(57)【要約】  ナノパターンの複製方法を開示する。この方法は、基板を特定すること(110)と；基板の表面を液体層で被覆すること(120)と；ナノパターンのネガを規定する複数の凹部を有する成形型を被覆液体層に十分に近接して位置決めして成形型の複数の凹部の少なくとも一部分を液体層で自己充填させること(130)と；液体層を化学変換させて変換膜がナノパターンを実質的に保持しうるようにすること(140)と；成形型を分離すること(150)と；を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノパターンを複製する方法であって
基板を特定することと；
該基板の表面を液体層で被覆することと；
ナノパターンのネガを規定する複数の凹部を有する成形型を被覆された該液体層に十分に近接して位置決めして該成形型の該複数の凹部の少なくとも一部分を該液体層で自己充填させることと；
該液体層を化学変換させてこの変換された膜が該ナノパターンを実質的に保持しうるようにすることと；
を含む、上記方法。
【請求項２】
前記液体層が、室温および大気圧で前記自己充填が少なくとも部分的に生じるのを可能にするのに適した粘度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記被覆の後かつ前記位置決めの前に溶媒を追い出すことにより前記液体層の前記粘度を増大させることをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記粘度の前記増大が、熱を加えることを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記特定が、通信用途に適合する基板を選択することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
基板の前記特定が、前記基板の光学的、機械的、電気的、商業的、および化学的性質のうちの少なくとも1つに少なくとも部分的に依存する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記基板が少なくとも1種の半導体を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記基板が少なくとも1種の誘電体を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記基板が少なくとも1種の金属を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板が少なくとも1種のプラスチックを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板が少なくとも1種のポリマーを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板が少なくともシリコンを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板が少なくとも1種のガラスを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板が少なくとも二酸化シリコンを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板が少なくともヒ化ガリウムを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１６】
特定された前記基板が複合基板を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記複合基板がInPを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記複合基板がLiNbO3を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記複合基板がガーネットを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記複合基板がSiO2およびSiを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記複合基板がSi3Nxおよびガラスを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記複合基板が単層を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記複合基板が多層を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
特定された前記基板が少なくとも1つのナノパターンでプレパターニングされている、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
特定された前記基板が少なくとも1つのマイクロ構造を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
特定された前記基板が、少なくとも1層の誘電体薄膜を有するBK7ガラスウェーハを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
特定された前記基板が直径約4インチである、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
特定された前記基板が直径約6インチである、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
特定された前記基板が直径約8インチである、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
特定された前記基板が直径約12インチである、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
特定された前記基板が全厚約500ミクロンである、請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
特定された前記基板が前記液体層の化学変換に適した放射線を透過させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
特定された前記基板が前記液体層の化学変換に適した放射線を通さない、請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
液体層の前記被覆がスピンコーティングを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
前記スピンコーティングが、前記基板の実質的に中央近傍に流体を堆積させることを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記堆積が、約1〜5mLの前記液体層を堆積させることを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記基板が約1000〜4000rpmでスピニングされる、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記スピニングが約30〜60秒間行われる、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記液体層が約50〜250nmの厚さに被覆される、請求項１に記載の方法。
【請求項４０】
前記液体層が少なくとも約±10nmの均一度で被覆される、請求項１に記載の方法。
【請求項４１】
前記液体層が前記液体層の厚さの少なくともに約3パーセントの均一度で被覆される、請求項１に記載の方法。
【請求項４２】
前記液体層が前記基板の表面欠陥を低減させる、請求項１に記載の方法。
【請求項４３】
化学変換された前記液体層が酸素エッチング適合性である、請求項１に記載の方法。
【請求項４４】
前記液体層が、重合性化合物および光開始剤を含む重合性複合物を含み、かつ前記膜が、前記基板の表面上にスピンコーティングするのに適した流動性溶液である、請求項１に記載の方法。
【請求項４５】
前記重合性化合物が有機複合物および無機複合物を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記有機複合物が、エポキシ基、メチルアクリレート基、アクリルアミド基、アクリル酸基、ビニル基、もしくはケテンアセチル基を含有するモノマー、オリゴマー、またはそれらの前駆体を含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記無機複合物が、シリコン、アルミニウム、または金属複合物を含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記光開始剤が、遊離基およびカチオンからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４９】
前記流動性溶液が粘度制御剤をさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５０】
前記流動性溶液が滑沢剤をさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５１】
前記流動性溶液が表面改質剤をさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５２】
前記流動性溶液が共開始剤をさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５３】
前記共開始剤が、励起された開始剤による水素引抜きを含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記共開始剤が光誘起電子移動と、それに続くフラグメント化を含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５５】
前記流動性溶液が約0.001〜1000cpsの粘度を有する、請求項４４に記載の方法。
【請求項５６】
前記流動性溶液が約0.1〜1.0cpsの粘度を有する、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記液体層が、前記化学変換の後で前記液体層により前記成形型の形状を保持するのに適した重合性成分を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５８】
前記液体層が、脂肪族アリルウレタン、不揮発性材料、芳香族酸メタクリレート、芳香族アクリル酸エステル、アクリル化ポリエステルオリゴマー、アクリレートモノマー、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ラウリルメタクリレート、脂肪族ジアクリレート、三官能性酸エステル、およびエポキシ樹脂のうちの少なくとも1種を含む重合性成分を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５９】
