[發明專利]一種氧化硅化合物溶液及其應用

在審

• 申請號: 201210417959.6
• 申請日: 2007-10-26
• 公開（公告）號: CN102967993A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: M.A.弗舒倫
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 汪揚

技術領域

本發明涉及采用具有包含模板凹凸圖案的沖壓表面的模具來形成凹凸層的方法。本發明還涉及通過該方法制備的凹凸層以及這種凹凸層在半導體、光學和微機械裝置中的應用。

背景技術

提供具有凹凸圖案的材料層可以使用諸如壓印光刻（imprinting?lithography）這樣的壓花或壓印方法來達成。在US2004/0264019A1中披露了一種示例性方法。在該方法中，較軟的溶膠凝膠層被提供到硬表面基板并經歷壓花方法以在該層的表面內形成圖案。為此，具有包含期望圖案的互補圖案的沖壓表面的模具用于壓花，即模制該較軟的溶膠凝膠層的上表面內的期望圖案。

還披露，在前述方法中例如使用旋涂來提供該溶膠凝膠層的合適溶膠凝膠溶液可以通過將醇鹽（例如，諸如四乙氧基硅烷（TEOS）或四甲氧基硅烷（TMOS）的四烷氧基硅烷）、水和硝酸按照TEOS或TMOS/水/硝酸＝1/4-30/>0.05的摩爾比例混合來制備。硝酸用作TEOS或TMOS轉變為氧化硅溶膠的催化劑，該氧化硅溶膠為氧化硅化合物。在完成反應之后，按照TEOS或TMOS/水/硝酸/丁醇＝1/4-30/0.05/>4的摩爾比例，作為干燥和阻滯劑來添加丁醇。

旋涂工藝例如通過蒸發實現從初始應用的溶膠凝膠溶液的一部分溶劑的去除。得到的部分干燥的溶膠凝膠層是多孔的且類似玻璃，主要由硅土分子簇以及仍存在于微孔中的各種溶劑組成。

所述方法的問題在于，部分干燥的溶膠凝膠層類似玻璃而導致有問題的壓花且所得的凹凸層是多孔的。

發明內容

本發明的目的是提供一種可以通過壓花方法充分地制備的低孔隙度的凹凸層。

本發明由獨立權利要求界定。從屬權利要求界定優選實施例。

在本發明的第一方面，該目的通過提供如權利要求1所述的方法來實現。

用于解決該問題的本發明是基于下述發現和考慮。待制備的凹凸層必須具有低孔隙度從而能夠應用于例如裝置的功能層或者在制造工藝中用作刻蝕掩模。過去認為這可通過使待壓花層內具有高無機質量含量來實現。這要求該部分干燥的氧化硅化合物層具有高濃度的氧化硅化合物。此外，氧化硅化合物必須在壓花期間具有高無機交聯程度，即高Si-O-Si化學鍵合程度。這防止在壓花期間或之后不得不擠出有機物質，導致最終凹凸層內的較低的孔隙度。然而這些要求致使該部分干燥的氧化硅化合物層形成高度粘稠溶液。由此導致特別是使用撓性或脆性模具（stamp）時無法圖案化該層。

本發明的方法組合了具有同時解決這些問題的成分的氧化硅化合物。因此，該方法提供了一種氧化硅化合物，其具有適于獲得期望高質量含量和粘稠度的Si-O-Si化學交聯程度，其中該交聯程度通過添加僅具有用于形成無機交聯的三價而不是四價氧化硅前驅體化合物而被控制。得到的氧化硅化合物在部分干燥的氧化硅化合物層中具有高的溶解度，而仍允許該層的壓花藉此根據模板凹凸層來模制該層，使得該層以適當的方式適應該互補凹凸層。因此，該方法形成具有期望屬性的凹凸層。

該方法的另一優點為，在夾置時通過進一步干燥該層，即，除去該溶劑以及在進一步干燥時引起的由附加Si-O-Si交聯形成的附加反應產物，實現固化。因此，在夾置時無需采用附加固化步驟來固化該壓花層。

在該方法中，干燥時間有利地縮短，因為氧化硅化合物內的無機交聯已經很高。因此，到達形成固化的氧化硅層的交聯程度所需的時間縮短。Si-O-Si交聯程度以及網絡形成范圍通過添加氧化硅化合物前驅體來控制，該氧化硅化合物前驅體包含硅原子，該硅原子化學鍵合到三個氧原子和一個不同于氧的原子，該硅原子和該一個不同于氧的原子之間的化學鍵在該方法中是化學惰性的。因此，與具有化學鍵合到四個氧原子的硅原子的氧化硅化合物前驅體相比，該氧化硅化合物前驅體少一個化合價用于形成Si-O-Si化學鍵。

在該方法的實施例中，該氧化硅化合物包含納米顆粒。納米顆粒指平均直徑小于200nm的顆粒。在任何情形下，所指的顆粒可以以溶膠形式形成穩定的氧化硅化合物，如溶膠－凝膠溶液的情形。優選在該方法中使用納米顆粒，因為納米顆粒為氧化硅溶液提供用于構建凹凸層的無機質量含量，該質量含量可以溶解在溶劑中而得到足以壓花的可成型氧化硅化合物溶液，該納米顆粒已經包含該凹凸層內期望的足夠的無機化學結構，且因此在夾置步驟時不需要大量反應來轉變該化合物且仍允許形成小尺寸的凹凸圖案。顆粒的平均直徑越小，則可以形成越小的凹凸圖案特征。