子水清洗RIE暴露的印花能够容易地去除类纤维状结构并且随后用纯氮气吹干。
图5A图示了在通过O2/CF4 RIE除去密闭型PDMS印花的顶层后，在Si(100)上图案化的5μm宽的PDMS线的SEM图像。用异丙醇、丙酮和去离子水清洗样品，然后在纯氮气气流下干燥。图5B显示了通过四丁铵氟化物移除PDMS以后相同的硅表面的SEM图像。为了评价使用PDMS印花作为在硅基板上的抗蚀材料的可能性，把封闭的PDMS印花转移到硅基板上并且进行O2/CF4 RIE以除去顶层。O2/CF4混合气体不仅除去PDMS，也蚀刻了硅基板，如图5A所示。为了防止硅被O2/CF4RIE蚀刻，可以在硅基板上形成附加层。
图6A和6B概念性地图示了在硅基板600上沉积多层的示例性过程。在示例的实施例中，把200nm厚的铝(Al)层605沉积到硅基板600上。该Al层605起蚀刻掩模的作用。接着，在Al层605的顶部沉积10nm厚的氧化硅(SiO2)薄膜610。在一些情况中，SiO2薄膜610可以促使PDMS印花615的粘结转移。使用O2/CF4的反应离子蚀刻，由箭头620表示，可以用于蚀刻PDMS印花615的一部分，其可以导致图案化的部分625保持不可逆地粘附于基板600，如图6B中所示。
图7A和7B呈现了通过RIE除去PDMS顶层后在SiO2/Al/Si基板上图案化的5μm和300nm宽的PDMS线的SEM图像。在RIE后Al层几乎完整不变且硅基板保持完好。为证实需要Al层来保护硅基板避免O2/F4 RIE，进行对照试验，其中仅使用SiO2层来保护硅基板避免O2/CF4 RIE。在用于产生如图7A和7B中所示的结构的相同条件下，在没有Al层的情况下，SiO2层被突破了，从而导致硅层遭到破坏。
图8A、8B和8C概念性地示了多层光刻术的示例过程。上述印花转移光刻术和反应离子蚀刻过程可以与可购买到的常用于微电子制造的平坦化层(PL)兼容。通过光滑化底层基板的表面特征来开发多层光刻术(例如，双层和三层光刻术)以获得更高分辨率和在蚀刻后的更高纵横比。例如，在双层光刻术中，抗蚀结构直接涂在PL的顶部。另一个例子，在三层光刻术中，抗蚀材料涂在另外的蚀刻掩模层的顶部上，其中蚀刻掩模层涂敷在PL上。在不同的实施例中，光致抗蚀剂和/或旋涂式玻璃材料可以用作PL。光致抗蚀剂-般比旋涂式玻璃材料更常用，因为光致抗蚀剂可以形成更加平坦的薄膜。
在图8A-C中所示的实施例中，以5500rpm的旋转速率持续30秒把400nm厚的平坦化层805(例如由Microposit 1805形成的层)旋涂到硅基板800上。如上所述，还可以形成附加层。在示例的实施例中，通过电子束蒸发把25nmAl层810和5nm SiO2层815沉积到平坦化层805上。在一个实施例中，TemescalFC-1800电子束蒸发器可以用于把Al和SiO2沉积到目标基板上。聚二甲基硅氧烷印花820不可逆地粘附于SiO2层815，并且用由箭头825表示的反应离子蚀刻方法蚀刻掉聚二甲基硅氧烷印花820的一部分，保留下聚二甲基硅氧烷线830。
在一个实施例中，聚二甲差硅氧烷线830可以用作蚀刻掩模以使平坦化层805、二氧化硅层815和/或铝层810的部分可以通过如箭头835所示的一个或多个蚀刻过程除去。在示例的实施例中，平坦化层805的部分、二氧化硅层815和铝层810的暴露部分通过湿法蚀刻和各向异性O2 RIE除去，从而在硅基板800上形成高纵横比抗蚀图案840，如在图8C中所示。在示例的实施例中，平坦化层800的各向异性蚀刻可以使用总气压为20mTorr、气流率为10sccm O2和100WRF功率的条件进行。
图9A图示了在通过RIE除去如图8A所示的聚二甲基硅氧烷印花820之类的封闭PDMS印花的顶层以后转移到SiO2/Al/PL/Si基板上的500nm PDMS线的SEM横截面图像。如图9A中所示，25nm厚的Al层仍然完好并且成功地用作O2/CF4 RIE的蚀刻掩模。图9B显示了如上所述的通过蚀刻平坦化层的部分、二氧化硅层和铝层中的暴露部分而形成的高纵横比抗蚀图案。