前記液体層が光開始剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６０】
前記光開始剤が遊離基を含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記光開始剤がカチオン性種を含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
前記流体が光増感剤を含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６３】
前記光開始剤が、ダロキュア(darocure)1173、イルガキュア184、イルガキュア369、907、ポリ{2-ヒドロキシ-2-メチル-1-[4-(1-メチルビニル)フェニル]プロパン-1-オン}と2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシドとメチルベンゾフェノン誘導体とのブレンド、およびトリアリールスルホニウム/ヘキサフルオロアンチモネート塩のうちの少なくとも1種を含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６４】
前記液体層が粘度制御剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６５】
前記粘度制御剤が、ブチルオクチルフタレート、ジカプリルフタレート、ジシクロヘキシルフタレート、ジイソオクチルフタレート、ジメチルセバケート、ならびに高分子可塑剤およびポリマーのうちの少なくとも1種を含む、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記液体層が、内部離型剤、相溶化剤、滑沢剤、カップリング剤、および他の安定剤からなる群から選択される少なくとも1種をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６７】
前記液体層がフッ素化材料をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６８】
前記液体層がシロキサン材料をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６９】
前記液体層が、約0.90〜0.99部の範囲内の重合性成分と約0.1〜0.01部の範囲内の光開始剤とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７０】
前記液体層が、約0.50〜0.99部の範囲内の重合性成分と、約0.1〜0.01部の範囲内の光開始剤と、約0.0〜0.5部の範囲内の粘度制御剤と、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７１】
前記液体層が、約0.50〜0.99部の範囲内の重合性成分と、約0.1〜0.01部の範囲内の光開始剤と、約0.0〜0.5部の範囲内の粘度制御剤と、約0.1〜0.01部の範囲内の他の材料と、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７２】
前記化学変換が熱誘起重合を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７３】
前記熱誘起重合がポリマー鎖上で連鎖成長を引き起こす、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
前記熱誘起重合がポリマー鎖間で架橋を引き起こす、請求項７２に記載の方法。
【請求項７５】
前記化学変換が光開始重合を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７６】
前記光開始重合がポリマー鎖上で連鎖成長を引き起こす、請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記光開始重合がポリマー鎖間で架橋を引き起こす、請求項７５に記載の方法。
【請求項７８】
前記液体層が光増感剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７９】
前記光増感剤が前記液体層の全重量の約0〜約2%を構成する、請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
前記光増感剤がケトンを含む、請求項７８に記載の方法。
【請求項８１】
前記ケトンがベンゾフェノンを含む、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
前記ベンゾフェノンが前記液体層の約0.15重量%を構成する、請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
前記液体層が光重合開始剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８４】
前記光重合開始剤がイルガキュア184を含む、請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
前記光重合開始剤がイルガキュア369開始剤を含む、請求項８３に記載の方法。
【請求項８６】
前記光重合開始剤が前記液体層の約0.01〜約2.0重量パーセントを構成する、請求項８３に記載の方法。
【請求項８７】
前記液体層がカップリング剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８８】
前記カップリング剤がシランを含む、請求項８７に記載の方法。
【請求項８９】
前記シランが、メタクリルオキシプロピルトリス(ビニルジメチルシロキサン)シラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリス(メチルエチルケトキシム)シラン、メチルトリス(メチルイソブチルケトキシム)シラン、メチルビニルジ(メチルエチルケトキシム)シラン、アミノプロピルトリエトキシシラン、トリデカフルオロ-1,1,2,2-テトラヒドロ-オクチルトリエトキシシラン、N-β-(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β-(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-ビス[β-(アミノエチル)]-γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、γ-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、N-β-(N-ビニルベンジルアミノエチル)-γ-アミノプロピル-トリメトキシシラン塩酸塩、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、γ-アニリノプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、オクタデシルジメチル[3-(トリメトキシシリル)プロピル]アンモニウムクロリド、γ-クロロプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ベンジルトリメチルシラン、ビニルトリス(2-メトキシエトキシ)シラン、γ-メタクリルオキシプロピルトリス(2-メトキシエトキシ)シラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシルエチルトリメトキシシラン、γ-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ-イソシアヌルプロピルトリエトキシシラン、およびn-オクチルトリエトキシシランのうちの少なくとも1種を含む、請求項８８に記載の方法。
【請求項９０】
前記カップリング剤が前記液体層の約0〜約5重量パーセントを構成する、請求項８７に記載の方法。
【請求項９１】
前記液体層が粘度調整剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９２】
前記粘度調整剤が前記液体層の約0.1〜約6.0重量パーセントを構成する、請求項９１に記載の方法。
【請求項９３】
前記粘度調整剤が、可塑剤、高分子可塑剤、およびポリマーのうちの少なくとも1種を含む、請求項９１に記載の方法。
【請求項９４】
前記ポリマーがポリアクリレートを含む、請求項９３に記載の方法。
【請求項９５】
前記液体層が離型剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９６】
前記離型剤が前記液体層の約0.01〜約10.0重量%を構成する、請求項９５に記載の方法。
【請求項９７】
前記離型剤が、ポリエーテル変性、ポリエステル変性、および他の主鎖変性シリコーンのうちの少なくとも1種を含む、請求項９５に記載の方法。
【請求項９８】
前記離型剤がポリエステル変性ポリジメチルシロキサンを含む、請求項９７に記載の方法。
【請求項９９】
前記離型剤が非化学反応性である、請求項９５に記載の方法。
【請求項１００】
前記離型剤が化学反応性である、請求項９５に記載の方法。
【請求項１０１】
前記液体層がモノマーを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０２】
前記モノマーが前記液体層の約0.2〜約8.0重量%を構成する、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１０３】
前記モノマーがエステルまたはポリマー主鎖のうちの少なくとも1種を含む、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１０４】
前記エステルがトリメチロールプロパントリアクリレートエステルを含む、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０５】
前記ポリマー主鎖が、ポリエーテル、ポリウレタン、およびポリアミドのうちの少なくとも1種を含む、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０６】
前記液体層が溶媒を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０７】
前記溶媒が前記液体層の約10.0〜約99.50重量%を構成する、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１０８】
前記溶媒が、クロロベンゼン、テトラヒドロフラン、エチルラクテート、N,N'-ジメチルホルムアミド、トルエン、またはクロロホルムのうちの少なくとも1種を含む、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１０９】
前記成形型が、半導体材料、誘電体材料、ポリマー材料、金属、および金属合金のうちの少なくとも1種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１０】
前記半導体材料が、シリコン、炭化シリコン、窒化シリコン、InP、およびGaAsのうちの少なくとも1種を含む、請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１１】
前記誘電体材料がガラスおよび二酸化シリコンのうちの少なくとも1種を含む、請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１２】
前記ポリマー材料がポリカーボネートを含む、請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１３】
前記金属合金がアルミニウムおよびニッケルのうちの少なくとも1種を含む、請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１４】
前記成形型が放射線透過性である、請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１５】
前記放射線が前記液体層の化学変換を促進する、請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１６】
前記成形型が放射線不透過性である、請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１７】
前記放射線が前記液体層の化学変換を促進する、請求項１１６に記載の方法。
【請求項１１８】
前記成形型の表面が、前記成形型と前記液体層との間の付着力を低減させるのに適した離型剤で処理される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１９】
前記離型剤がシロキサン離型剤およびフッ素化離型剤のうちの少なくとも1種を含む、請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２０】
前記成形型が、溶媒浸漬、気相蒸発、ならびにプラズマ式化学気相堆積および化学気相堆積のうちの少なくとも1つで処理されている、請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２１】
前記離型剤がペルフルオロデシルトリクロロシランを含む、請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２２】
前記液体層が前記位置決めにより前記成形型と前記基板との間に実質的に挟置される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２３】
前記位置決めが、前記基板から実質的に均一な距離に前記成形型を位置決めすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２４】
前記均一な距離が約50nm〜数ミクロンの範囲内である、請求項１２３に記載の方法。
【請求項１２５】
前記均一な距離が約100〜300nmの範囲内である、請求項１２４に記載の方法。
【請求項１２６】
前記位置決めが、前記液体層の少なくとも一部分に少なくとも部分的に接触した状態に前記成形型を配置することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２７】
前記位置決めが、前記成形型を制御下で配置することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２８】
前記自己充填が、少なくとも部分的には、前記位置決めに起因して前記液体層に作用する界面力の結果として生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２９】
アクリレート、メタクリレート、アリル、またはエポキシと反応させるのに適した後添加開始剤を投入することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３０】
前記化学変換が、前記液体層を照射することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３１】
前記照射が、紫外線を適用することを含む、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３２】
前記紫外線が約10〜10000mJ/cm2の範囲内のピークパワーで約20秒間供給される、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３３】
前記化学変換が加熱を含む、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３４】
前記液体層が少なくとも1種の溶媒を含み、かつ前記被覆が、前記液体層を加熱して溶媒を実質的に追い出すことをさらに含む、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３５】
前記液体層が少なくとも1種の溶媒を含み、かつ前記被覆が、前記液体層の化学洗浄をさらに含む、請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３６】
前記加熱が、約1〜4時間の範囲内の時間にわたり約115℃まで加熱することを含む、請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３７】
位置決めされた前記成形型と前記基板との間の前記容積を減圧除去して前記基板に対する前記成形型のレベリングを促進するのに適した状態にすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３８】
前記減圧除去が、前記成形型と前記基板との間にトラップされた気泡を除去する働きをする、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１３９】
前記減圧除去が、1つ以上の開口を有する変形可能な容器中に前記成形型と前記基板とを配置することを含み、該容器が少なくとも部分真空に付される、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１４０】
圧力の前記減少が、真空チャンバー中に前記容器を配置することを含む、請求項１３９に記載の方法。
【請求項１４１】
前記変形可能な容器が、擬似バッグを形成する少なくとも1枚のPVCプラスチックシートを含む、請求項１３９に記載の方法。
【請求項１４２】
前記減圧除去が約1分間行われる、請求項１３９に記載の方法。
【請求項１４３】
前記変換成形型に含まれる前記ナノパターンを前記基板中に転写することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４４】
前記転写が反応性イオンエッチングを含む、請求項１４３に記載の方法。
【請求項１４５】
ナノパターンを複製する方法により作製されたデバイスであって、該方法が、
基板の表面を液体層で被覆することと；
ナノパターンのネガを規定する複数の凹部を有する成形型を被覆された該液体層に十分に近接して位置決めして該成形型の該複数の凹部の少なくとも一部分を該液体層で自己充填させることと；
該液体層を化学変換させてこの変換された膜が該ナノパターンを実質的に保持しうるようにすることと；
を含む、上記デバイス。
【請求項１４６】
前記液体層がピクセルアレイに適した蛍燐光体含有化学樹脂を含む、請求項１４５に記載のデバイス。
【請求項１４７】
前記ナノパターンが、電気光学デバイスを提供する働きをする、請求項１４６に記載のデバイス。
【請求項１４８】
前記電気光学デバイスが有機発光ダイオードを含む、請求項１４７に記載のデバイス。
【請求項１４９】
基板上にナノパターンを複製する方法であって、
該基板の表面を流体膜で被覆すること；
該ナノパターンに対応するパターンを含む成形型を、被覆された該流体膜に十分に近接して位置決めして、該成形型の少なくとも一部分を該流体膜で自己充填させることと；
該流体膜を変換して変換された該流体膜が該ナノパターンを少なくとも部分的に保持するようにすることと；
この変換成形型と該表面とを分離させることと；
を含む、上記方法。
【請求項１５０】
基板上にナノパターンを複製するためのシステムであって、
流体膜と；
該基板の表面を該流体膜で被覆するための手段と；
該ナノパターンを示すパターンを含む成形型であって、該成形型の少なくとも一部分を該流体膜で自己充填させるように、被覆された該流体膜に十分に近接して位置決め可能である成形型と；
該流体膜を変換して変換された該流体膜が該ナノパターンを少なくとも部分的に保持するようにするための手段と；
この変換成形型と該表面とを分離させるための手段と；
を含む、上記システム。
【請求項１５１】
表面上に薄層を形成するのに適した化学変換型液体層組成物であって、該層が、
重合性化合物と光開始剤とを含む重合性複合物を含み、該組成物が、基板の表面をスピンコーティングするための流動性溶液であり、かつ該組成物が、成形型のパターン形状を保持するための物質に変換しやすいものである、上記組成物。
【請求項１５２】
前記重合性化合物が有機複合物および無機複合物を含む、請求項１５１に記載の組成物。
【請求項１５３】
前記有機複合物が、エポキシ基、メチルアクリレート基、アクリルアミド基、アクリル酸基、ビニル基、もしくはケテンアセチル基を含有するモノマー、オリゴマー、またはそれらの前駆体を含む、請求項１５２に記載の組成物。
【請求項１５４】
前記無機複合物が、シリコン、アルミニウム、または金属複合物を含む、請求項１５１に記載の組成物。
【請求項１５５】
前記光開始剤が、イーキュア46、ダロキュア1173、イルガキュア184、イルガキュア369、およびヘキサフルオロアンチモネートまたはその塩からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項１５１に記載の組成物。
【請求項１５６】
前記流動性溶液が粘度制御剤をさらに含む、請求項１５１に記載の組成物。
【請求項１５７】
前記流動性溶液が滑沢剤をさらに含む、請求項１５１に記載の組成物。
【請求項１５８】
前記流動性溶液が表面改質剤をさらに含む、請求項１５１に記載の組成物。
【請求項１５９】
前記流動性溶液が共開始剤をさらに含む、請求項１５１に記載の組成物。
【請求項１６０】
前記共開始剤が、励起された前記開始剤による水素引抜きを含む、請求項１５９に記載の組成物。
【請求項１６１】
前記共開始剤が光誘起電子移動と、それに続くフラグメント化を含む、請求項１５９に記載の組成物。
【請求項１６２】
前記流動性溶液が約0.001cps〜100cpsの粘度を有する、請求項１５１に記載の組成物。
【請求項１６３】
添加剤をさらに含む、請求項１５１に記載の組成物。
【請求項１６４】