为了说明电子器件制造方法的应用性，使用印花转移光刻术和RIE，由绝缘体上硅(SOI)晶片制造硅基薄膜晶体管。使用上述工艺把源极-漏极-图案化封闭型印花转移到SiO2/Al/Si基板上。通过使用总气压为300mTorr、气流率为5sccm O2和35sccm CF4、以及200W RF功率的杂件的RIE除去封闭型PDMS印花的顶层。在除去顶层以后，样品在49％HF的水溶液中浸泡5秒钟以除去不被印花保护的SiO2。在蚀刻后，用去离子水清洗样品并在铝蚀刻剂(AL-11)中浸泡30秒以除去暴露的Al。然后用去离子水清洗样品并在1M TBAF的THF溶液中浸泡2分钟以除去PDMS印花。在最后一步中，使用49％HF的水溶液除去Al上的SiO2层。
图10A图示了在大面积阵列中的一个晶体管的光学显微照片。使用Olympus BH-2光学显微镜与Panasonic GP-KR222数字彩色照相机的结合来记录光学显微照片。图10B显示了通过这个方法制造的晶体管装置的电流-电压(I-V)特性。在示例的实施例中，垂直轴表示以毫安为单位的电流且水平轴表示以伏特为单位的电压。这些I-V曲线说明了该方法用于制造大面积的功能电子器件的用途。用于制造大面积的功能电子器件的方法的有效应用证明了它具有延伸到软光刻术的应用潜力。
图11概念性地图示了在基板1105上形成高纵横比的抗蚀结构的方法1100的一个示例实施例。在示例实施例中，基板1105是硅，尽管在别的实施例中可以使用任何基板。在基板1105上形成平坦化层1110。在示例的实施例中，平坦化层1110由本领域中传统的有机聚合物构成，例如，Shipley 1805，但是也可以使用其它材料。通过汽相沉积法在这层上覆盖薄的SiO2粘合层。但是，本领域的普通技术人员应当认识到，在其它实施例中，该平坦化层1110可以由任何理想材料形成并且/或者可以包括多层。然后把图案化的含硅弹性体1115粘合到SiO2层1115。上文中详细描述了形成图案化的含硅弹性体1120和把该图案化的含硅弹性体1112粘合到SiO2层1115的技术。
简要地，在示例实施例中，把PDMS预聚物(DowCorning)浇铸到具有浮雕图案(即具有光致抗蚀剂图案的硅晶片)的母版上并在65℃固化。该固化的PDMS印章与母版分离，并把图案化的PDMS表面暴露于UV/臭氧(UVO)中150秒，马上将其与SiO2/平坦化层(PL)/Si(100)基板保形接触放置并在65℃固化。低压水银灯(BHK)，(173μW/cm2)用于PDMS的UV/臭氧(UVO)处理，这有助于在PDMS和SiO2层1115之间产生强粘合性。
然后通过粘合力失效(CMF)来除去含硅弹性体1115的一部分。粘合力失效(CMF)图案化是通过PDMS的界面粘合和机械力失效来将PDMS图案转移到基板的一种已知的软光刻术。在含硅弹性体1115的一部分除去以后，含硅弹性体1115的图案化部分1120保持粘合于平坦化层1110。在该示例的实施例中，通过从体PDMS机械地剥离来转移PDMS图案。然后使用蚀刻方法，例如反应离子蚀刻(RIE)，通过使用图案化部分1120作为掩模蚀刻平坦化层1110的一部分来形成一个或多个结构1125。CMF和RIE技术的结合可以在基板1105上图案化出亚微米级和/或纳米级的、高纵横比度的抗蚀结构1125。