請求項１５１に記載の組成物で被覆された表面を有するデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本出願は、サブミクロンスケールのパターニングの方法およびシステムという名称で2003年8月19日に出願された米国特許出願第60/496,193号(その全開示内容は、あたかもその全体が本明細書に記載されているがごとく参照により本明細書に組み入れられるものとする)に基づく優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
半導体集積電気回路、集積光回路、集積磁気回路、および集積機械回路、ならびに同様に製造される他のデバイスを作製する場合、一製造方法では、エンボシングまたはナノインプリンティング、ステップアンドフラッシュインプリント、および成形型支援ナノリソグラフィーのような成形技術が必要である。これらの各方法は、具体的な方法や工程または物理的原理が異なるが、いずれの方法も、ナノスケールのパターンを形成するうえで欠点を抱えている。いずれも、一般的には、リソグラフィーを含むものとして分類されうる。
【０００３】
エンボシングでは、転移温度をわずかに超えるまで加熱されたポリマー中にスタンプを圧入することが必要である。エンボシングは、一般的には、均一なパターンを生成し、比較的容易な成形型分離を提供するが、エンボシングは、一般的には、ナノスケールのデバイスの構築に関していくつかの欠点を有する。エンボシングは、高温または少なくとも昇温で行われ、高圧を含み、バルク構造体に作用し、結果としてナノスケールのパターン転写に限界を生じる。これらの各欠点は、ナノスケールのパターンを構築するうえでエンボシングの有用性を低減させる。
【０００４】
射出成形では、一般的には、所望のポリマーを溶融して成形型中に溶融ポリマーを押入することが必要である。射出成形は、均一なパターンを生成し、容易な成形型分離を提供するが、射出成形は、ナノスケールのデバイスを構築するうえで多くの欠点を抱えている。たとえば、射出成形は、昇温、高圧、バルク構造体を必要とし、結果としてナノスケールのパターン転写に限界を生じる。これらの欠点は、ナノスケールのパターンを構築するうえで射出成形の有用性を低減させる。
【０００５】
ナノインプリントリソグラフィーは、一般的には、表面上に被覆された薄膜中に超微細パターンを構築するようにデザインされたリソグラフィー法として記述されうる。この方法では、基板に適用された薄膜中に成形型を圧入することにより、薄膜中に少なくとも1つの対応する凹部を構築することが必要である。薄膜中のパターンは、反応性イオンエッチング(RIE)またはプラズマエッチングのような技術を用いて基板中に転写される。ナノインプリントリソグラフィーは、単層中にナノスケールレベルで制御可能な厚さの均一なパターンを生成しうるが、ナノインプリントは、昇温および高圧を必要とする。したがって、好適な方法で圧力および昇温を適用することのできる成形装置が必要となりうる。
【０００６】
ステップアンドフラッシュインプリントでは、一般的には、透過性テンプレートおよび紫外線硬化性材料を利用して室温および低圧でパターン複製を行うことが可能である。この技術を用いると、倍率誤差や歪み誤差の減少だけでなく、テンプレート-基板のアライメントの改善も可能である。ステップアンドフラッシュインプリンティングは、室温で行われ、容易な成形型分離を提供しうるが、ステップアンドフラッシュインプリントは、ナノスケールのパターンに関して多くの欠点を抱えている。ステップアンドフラッシュインプリントは、低圧〜中圧レベルを必要とし、多くの場合、不均一なパターンを生じる。さらに、ステップアンドフラッシュインプリントは、画像形成層上または転写層上で操作される。ステップアンドフラッシュインプリンティングが多くのナノスケール用途に適用できないものであるとみなすのに、パターンの不均一度だけで十分であろう。
【０００７】
成形型支援ナノリソグラフィーは、低圧または中圧を用いて室温で行うことが可能であり、単層構造体にナノスケールのパターンを転写する能力を有する。しかし、この技術は、パターンの均一度が多くの場合不足しているという欠点を抱えている。不均一なパターンは、多くの場合望ましくなく、多くのナノスケール用途に対する成形型支援ナノリソグラフィーの有用性を制限する。
【発明の開示】
【０００８】
発明の概要
ナノパターンの複製方法を開示する。この方法は、基板を特定すること(identifying)と；制御された厚さおよび良好な膜均一度を有する液体層で基板の表面を被覆することと；ナノパターンのネガ(negative)を規定する複数の凹部を有する成形型(mold)を被覆液体層に十分に近接して位置決めして成形型の複数の凹部の少なくとも一部分を液体層で自己充填(self-fill)させることと；液体層を化学変換させてその変換された膜がナノパターンを実質的に保持しうるようにすることと；を含む。
【０００９】
さらに、液体層組成物を開示する。この流体膜組成物は、重合性化合物と光開始剤とを含む重合性複合物を含む。ただし、組成物は、基板の表面をスピンコーティングするための流動性溶液であり、かつ組成物は、成形型のパターン形状を保持するための物質に変換しやすいものである。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を添付の図面と組み合わせて検討することにより、本発明の理解が容易になるであろう。図面中、同じ数字は、同じ部分を意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
好ましい実施形態の詳細な説明
当然のことながら、本発明に係る図および説明は、本発明を明確に理解するのに適切な要素を示すように単純化されたものであり、はっきりさせる目的で、典型的なリソグラフィー法に見いだされる多くの他の要素およびその製造法は省略されている。当業者であれば、他の要素および/または工程が本発明を実施するうえで所望および/または所要のものであることはわかるであろう。しかしながら、そのような要素および工程は当技術分野で周知であるので、しかもそれらは本発明のより良い理解の助けにはならないので、そのような要素および工程についての考察は本明細書では行われていない。
【００１２】
次に図1について説明する。この図には、本発明の態様に基づくパターンの形成方法100が示されている。本発明に基づいて形成されるパターンは、リソグラフィーマスクとして使用可能である。さらに、本発明に基づいて形成されるパターンは、発光ダイオード(LED)のような発光デバイスや光電子デバイスなどのデバイスまたはその一部分として使用可能である。ただし、これらに限定されるものではなく、単に例として示したにすぎない。単に完全を期す目的で(ただし、この目的に限定されるものではない)、関連技術分野の当業者には当然のことであろうが、形成可能なLEDの一タイプは、有機LED(OLED)である。さらに、光電子デバイスには、一般的には、光を発生しかつ/または光に応答するデバイスが包含される。それにもかかわらず、本発明に基づいて形成されるパターンの使用法によって本発明を限定しようとするものではない。
【００１３】
方法100は、一般的には、基板を特定すること110と、液体層で基板を被覆すること120と、液体層がパターン中の間隙に整合しうるように、パターンを含む成形型を液体層に近接して位置決めすること130と、整合パターンを保持するように液体層を化学変換すること140と、化学変換された形状保持膜を成形型から分離すること150と、を含みうる。
【００１４】
次に図2についても説明する。特定すること110は、たとえば通信のような所望の用途に適合しうる基板210を選択することを含みうる。これに関連して、基板210は、所望の光学的、機械的、電気的、商業的(たとえば経費的)、もしくは化学的性質、またはこれらの性質の組合せに応じて選択可能である。特定された基板は、所望の用途に関連する多種多様な材料、たとえば、半導体、誘電体、金属、およびプラスチック、より特定的には、ポリマー、シリコン、ガラス、二酸化シリコン、およびヒ化ガリウムのうちのいずれかの形態をとりうる。ただし、これらに限定されるものではなく、単に例として示したにすぎない。さらに、特定された基板210は、InP、LiNbO3、ガーネット、SiO2/Si基板、またはSi3Nx/ガラス基板のような複合基板の形態をとることも可能であり、単層または多層を含みうる。ただし、これらに限定されるものではなく、単に例として示したにすぎない。さらに、特定された基板210は、本発明に基づいてまたは他の方法で形成可能なナノ構造パターンまたはマイクロ構造パターンのような加工形状を有するようにプレパターニングまたは前処理されたものであってもよい。ただし、これらに限定されるものではなく、単に例として示したにすぎない。
【００１５】
たとえば、全厚さ約500ミクロンの複数の誘電体薄膜を有する直径4インチのBK7ガラスウェーハは、基板210として特定または選択された110でありうる。BK7ガラスウェーハと併用するのに好適な薄膜としては、Si3Nx、HFO2、SiO2、またはTa2O5が挙げられうる。たとえば、厚さ0.5mmのBK7グラスの上にある50nm〜200nmのHFO2層の上の100nm〜300nmのSiO2層の上の50nm〜100nmのHFO2層の上に、500nm〜1000nmのSiO2層を提供しうる。他方の側では、厚さ0.5mmのBK7グラスの上の50nm〜200nmのHFO2層の上に、50nm〜200nmのSiO2層を提供しうる。さらなる例として、厚さ0.43mmのBK7ガラス基板の上にある50nm〜200nmのHFO2層の上の50nm〜200nmのSiO2層の上の50nm〜200nmのHFO2層の上に、500nm〜1000nmの窒化シリコン層を提供しうる。ただし、これに限定されるものではない。さらなる例として、厚さ430ミクロンのOharaガラス基板の上にある50nm〜150nmのAl2O3層の上に、500nm〜1000nmの窒化シリコン層を提供しうる。ただし、これに限定されるものではない。他方の側では、430ミクロンのOharaガラス基板の上にある30nm〜100nmのHFO2の上に、100nm〜200nmのSiO2を提供しうる。さらなる例として、厚さ500ミクロンのポリカーボネート(PC)プラスチック基板またはポリイミドプラスチック基板の上にある10nm〜50nmのSiO2層の上に、50nm〜250nmのアルミニウム層を提供しうる。ただし、これに限定されるものではない。
【００１６】
基板210は、放射線透過性であっても半透過性であっても不透過性であってもよく、場合により、パターン化形状を保持するのに好適な物質に液体層を化学変換するのに役立てるべく放射線を使用することも可能である。
【００１７】
図1および2についてさらに説明する。基板210は、関連技術分野の当業者に公知の好適な方法を用いて、化学変換可能な液体組成物層220または液体層で被覆可能である120。たとえば、液体層被覆物220は、基板210上にスピンコーティング可能である。限定されるものではなく単なる例として、スピンコーティングでは、一般的には、特定量(たとえば数mL)の薄膜流体を基板の中央近傍に堆積させることが必要である。たとえば、約1〜5mLの薄膜流体を4インチウェーハ基板上に堆積させたり、注いだり、または滴下したりすることが可能である。堆積された流体は、一般的には、パターニングに使用される基板の大部分または基板の一部分のような閾値量を覆うまで展開させることが可能である。その際、遠心力によりさらに展開させて基板を流体で均一に被覆するように、基板を加速することが可能である。液体膜の最終厚さは、従来のよく理解されたスピンコーティング技術に適合させることが可能であり、流体溶液の粘度および濃度、スピン速度および加速率、ならびに表面張力などのような特定の変数の関数でありうる。たとえば、スピンコーティングは、約1000〜4000rpmの速度まで基板を加速して、その状態に約30〜60秒間保持することを含みうる。
【００１８】
したがって、約50nm〜250nmの厚さおよび限定されるものではないがおおよそ±10nmまたはフィルム厚さの3%よりも良好な均一度で、基板210を被覆しうる。液体層被覆物220は、被覆される基板210の表面欠陥を低減させうるので、結果として基板/液体層被覆複合構造体の平坦度または粗度が改良される。他の選択肢として、基板210の表面のいくらかの非平坦部、欠陥、または起伏が液体層を貫通して液体層220の表面に残存するように、液体層被覆物220を特定の厚さで基板210に適用することが可能である120。
【００１９】
本発明の態様によれば、液体層に用いられる材料は、好ましくは特定の性質を有する。たとえば、それは、好ましくは、制御された厚さおよび均一度でスピンコーティング可能である。それにもかかわらず、流体は、基板上にスピンコーティングされた後は位置安定な状態でそこに保持されるような好適な性質を有することがさらに望ましい。そのようなことを達成するために、流体は、室温で約0.001cps〜1,000cpsの初期粘度を有しうる。スピンコーティングされた後、溶媒のような成分を追い出すのに十分な程度までそれを加熱することなどにより、材料を処理しうる。その後、それは、室温で約0.01cps〜10,000cpsの粘度を有しうる。以下でさらに詳細に考察されるように、そのような粘度はまた、成形型の間隙への流体の自己整合(self-conforming)を促進しうる。さらに、材料は、成形型ならびにエネルギー開始剤(たとえば光開始剤)および他の添加剤(たとえば、光増感剤、相溶化剤、安定剤、粘度制御剤など)に関連付けられる特定の剥離特性を呈することが望ましいこともある。添加剤は、たとえば、配合物の0〜70%を構成しうる。
【００２０】
本発明の態様によれば、液体層中におけるケイ素含有複合物の使用を軽減しうる。有利なことに、これにより、本発明に係る方法および本発明の態様に基づく中間製品は、酸素エッチングに適合しうるようになる。関連技術分野の当業者にはごく当然のことであろうが、酸素エッチングは、通常は基板をエッチングすることはなく比較的安全かつ容易に使用されるので他の形態のエッチングよりも好ましい可能性がある。限定されるものではなく単にさらなる説明として、複合物が十分なケイ素を含有する場合、一般的には酸素エッチングは実際上適用できないので、CF4やCHF3などのようなより危険性の高い化学物質を使用する必要のある他のタイプのエッチングが行われることが多い。そうとは言え、所望によりケイ素含有複合物を液体層で使用してもよい。
【００２１】
本発明の態様によれば、物理的処理を併用してまたは併用せずにポリマー単位への変換が可能なタイプの組成物である液体層220が提供される。本発明の態様によれば、液体層220を重合して成形型形状を保持しうるように、液体層220は重合性複合物を有する。したがって、この態様では、液体層組成物の重合性複合物の一部分として重合性化合物またはポリマーの前駆体を使用することが必要になりうる。たとえば、ホモポリマーまたはコポリマーが得られるように、重合性モノマーもしくはオリゴマーまたはそれらの組合せをビルディングブロックとして使用することができる。当業者に公知である多くの重合性化合物が存在する。これらとしては、たとえば、エポキシ基、メチルアクリレート基、アクリルアミド基、アクリル酸基、ビニル基、ケテンアセチル基を含有するモノマー、オリゴマーのような有機材料(または複合物)、ならびにケイ素、アルミニウム、および他の金属または半金属の複合物のような無機複合物が挙げられる。好適な重合性複合物は、少なくとも1種の重合性化合物または前駆体と、場合により希釈剤および/または溶媒と、を含みうる。希釈剤は、本発明の目的では溶媒と同じではない。本明細書中で使用される希釈剤は、成分の1つでありかつ最終膜の一部分を形成する反応性成分の1つを意味する。溶媒は、最終膜の一部であることが意図されるものではない。溶媒は、液体層組成物の粘度を制御するために使用可能であり、最終組成物における溶媒の使用は、被覆方法に依存して場合により可能である。たとえば、溶媒は、基板をスピンコーティングするために用いられる組成物の粘度を調整するために必要になりうる。使用しうる典型的な溶媒としては、トルエン、ジメチルホルムアミド、クロロベンゼン、キシレン、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)、メチレンクロリド、エチレンクロリド、四塩化炭素、クロロホルム、低級アルキルエーテル(たとえば、ジエチルエーテルおよびメチルエチルエーテル)、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、アセトン、エチルアセテートなどが挙げられる。溶媒または溶媒混合物の沸騰は、200C未満でありうる。所与の系に好適な溶媒の選択は、当該技術の範囲内および/または本開示の考慮対象内にあろう。
【００２２】
したがって、液体層の組成物は、その最も単純な形態では、重合性複合物(たとえば、オリゴマーまたはモノマー)を含む。便宜を図る目的で、重合性複合物は、本明細書中では本発明に係る液体層組成物の第1の部分を意味するものとする。場合により、ポリマー単位を形成する液体層の能力を著しく損なわないかぎり、第2の部分、第3の部分、第4の部分などのような他の部分(または材料)を液体層組成物の一部分として添加してもよい。他の部分または添加剤の例としては、たとえば、少なくとも1種の光開始剤および他のそのような添加剤、内部離型剤、および滑沢剤が挙げられうる。
【００２３】
したがって、限定されるものではなく単なる例として、液体層220の第1の部分としては、単官能性もしくは多官能性のメチルアクリレートおよびエポキシ、さまざまな分子量のポリエーテル、ポリエステル、ポリシロキサン、およびポリウレタンを含むモノマー樹脂またはオリゴマー樹脂が挙げられうる。たとえば、分子量は、重量平均分子量100〜10,000の範囲内でありうる。
【００２４】
表面をスピンコーティングするために使用される流体の流動性は、組成物の成分、成分の化学構造、および成分の分子量に依存しうる。組成物中に有機可塑剤または高分子化合物のような粘度制御剤を組み込んで流動性を制御することが可能である。主鎖の可撓性および主鎖間の相互作用、主鎖のグラフト度または官能価、末端反応基の化学構造のような他の因子もまた、流動性を調整する際に考慮の対象になりうる。室温で約100cpsまでの初期粘度を有する本発明に係る流体希薄(thin)組成物は、表面をスピンコーティングするのに適した流動性である。
【００２５】
限定されるものではなく単なる例として、そのような第1の部分としては、脂肪族アリルウレタン、不揮発性材料、芳香族酸メタクリレート、芳香族アクリル酸エステル、アクリル化ポリエステルオリゴマー、アクリレートモノマー、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ラウリルメタクリレート、脂肪族ジアクリレート、三官能性酸エステル、またはエポキシ樹脂が挙げられうる。
【００２６】
液体層220の第2の部分としては、遊離基種もしくはカチオン性種のような光開始剤および/または光増感剤が挙げられうる。遊離基光開始剤としては、アセトフェノン類、アリールグリオキサレート類、アシルホスフィンオキシド類、ベンゾインエーテル類、ベンジルケタール類、チオキサントン類、クロロアルキルトリアジン類、トリアシルイミダゾール類、ピリリウム化合物類、スルホニウム塩類およびヨードニウム塩類、メルカプト化合物類、キノン類、アゾ化合物類、有機ペルオキシド類、ならびにそれらの混合物が挙げられうる。カチオン性光開始剤としては、オニウムカチオンと金属またはメタロイドのハロゲン含有錯体アニオンとを有するメタロセン塩、さらにはヨードニウム塩およびスルホニウム塩、有機金属錯体カチオンと金属またはメタロイドのハロゲン含有錯体アニオンとを有するメタロセン塩が挙げられうる。光開始剤の混合物もまた有用でありうる。流体膜220の第3の部分としては、粘度制御剤が挙げられうる。限定されるものではなく例として、そのような可塑剤としては、ブチルオクチルフタレート、ジカプリルフタレート、ジシクロヘキシルフタレート、ジイソオクチルフタレート、ジメチルセバケート、ならびに高分子可塑剤またはポリマーが挙げられうる。
【００２７】
流体膜220の第4の部分としては、所望または所要により液体層220に特定の特性を付加する他の材料、たとえば、内部離型剤、相溶化剤、カップリング剤、滑沢剤、および他の安定剤が挙げられうる。限定されるものではなく例として、そのような他の材料は、フッ素化構造またはシロキサン型構造を含みうる。
【００２８】
特定の液体層220は、部分1〜4に関連して先に述べたものから選択される要素を含みうる。特定的には、限定されるものではなく例として、液体層220は、第1の部分から選択される少なくとも1つの要素と、第2の部分から選択される少なくとも1つの要素と、を含みうる。たとえば、流体膜は、0.90〜0.99部の第1の部分と0.1〜0.01部の第2の部分とよりなる形態をとりうる。液体層は、第1の部分から選択される少なくとも1つの要素と、第2の部分から選択される少なくとも1つの要素と、第3の部分から選択される少なくとも1つの要素と、を含みうる。たとえば、流体膜は、0.50〜0.99部の第1の部分と、0.1〜0.01部の第2の部分と、0.0〜0.5部の第3の部分と、よりなる形態をとりうる。または、流体膜は、第1の部分から選択される少なくとも1つの要素と、第2の部分から選択される少なくとも1つの要素と、第3の部分から選択される少なくとも1つの要素と、第4の部分から選択される少なくとも1つの要素と、を含みうる。たとえば、流体膜は、0.50〜0.99部の第1の部分と、0.1〜0.01部の第2の部分と、0.0〜0.50部の第3の部分と、0.1〜0.01部の第4の部分と、よりなる形態をとりうる。
【００２９】
さらなる例として、熱重合および光開始重合は、一般的には、連鎖成長またはポリマー鎖間の架橋を生じうる。本発明の態様によれば、成長または硬化されるポリマー上またはオリゴマー上のアクリレート基、メタクリレート基、アリル基、エポキシ基、または他の官能基と反応させるのに好適な後添加開始剤を提供しうる。特定の開始剤および開始剤の使用量は、反応温度、溶媒の量およびタイプ(溶液重合の場合)などのような当業者に公知の因子に依存する。
【００３０】