图12A图示了在剥离PDMS以前PDMS复本和基板之间的界面的SEM横截面图像。图12B和12C分别显示了在剥离PDMS复本以后的PDMS线的AFM图像和横截面。图12B中所示的AFM横截面图说明了转移的PDMS线的表面是锥形的并且在中心的平均高度是约18nm。PDMS线的宽度和线之间的间隙分别是370nm和230nm。图12D显示了在对SiO2干法蚀刻33秒和对PL各向异性蚀刻以后的同一样品的顶视SEM图像。在总气压为50mTorr、CF4气流率为40sccm、以及30W RF功率的条件下除去SiO2薄膜，并且使用总气压为20mTorr、O2气流率为10sccm、以及100W RF功率的条件进行5分钟的PL的各向异性蚀刻。线的平均宽度和间隙分别是360nm和240nm。比较在干法蚀刻之前(图12B)和之后(图12D)的这些图案化的线，线的宽度在蚀刻以后轻微地减少了。这个结果可能是因为用于SiO2干法蚀刻的CF4等离子不仅除去了SiO2层还除去了PDMS，从而使PDMS线稍微变窄。
图13A、13B、13C和13D图示了由对SiO2蚀刻不同时间以及对PL各向异性蚀刻5分钟而产生的在Si(100)基板上的PDMS/SiO2/PL抗蚀结构的扫描电子显微镜(SEM)横截面图像。如图中所示，图案化的线的宽度随着用于SiO2干法蚀刻的周期的增加而减少。在图13A、13B、13C和13D中的线的平均宽度分别是250、180、130和100nm。这些数据说明PDMS/SiO2层能够作为用于对PL的各向异性O2 RIE的蚀刻掩模，并且线的宽度能够控制降到100nm。
图14概念性地图示了在基板1405上形成高纵横比抗蚀结构的方法1400的一示例实施例。虽然在其它实施例中可以使用任何基板，但是在该示例实施例中基板1405是硅。在基板1405上形成平坦化层1410。在示例的实施例中，为了这样的目的，平坦化层1410由本领域中所用传统的有机聚合物构成，例如，Shipley 1805或其它材料。但是，本领域的普通技术人员应当认识到，在其它实施例中，该平坦化层1410可以由任何理想材料形成并且/或者可以包括多层。通过汽相沉积法在这平坦化层上覆盖一SiO2粘合层。然后把第一图案化的含硅弹性体1420粘合到粘结层1415，如上文所述。可以除去第一含硅弹性体1420的一部分，并且第一含硅弹性体1420的第一图案化部分1425可以保持与粘合层1415粘结。
在示例实施例中，然后使用前面详细讨论过的技术把第二图案化的含硅弹性体1430粘结到第一图案化部分1425。可以除去第二含硅弹性体1430的一部分且第二含硅弹性体1430的第二图案化部分1435可以保持与第一图案化部分1425粘结。在示例实施例中，与第一图案化部分1425相关联的图案完全垂直于与第二图案化部分1435相关联的图案排列。因此，第一和第二图案化部分1425、1435的结合形成棋盘(checkerboard)图案。但是本领域的普通技术人员应当明白本发明不是限定于棋盘图案。在另一个实施例中，第一和/或第二图案部分1425、1435可以具有任何理想图案以及以任何理想方位放置。而且，任何附加图案部分也可以形成并粘结于图14中所示的结构。
第一和第二图案化部分1425、1435的组合可以用作蚀刻掩模。因此，可以使用蚀刻方法如反应离子蚀刻来通过第一和/或第二图案化部分1425、1435蚀刻平坦化层1410以在平坦化层1410中形成结构1435。在一个实施例中，使用蚀刻方法形成的结构1440可以包括亚微米和/或纳米级结构。在高温下(例如，聚合物的玻璃化转变温度)进行传统的压印技术，不能用来在基板上压印多个图案，因为先前压印的图案将被加热所破坏。
图15A和15B显示了在干法蚀刻SiO2和PL层后的多次转移的PDMS线的SEM图像。在示例实施例中，第一组300nm宽的PDMS线如前面所述的那样被图案化在SiO2/PL/Si(100)上，然后暴露于UVO 10分钟。第二线图案化的PDMS复本从母版抽出并且暴露于UVO 150秒。在第二线图案化的PDMS复本中的特征具有300nm(图15A)或2μm(图15B)的特征宽度。经UVO处理的PDMS垂直于图案化基板的PDMS线光学排列，接触放置并在65℃固化5小时。在产生粘性以后，PDMS片层物理地剥离以使第二组PDMS线沉积在第一组PDMS线的顶部。最后，进行RIE以把图案转移到下面的SiO2和PL层。