硬化を引き起こすために使用されるエネルギーは、一般的には、本質的に紫外線(UV)であるかまたはそれとは異なる他の放射線源に由来するものである。反応層における重合は、反応性ポリマーにより、またはカップリング剤と反応性ポリマーもしくはオリゴマー、モノマーとの反応により、行うことが可能であり、他の選択肢として、配合物中のオリゴマー/モノマーの光開始重合により硬化させることも可能である。系は、直線形状からグラフト化形状、超分枝形状、スター形状、さらにはデンドリマー形状までの構造(ただし、これらに限定されるものではない)を有する主鎖として、ポリエステル、ポリエーテル、ポリウレタン、またはポリアクリレートを使用しうる。
【００３１】
反応層の物理的性質は、所望の膜を作製すべくさまざまな混合物を用いることにより調節可能である。本発明の態様によれば、本発明に係る流体膜220は、芳香族主鎖、脂肪族主鎖、または芳香族脂肪族混合主鎖を有する少なくとも1種のオリゴマーを含む。反応させると、流体膜220中のオリゴマーは重合して、純粋なオリゴマーまたは純粋なポリマーが呈する性質と対比して改良された性質を有する固体膜を形成する。他の選択肢として、純粋なオリゴマーの代わりに共反応性オリゴマー混合物またはモノマー混合物を使用して、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、ポリマーブレンド、および相溶性ポリマー(ただし、これらに限定されるものではない)を含む硬化膜を形成することが可能であり、それにより、所望の膜の性質の調節がさらに達成される。
【００３２】
硬化性種としては、遊離基重合性または遊離基架橋性のエチレン性不飽和種、たとえば、アクリレート、メタクリレート、および特定のビニル化合物(たとえばスチレン)、さらにはカチオン重合性のモノマーおよびオリゴマーならびにカチオン架橋性のポリマー(たとえば、エポキシ、ビニルエーテル、シアネートエステルなど)など、さらには混合物が挙げられうる。
【００３３】
好適な遊離基重合性種としては、モノ、ジ、およびポリアクリレートならびにメタクリレート(たとえば、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、ステアリルアクリレート、アリルアクリレート、トリスヒドロキシエチルイソシアヌレートトリメタクリレート、分子量約200〜500のポリエチレングリコールのビス-アクリレートおよびビス-メタクリレート、グリセロールジアクリレート、グリセロールトリアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、n-ヘキシルアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、1,2,4-ブタントリオールトリメタクリレート、1,4-シクロヘキサンジオールジアクリレート、ペンタエリトリトールトリアクリレート、ペンタエリトリトールテトラアクリレート、ペンタエリトリトールテトラメタクリレート、ソルビトールヘキサアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、1,3-プロパンジオールジアクリレート、1,3-プロパンジオールジメタクリレート、ビス[1-(2-アクリルオキシ)]-p-エトキシフェニルジメチルメタン、ビス[1-(3-アクリルオキシ-2-ヒドロキシ)]-p-プロポキシフェニルジメチルメタン)、アクリル化モノマー、アクリル化オリゴマーの共重合性混合物；不飽和アミド(たとえば、メチレンビス-アクリルアミド、メチレンビス-メタクリルアミド、1,6-ヘキサメチレンビス-アクリルアミド、ジエチレントリアミントリス-アクリルアミド、およびベータ-メタクリルアミノエチルメタクリレート)；ビニル化合物(たとえば、スチレン、ジアリルフタレート、ジビニルスクシネート、ジビニルアジペート、およびジビニルフタレート)；など；ならびにそれらの混合物が挙げられうる。反応性ポリマーとしては、ペンダント(メタ)アクリレート基を有するポリマーが挙げられる。Sartomer製のSarbox.TM.樹脂。ヒドロカルビル主鎖と、遊離基重合性官能基が結合されたペンダントペプチド基と、を有する他のポリマーもまた、反応性である。
【００３４】
好適なカチオン重合性種としては、エポキシ樹脂(単量体エポキシ化合物および高分子タイプのエポキシド)が挙げられうる。たとえば、ポリオキシアルキレングリコールのジグリシジルエーテル、ポリブタジエンポリエポキシド、およびグリシジルメタクリレートのポリマーまたはコポリマー。エポキシドは、純粋な化合物でありうるか、または主鎖のさまざまな位置に1つ、2つ、もしくはそれ以上のエポキシ基を含有する化合物の混合物でありうる。これらのエポキシ含有材料は、それらの主鎖および置換基の性質が大きく異なりうる。エポキシ含有材料の分子量は、約58〜約100,000またはそれ以上のさまざまな値をとりうる。
【００３５】
他のエポキシ材料は、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、3,4-エポキシ-2-メチルシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシ-2-メチルシクロヘキサンカルボキシレート、ビス(3,4-エポキシ-6-メチルシクロヘキシルメチル)アジペートにより代表されるエポキシシクロヘキサンカルボキシレート類のようにシクロヘキセンオキシド基を含有しうる。
【００３６】
有用と思われる他のエポキシ含有材料としては、グリシジルエーテルモノマーが挙げられる。主鎖上または鎖の末端にペンダントするエポキシ基を有するポリマーもまた、我々の目的に使用可能である。
【００３７】
流体膜220はまた、約0.2〜約8.0重量%のモノマーを含有しうる。モノマーは、エステルをベースにしたものでありうる。官能基は、さまざまな数(1を超える)で存在可能であり、その化学構造は、たとえば、不飽和エステルであるアクリレートからエポキシまでさまざまである。重合性単官能性ビニルモノマーの例としては、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム、ビニルイミダゾール、およびビニルピリジン；イソボルニル(メタ)アクリレート、ボルニル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、およびシクロヘキシル(メタ)アクリレートのような脂環式構造を含有する(メタ)アクリレート；ベンジル(メタ)アクリレート、4-ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、アクリロイルモルホリン、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、アミル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、ヘプチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ウンデシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシエチレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、イソブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、t-オクチル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、7-アミノ-3,7-ジメチルオクチル(メタ)アクリレート、N,N-ジエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシブチルビニルエーテル、ラウリルビニルエーテル、セチルビニルエーテル、2-エチルヘキシルビニルエーテル、アクリレートモノマーが挙げられうる。
【００３８】
流体膜220の組成物は、組成物の全重量あたり約0〜約5.0重量%の光増感剤を含みうる。光増感剤液体層は、一光子または多光子光増感剤を含みうる。一光子光増感剤としては、ケトン類、クマリン染料(たとえば、ケトクマリン類)、キサンテン染料、アクリジン染料、チアゾール染料、チアジン染料、オキサジン染料、アジン染料、アミノケトン染料、ポルフィリン類、芳香族多環式炭化水素類、p-置換アミノスチリルケトン化合物類、アミノトリアリールメタン類、メロシアニン類、スクアリリウム染料、およびピリジニウム染料が挙げられうる。光増感剤の混合物を利用することも可能である。高感度を必要とする用途では、ジュロリジニル部分を含有する光増感剤が好ましいこともある。
【００３９】
場合により、電子供与体化合物を使用して光開始剤系の一光子光感度を増大させることが可能である。そのような電子供与体化合物としては、アミン類(たとえば、トリエタノールアミン、ヒドラジン、1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、トリフェニルアミン(ならびにそのトリフェニルホスフィン類似体およびトリフェニルアルシン類似体)、アミノアルデヒド類、およびアミノシラン類)、アミド類(たとえばホスホルアミド類)、エーテル類(たとえばチオエーテル類)、ウレア類(たとえばチオウレア類)、スルフィン酸類およびそれらの塩、フェロシアニドの塩、アスコルビン酸およびその塩、ジチオカルバミン酸およびその塩、キサンテート類の塩、エチレンジアミン四酢酸の塩、(アルキル)n(アリール)mボレートの塩(n+m=4)(テトラアルキルアンモニウム塩が好ましい)、SnR4化合物(式中、各Rは、独立して、アルキル基、アラルキル基、アリール基、およびアルカリール基から選択される)、フェロセンなどのような種々の有機金属化合物、ならびにそれらの混合物が挙げられうる。電子供与体化合物は、無置換であってもよいし、1つ以上の非妨害性置換基で置換されていてもよい。
【００４０】
多光子光増感剤は多光子アップコンバート無機蛍燐光体でありうる。たとえば、蛍燐光体は、セラミックスホスト格子内に配位した希土類イオンの光学的マッチド対(optically matched pairs)を含有する。
【００４１】
流体膜220はまた、約0.01〜約2.0重量%の光重合開始剤を含有しうる。例として、系内の反応性官能基の化学構造にもよるが、遊離基種とカチオン性種の両方を使用することが可能である。ただし、これに限定されるものではない。光開始剤の簡略リストについては、本明細書中で先に述べた。より多くの光開始剤を列挙すると、アセトフェノン；2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニルホスフィン；アニソイン；アントラキノン；a,a-ジメトキシ-a-ヒドロキシアセトフェノン；2-メチル-1-(4-メチルチオ)フェニル-2-モルホリノ-プロパン-1-オン；1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン；4-(4-メチルフェニルチオフェニル)-フェニルメタノン；2-イソプロピルおよび4-イソプロピルチオキサントンのフェニルトリブロモメチルスルホン；ポリ{2-ヒドロキシ-2-メチル-1-[4-(1-メチルビニル)フェニル]プロパン-1-オン}と2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシドとメチルベンゾフェノン誘導体とのブレンド；エチル4-(ジメチルアミノ)ベンゾエート；メチルフェニルグリオキシレート；4-メチルベンゾフェノンとベンゾフェノンとのブレンド(1:1)；ベンジル；(ベンゼン)ヒドロキシベンゾフェノン；カンホルキノン；2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン；トリカルボニルクロム；オニウムカチオンと金属またはメタロイドのハロゲン含有錯体アニオンとを有するメタロセン塩；ヨードニウム塩およびスルホニウム塩、ならびに有機金属錯体カチオンと金属またはメタロイドのハロゲン含有錯体アニオンとを有するメタロセン塩が挙げられうる。
【００４２】
光重合開始剤としてはまた、たとえば、イルガキュア(Irgacure)184または369開始剤が挙げられうる。
【００４３】
流体膜220はまた、硬化材料と硬化材料を含有する材料との間の接着性を両材料間に相互作用を引き起こすことにより増強する目的に好適な約0〜約2.0重量%のカップリング剤を含有しうる。カップリング剤としては、例として、メタクリルオキシプロピルトリス(ビニルジメチルシロキサン)シラン、メチルトリス(メチルエチルケトキシム)シラン、メチルトリス(メチルイソブチルケトキシム)シラン、メチルビニルジ(メチルエチルケトキシム)シラン、アミノプロピルトリエトキシシラン、N-β-(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、γ-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、N-β-(N-ビニルベンジルアミノエチル)-γ-アミノプロピル-トリメトキシシラン塩酸塩、ビニルトリアセトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、γ-アニリノプロピルトリメトキシシラン、オクタデシルジメチル[3-(トリメトキシシリル)プロピル]アンモニウムクロリド、γ-クロロプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ベンジルトリメチルシラン、ビニルトリス(2-メトキシエトキシ)シラン、γ-メタクリルオキシプロピルトリス(2-メトキシエトキシ)シラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、およびn-オクチルトリエトキシシランのようなシランが挙げられうるが、これらに限定されるものではない。
【００４４】
流体膜220はまた、約0.1〜約6.0重量%の粘度調整剤を含有しうる。粘度調整剤には、可塑剤、高分子可塑剤、またはポリマーが包含されうる。粘度調整剤としては、アジピン酸誘導体：ジカプリルアジペート；ジ-(2-エチルヘキシルアジペート)；アゼライン酸誘導体：ジ(2-エチルヘキシルアゼレート)；ジ-n-ヘキシルアゼレート；安息香酸誘導体：ジエチレングリコールジベンゾエート；ジプロピレングリコールジベンゾエート；ポリエチレングリコール200ジベンゾエート；クエン酸誘導体：アセチルトリ-n-ブチルシトレート；アセチルトリエチルシトレート；ダイマー酸誘導体：ビス-(2-ヒドロキシエチルジメレート)；エポキシ誘導体：エポキシ化アマニ油；エポキシ化ダイズ油；フマル酸誘導体：ジブチルフマレート；グリセリル誘導体：グリセリルトリアセテート；イソブチレート誘導体：2,2,4-トリメチル1,3-ペンタンジオール、ジイソブチレート；イソフタル酸誘導体：ジメチルイソフタレート；ジフェニルイソフタレート；ラウリン酸誘導体：メチルラウレート；リノール酸誘導体：メチルリノレエート；マレイン酸誘導体：ジ-n-ブチルマレエート；ジ(2-エチルヘキシル)マレエート；メリテート：トリカプリルトリメリテート；トリイソデシルトリメリテート；ミリスチン酸誘導体：イソプロピルミリステート；オレイン酸誘導体：ブチルオレエート；グリセロールモノオレエート；パルミチン酸誘導体：イソプロピルパルミテート；メチルパルミテート；パラフィン誘導体：クロロパラフィン、50% Cl；リン酸誘導体：イソデシルジフェニルホスフェート；トリブチルホスフェート；フタル酸誘導体：ブチルベンジルフタレート；ジ-n-ブチルフタレート；リシノール酸誘導体：n-ブチルアセチルリシノレエート；セバシン酸誘導体：ジブチルセバケート；ステアリン酸誘導体：グリセロールモノステアレート；プロピレングリコールモノステアレート；コハク酸誘導体：ジエチルスクシネート；スルホン酸誘導体：Nエチルo,p-トルエンスルホンアミド；o,p-トルエンスルホンアミド；高分子：EDENOL 9790；ポリアクリル樹脂および他のポリマーが挙げられうる。ただし、これらに限定されるものではなく、単に例として示したにすぎない。
【００４５】
流体膜220はまた、約0.01〜約10.0重量%の離型剤を含有しうる。離型剤には、F系またはSi系の化合物が包含されうる。そのようなSi系化合物では、離型剤としては、ポリエーテル変性またはポリエステル変性および他の主鎖変性シリコーン、たとえば、ポリエステル変性ポリジメチルシロキサンが挙げられうる。ただし、これに限定されるものではない。シルセスキオキサンのような他のシリコーンを使用することも可能である。このほか、F系化合物または過フッ素化化合物もしくはポリマーを使用することも可能である。離型剤は、非化学反応性もしくは化学反応性のいずれかまたはその両方でありうる。
【００４６】
流体膜220は、場合により、約10.0〜約99.50重量%の溶媒を含みうる。溶媒は、例として、クロロベンゼン、テトラヒドロフラン、エチルラクテート、N,N'ジメチルホルムアミド、トルエン、またはクロロホルムでありうる。ただし、これらに限定されるものではない。たとえば、クロロベンゼンは、組成物の99.5wt%程度の多量またはそれよりもわずかに少ない量、たとえば、約90.5〜91重量%または約90.7wt%で、液体層中に存在しうる。単一溶媒に加えて、2種以上の溶媒を液体層組成物中で使用することも可能である。たとえば、約0.25重量%〜0.3重量%の範囲内でキシレンを存在させることが可能であるかまたはクロロベンゼンに加えて存在させることが可能である。本明細書中で表されるパーセントはすべて、重量基準である。「wt%」または「重量%」は、液体層組成物の全重量あたりの重量部を意味する。
【００４７】
好ましい実施形態の第1のクラスによれば、組成物は、モノマーと少なくとも1種のオリゴマーと粘度制御剤とを有する。モノマーは、たとえば、トリメチロールプロパントリアクリレートエステルでありうる。それは、0.2wt%程度の低レベルおよび10wt%程度の高レベル、好ましくは約8.0wt%、より好ましくは約3.5〜3.7wt%のレベルで、組成物中に存在しうる。オリゴマーは、たとえば、約0.1〜8.0wt%の範囲内、好ましくは約0.2〜6.0wt%、より好ましくは約1.5wt%の低粘度アクリル系オリゴマーでありうる。第2のオリゴマーは、たとえば、メタクリルオキシプロピルトリス(ビニルジメチルシロキサン)シランでありうる。それは、たとえば、約5.0wt%までのレベルで存在しうるが、約0.37wt%の低レベルが好ましい。粘度制御剤もまた、組成物中で使用可能である。それは、約0.1〜6.0の範囲内でありうる。この実施形態における好ましい粘度制御剤は、ポリアクリレートである。それは、約3.0wt%のレベルで存在しうる。組成物はまた、約0.01〜2.0wt%または約0.05〜約1.0wt%または約0.10wt%の離型剤(たとえば、ポリエステル変性ポリジメチルシロキサン)を有する。光増感剤および光開始剤を利用することが好ましい。たとえば、0.15wt%〜約0.20wt%、好ましくは約0.17〜0.18wt%の範囲内の量で、ベンゾフェノンを使用しうる。類似の量の光開始剤を組成物に添加しうる。イーキュア(Eacure)46開始剤は、好ましい光開始剤である。少なくとも1種の溶媒を一次溶媒として使用する。それは、組成物の大部分を構成しうる。好ましい溶媒としてクロロベンゼンを約90.50〜99.5wt%の範囲内の量で使用可能である。第2の溶媒は、使用するのであれば、全組成物の副次部分を形成するにすぎない。たとえば、キシレンは、約3.0wt%までの量で存在しうる。
【００４８】
好ましい実施形態の第2のクラスによれば、組成物は、オリゴマーと表面改質剤とを有する。オリゴマーは、たとえば、約25wt%〜85wt%、好ましくは約40wt%〜約80wt%の範囲内のエトキシレートビスフェノール-Aジメタクリレートでありうる。少量の表面改質剤、光増感剤、および開始剤を組成物に添加することも可能である。たとえば、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレートを表面改質剤として添加しうる。それは、組成物の全重量の0.2wt%程度の低レベルおよび5wt%程度の高レベル、好ましくは約0.5wt%〜約2wt%のレベルで、組成物中に存在しうる。好ましくは、組成物中でベンゾフェノンを光増感剤として使用し、ダロキュア(Darocure)1173を光開始剤として使用する。たとえば、ベンゾフェノンは、約0.05wt%〜約5wt%、好ましくは約0.1wt%〜約3wt%の範囲内の量で光増感剤として添加可能である。類似の量の光開始剤を組成物に添加することも可能である。場合により、モノマー、粘度制御剤、および滑沢剤を組成物に添加することも可能である。たとえば、ラウリルメタクリレートは、約45%までの量またはオリゴマーとしてその約半分までの量で添加可能である。粘度制御剤もまた、組成物中で使用可能である。それは、組成物中に約10重量%まで存在しうる。この実施形態における好ましい粘度制御剤は、ジイソオクチルフタレートである。それは、約3.0wt%のレベルで存在しうる。組成物はまた、滑沢剤を有しうる。組成物中で使用される離型剤の例は、ポリエステル変性ポリジメチルシロキサンである。それは、約0.01〜2.0wt%または約0.05wt%〜約1.0wt%または約0.10wt%の量で存在しうる。溶媒も組成物中で使用される。好ましい溶媒の例は、トルエンである。それは、約1〜約99wt%の量で存在しうる。
【００４９】