上面所披露的具体实施例仅仅是示例性的，因为对于受益于本文教导的本领域技术人员来说，显而易见的是，可以对本发明进行修改、并且可以以不同的但等效的方式实施本发明。此外，与下面权利要求中所描述的不一样，不应当限制于本文所示出的结构或设计的细节。因此，显然的是，可以改变或修改上面所披露的具体实施例，并且所有的这种变型都被认为在本发明的范围和实质内。因此，本发明所要求保护的内容是如下面权利要求所阐述的。

Claims (44)

1.一种用于亚微米印花转移光刻术的方法，包括：
在第一含硅弹性体的表面上形成第一图案；
把所述第一图案的至少一部分粘合到基板上；以及
蚀刻所述第一含硅弹性体的第一部分和所述基板的一部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述第一图案包括：
在母版图案上沉积第一弹性体前体；
允许该第一弹性体前体基本上凝固成所述第一含硅弹性体；以及
从所述母版图案除去所述第一含硅弹性体。
3.根据权利要求1所述的方法，其中蚀刻所述第一含硅弹性体的第一部分和所述基板的所述一部分还包括使用反应离子蚀刻来蚀刻所述第一含硅弹性体的第一部分。
4.根据权利要求1所述的方法，其中蚀刻所述第一含硅弹性体的第一部分和所述基板的所述一部分包括通过时应于所述第一图案的所述第一含硅弹性体的第二部分来蚀刻所述基板的所述一部分。
5.一种用于亚微米印花转移光刻术的方法，包括：
在含硅弹性体的表面上形成图案；
把所述图案的至少一部分粘合到基板上；以及
蚀刻所述含硅弹性体的一部分。
6.根据权利要求5所述的方法，其中形成所述图案包括：
在母版图案上沉积第一弹性体前体；
允许该第一弹性体前体基本上凝固成该含硅弹性体；以及
从所述母版图案除去该含硅弹性体。
7.根据权利要求6所述的方法，其中形成所述图案还包括把所述第一弹性体前体旋涂到母版图案上并且在大约70℃固化该第一弹性体前体。
8.根据权利要求7所述的方法，其中形成所述图案还包括：
在相对于所述母版图案的所述含硅弹性体的表面上进行不粘处理；
在相对于所述母版图案的所述含硅弹性体的表面上沉积第二弹性体前体；以及
把所述第二弹性体前体固化成支撑含硅弹性体层。
9.根据权利要求8的方法，还包括在所述图案的至少一部分粘合到所述基板上以后除去所述支撑含硅弹性体层。
10.根据权利要求5所述的方法，其中把所述图案的至少一部分粘合到所述基板上还包括把所述图案的至少一部分粘合到所述基板上以使所述图案的粘合部分与所述基板不可逆地粘结。
11.根据权利要求5所述的方法，其中把所述图案的至少一部分粘合到所述基板上还包括把所述图案暴露于UV/臭氧。
12.根据权利要求5所述的方法，其中把所述图案的至少一部分粘合到所述基板上还包括把所述图案的至少一部分与所述基板接触放置。
13.根据权利要求12所述的方法，其中把所述图案的至少一部分粘合到所述基板上还包括在所述图案的至少一部分与所述基板接触时在选定的温度下将所述图案的至少一部分固化选定的时长。
14.根据权利要求5所述的方法，其中基板包括硅基板和至少一层，并且把所述图案的至少一部分粘合到所述基板上包括：
在所述硅基板上沉积至少一层；以及
把所述图案的至少一部分粘合到所述至少一层上。
15.根据权利要求14所述的方法，其中沉积所述至少一层包括：
在所述硅基板上沉积铝层；以及
在所述铝层上沉积二氧化硅层。
16.根据权利要求15所述的方法，其中把所述图案的至少一部分粘合到所述至少一层包括把所述图案的至少一部分粘合到所述二氧化硅层。
17.根据权利要求5所述的方法，其中蚀刻所述含硅弹性体的那一部分还包括使用反应离子蚀刻来蚀刻所述含硅弹性体的那一部分。
18.根据权利要求17所述的方法，其中使用反应离子蚀刻来蚀刻所述含硅弹性体的那一部分还包括使用基于氟和氧的等离子体蚀刻所述含硅弹性体的那一部分。
19.根据权利要求5所述的方法，其中蚀刻所述含硅弹性体的那一部分包括形成至少一个高纵横比的特征。
20.根据权利要求5所述的方法，还包括清洗所述已蚀刻的含硅弹性体。
21.根据权利要求20所述的方法，其中清洗所述已蚀刻的含硅弹性体还包括使用丙酮、异丙醇和去离子水中的至少一种清洗所述已蚀刻的含硅弹性体。
22.根据权利要求20所述的方法，还包括使用氮气烘干所述已蚀刻的含硅弹性体。
23.根据权利要求5所述的方法，还包括：
在所述基板上面和所述图案下面沉积金属层；以及
在所述金属层上面和所述图案下面沉积粘合层。
24.根据权利要求23所述的方法，其中沉积金属层还包括沉积铝层，并且，沉积所述粘合层还包括沉积二氧化硅层。
25.根据权利要求5所述的方法，还包括在所述基板上面和所述图案下面形成平坦化层。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括通过所述已蚀刻的含硅弹性体蚀刻所述平坦化层的一部分。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括通过所述已蚀刻的平坦化层蚀刻所述基板的一部分。
28.根据权利要求5所述的方法，其中在含硅弹性体的表面上形成所述图案还包括在包含聚二甲基硅氧烷的含硅弹性体的表面上形成所述图案。
29.一种用于亚微米印花转移光刻术的方法，包括：
在第一含硅弹性体的表面上形成第一图案；
把所述第一图案的至少一部分粘结到基板；
蚀刻所述第一含硅弹性体的一部分；以及
通过被蚀刻的所述第一含硅弹性体来蚀刻所述基板的一部分。
30.根据权利要求29所述的方法，其中形成所述第一图案包括：
在母版图案上沉积第一弹性体前体；
允许该第一弹性体前体基本上凝固成该第一含硅弹性体；以及
从所述母版图案除去该第一含硅弹性体。
31.根据权利要求29所述的方法，还包括在所述基板上面和所述图案下面形成平坦化层。
32.根据权利要求31所述的方法，还包括在所述平坦化层上面和所述图案下面沉积粘合层。
33.根据权利要求32所述的方法，其中沉积所述粘合层还包括沉积二氧化硅层。
34.根据权利要求29所述的方法，其中把所述图案的至少一部分粘合到所述基板上还包括把所述图案的至少一部分粘合到所述基板上以使所述图案的粘合部分与所述基板不可逆地粘结。
35.根据权利要求29所述的方法，其中把所述图案的至少一部分粘合到所述基板上还包括把所述图案暴露于UV/臭氧。
36.根据权利要求29所述的方法，还包括使用粘合力失效除去所述第一含硅弹性体的一部分。
37.根据权利要求32所述的方法，还包括通过对应于所述第一图案的第一含硅弹性体的第二部分来蚀刻所述粘合层的一部分。
38.根据权利要求37所述的方法，其中蚀刻所述粘合层的那一部分还包括使用反应离子蚀刻来蚀刻所述粘合层的那一部分。
39.根据权利要求37所述的方法，还包括通过所述已蚀刻的粘合层的一部分来蚀刻所述平坦化层的一部分。
40.根据权利要求39所述的方法，其中蚀刻所述平坦化层的那一部分还包括使用反应离子蚀刻来蚀刻所述平坦化层的那一部分。
41.根据权利要求39所述的方法，还包括清洗所述已蚀刻的平坦化层。
42.根据权利要求41所述的方法，其中清洗所述已蚀刻的平坦化层还包括使用磷酸、乙酸、硝酸和水的混合溶液来清洗所述已蚀刻的平坦化层。
43.根据权利要求29所述的方法，进一步包括：
在第二含硅弹性体的表面上形成第二图案；以及
把该第二图案的至少一部分粘合到所述第一图案的至少一部分。
44.根据权利要求43所述的方法，其中蚀刻所述基板的那一部分包括通过对应于所述第一图案和所述第二图案的所述第一含硅弹性体和所述第二含硅弹性体的部分蚀刻所述基板的那一部分。
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