好ましい実施形態の第3のクラスによれば、組成物は、オリゴマーと粘度制御剤と表面改質剤とを有する。オリゴマーは、たとえば、約20wt%〜70wt%、好ましくは約30wt%〜約65wt%、より好ましくは約40wt%〜60wt%の範囲内で組成物中で使用されるエトキシレートビスフェノール-Aジメタクリレートでありうる。アクリル化ポリエステルオリゴマーなどのような追加のオリゴマーを約10wt%までの量で使用することも可能である。約20wt%〜50wt%、好ましくは約25wt%〜約40wt%の範囲内の第1の粘度制御剤、たとえばポリ(ビニルアセテート)もまた、組成物中で使用される。第2の粘度制御剤、たとえば、EDENOL 9672(高分子可塑剤)もまた、第1の粘度制御剤の量と同じであるかまたはわずかに少ない量で添加可能である。第2の粘度制御剤の量は、たとえば、約1wt%〜約30wt%の範囲内でありうる。ポリ(ジメチルシロキサン)グラフトポリアクリレートなどのような表面改質剤もまた、使用される。それは、約1wt%〜約15wt%、好ましくは約2wt%〜約10wt%の範囲内でありうる。少量の開始剤(たとえば、イルガキュア184)もまた、組成物に添加される。開始剤は、たとえば、約0.01wt%〜約5wt%、好ましくは約0.05wt%〜約3wt%、より好ましくは約0.1wt%〜約2wt%の範囲内の量で添加可能である。場合により、約1wt%までの共開始剤(たとえばアミン共開始剤)および約2wt%までの光増感剤(たとえばベンゾフェノン)もまた、組成物に添加される。溶媒(たとえばN,N'-ジメチルホルムアミド)は、組成物中で約0〜約99wt%の量で使用される。
【００５０】
限定されるものではなく特定例として、厚さ約500ミクロンの4インチBK7ガラスウェーハを、先に記載した好ましい実施形態の第1のクラスの液体層組成物よりなる厚さ100〜300nmの層でスピンコーティングすることが可能である。
【００５１】
スピンコーティング物は、上述した手順ならびに焼成および化学洗浄および調製のような追加の工程を含めて関連技術分野の当業者に公知の手順に従って処理可能である。たとえば、液体層を基板上にスピニングした後、スピンコーティングを促進するうえでは役立ったがさらなる処理には必要とされることも望まれることもない溶媒を追い出すために、液体層/基板複合体を加熱しうる。たとえば、液体層/基板複合体を約115℃まで約1〜4時間加熱しうる。
【００５２】
成形型230は、関連技術分野の当業者に公知の材料から形成可能である。そのような材料としては、半導体材料(たとえば、シリコン、InP、およびGaAs)、誘電体材料(たとえば、ガラス、二酸化シリコン)、ポリマー材料(たとえば、ポリカーボネート)、または金属もしくは金属合金(たとえば、アルミニウムおよびニッケル)が挙げられる。ただし、これらに限定されるものではなく、単に例として示したにすぎない。成形型230は、放射線透過性であっても半透過性であっても不透過性であってもよく、パターン形状を保持するのに好適な物質に液体層を化学変換するのに役立てるべく放射線を使用することが可能である。
【００５３】
作製されるパターンは、たとえば、リソグラフィーエッチング用のマスク層を形成しうる。したがって、成形型230は、エッチングされる所望のパターンに略対応する凹部または間隙および突起を含みうる。また、基板210上に形成される所望のパターンと逆の関係つまりそれに相補的でありうる。すなわち、関連技術分野の当業者には当然のことであろうが、エッチングされたパターンは、たとえば、成形されたパターン自体よりも深い間隙またはトラフを有しうる。
【００５４】
本明細書中で以下に論述されるように、成形型230の表面を離型剤で被覆することなどにより処理し、成形型と液体層および化学変換された液体層との間の付着力を低減させ、成形型230-膜220の分離を容易にすることが可能である。好適な処理剤としては、シロキサン離型剤またはフッ素化離型剤が挙げられうる。そのような処理剤は、基板210上に被覆された薄膜220内にまたはその薄膜に追加的に適用可能である。限定されるものではなく例として、たとえば、溶媒浸漬、気相蒸発(vapor evaporation)、およびプラズマ式化学気相堆積または他の化学気相堆積により、所望の形成パターンのネガを有する成形型230を離型剤で表面処理することが可能である。たとえば、離型剤は、市販のペルフルオロデシルトリクロロシランの形態をとりうる。
【００５５】
成形型230は、標準的リソグラフィーおよび/または関連技術分野の当業者に公知の他の好適な技術、たとえば、e-ビームもしくはホログラフィー干渉リソグラフィーを用いて、ネガパターンすなわち相補的関係のパターンで形成可能である。利用可能な一技法には、約0.5mmの厚さを有するシリコンウェーハから開始して、次に、ウェーハの上で150nmの厚さまで二酸化シリコンを成長させることが含まれうる。凹部(たとえば、ライン、ドット、または他の凹部)は、たとえば、凹部が約1〜900nmまたは3〜300nmの側方加工寸法を有するように二酸化シリコン中にエッチングすることにより、形成可能である。ただし、これらに限定されるものではなく、単に例として示したにすぎない。
【００５６】
図1および2についてさらに説明する。所望のパターンを含む成形型を液体層に近接して位置決めすること130は、液体層220が成形型と基板との間に少なくとも部分的に挟置されるように基板210の近傍に成形型230を位置決めすることを含みうる。この位置決めすることは、成形型230の少なくとも一部分を液体層220から実質的に均一な距離に位置決めすることを含みうる。本発明の態様によれば、膜と成形型との間の距離は、一般的には約50nm〜数ミクロン(to microns)の範囲内でありうる。本発明の態様によれば、この距離は、一般的には約100〜300nmでありうる。
【００５７】
成形型230および基板210の位置決めは室温で行いうるが、昇温のような他の温度を使用することも可能である。さらに、成形型230および基板210の位置決めは、大気圧で行いうる。さらに、当然のことながら、位置決めを精密に制御する必要はなく、薄膜に近接してまたはその一部分に部分的に接触して成形型を単に配置するだけで十分である。しかしながら、もちろん、成形型の精密制御配置が本発明の範囲から除外されるものではない。
【００５８】
さらに図2とくにB段に示されるように、成形型と液体層との間の距離が十分に小さい場合、流体膜210と成形型230との近接により、液体層220は、成形型230の表面幾何形状とくにその間隙を自己充填しうる。本発明を限定するものではないが、毛管力のような界面力により液体層の一部分が成形型中の溝、間隙、または凹部に引き込まれたり、滲み込んだり、または他の方法で進入したりしうると考えられる。言い換えれば、成形型と基板との間で軟化膜を圧縮して軟化膜を成形型に整合させることとは対照的に、この自己充填活性は、成形型230と液体層240との近接により界面力などのような力が原因で生じると考えられる。
【００５９】
完全を期す目的で、関連技術分野の当業者には当然のことであろうが、毛管力は、一般的には、毛管中、または多孔質媒体中において液体と固体との間に作用する界面力であると定義されうる。毛管力は、毛管中または細孔中の流体/流体界面を横切る圧力差(毛管圧)を決定しうる。一般的には、界面力は、単位長さあたりの力であり、関連技術分野の当業者には公知であり当然のことであろうが、表面張力や摩擦力のような力を含む。
【００６０】
臨界距離は、薄膜流体が成形型を自己充填するように十分に小さい流体層と成形型との間の距離を表す。成形型と液体層との間の分離が臨界距離を超えた場合、成形型の自己充填は行われないであろう。さらに、いくつかの理由のいずれかにより成形型が液体層から均一に分離されない場合、成形型の一部分と液体層の最近接部分との分離が臨界距離を超えれば、たとえ成形型の他の部分の自己充填が行われたとしても、薄膜流体による成形型のその部分の自己充填は行われないであろう。臨界距離は、0〜200nmのような多種多様な基準で生じる。本明細書中に明示された液体層用の特定の配合物の場合、臨界距離は、たとえば約0〜100nmでありうる。
【００６１】
成形型と液体層とのナノスケールの不均一分離は、いくつかの原因のいずれかにより生じうる。たとえば、成形型は、単純に液体層に対して一様に位置決めしえない可能性がある。さらに、関連技術分野の当業者には当然のことであろうが、成形型および/または液体層の表面は、成形型全体または使用される成形型の部分を液体層から均一な距離(ナノスケールで)に配置しうるようなナノスケールでの十分な平面性を有していない可能性がある。すなわち、たとえば、複製されるナノスケールの加工形状を考慮に入れると、それを考慮に入れなければ有意にはならない基板ウェーハまたは成形型の起伏、非平坦部、または欠陥が、基板の一部分と成形型の一部分との間の臨界距離に有意な影響を及ぼす可能性がある。したがって、たとえば、成形型を液体層の上にかつそれに部分接触させて配置したとしても、成形型の一部分は、均一な成形型自己充填を促進するのに望まれるように位置決め後に液体層に接触した状態でまたは液体層から臨界距離の範囲内で存在させることができない可能性がある。もっと正確に言えば、成形型の一部分は、液体層の一部分に接触しうるが、成形型の他の部分は、依然として膜から臨界距離を越えた位置にある可能性がある。この状況がさらに悪化すると、成形型と液体層との間に気泡がトラップされる可能性があり、これが原因で、自己充填活性が低下する可能性がある。
【００６２】
次に図2のC段についても説明する。基板210に対する成形型230のレベリング(leveling)を促進して、臨界距離の範囲内にない成形型の部分と液体層の部分との間の距離を減少させるために、位置決めされた成形型230および基板210に真空を適用することが可能である。真空の存在は、成形型230と基板210との間にトラップされた気泡を除去して、基板210に対する成形型230のレベリングを促進し臨界距離自己充填閾値を超える成形型と液体層との間の距離を減少させる働きをしうる。ひとたび気泡が減少すれば、成形型のレベリングが改善され、その結果として、薄膜流体による成形型の自己充填が改善される。
【００６３】
たとえば、1つ以上の開口を有する変形可能な容器中に成形型および基板/液体層複合体を配置しうる。次に、真空チャンバー中に配置することなどにより、それらの容器は圧力低下に付される。たとえば、そのような容器は、1つ以上の開口を有する変形可能なプラスチックバッグの形態をとりうる。そのような容器は、以下に明記されるように真空にしうるがその内部に対する正圧を導入したときに密閉容器を形成する擬似バッグ(quasi-bag)を形成する2枚のPVCプラスチックシートの形態をとりうる。
【００６４】
本発明の態様によれば、成形型230および基板210は、プラスチックバッグ中に配置されうる。このプラスチックバッグは、真空チャンバーが減圧されたときに、その内部空間が減圧され、それにより、残留バブルおよびトラップされた空気を除去して液体層に対する成形型のレベリングを促進するように作用する。真空は、たとえば、約1分間にわたりチャンバー内で保持されうる。真空処理は、とくに、比較的大きなサイズおよび面積の(たとえば、直径が1インチを超えるような)基板を使用したときに、より均一なパターン複製を達成することにより、パターン複製の歩留り向上を促進する働きをしうる。
【００６５】
成形型および液体層/基板複合体を真空処理した後、場合により、それらを比較的低い圧力に付して、臨界距離未満である成形型の部分と液体層の部分との間の距離の減少をさらに促進しうる。そのような圧力は、約14PSI〜約100PSIの範囲内またはそれよりもさらに大きな値でありうる。ただし、これらに限定されるものではなく、単に例として示したにすぎない。たとえば、真空チャンバーは、急速に導入されて約1分間保持される100PSIの窒素ガスを有しうる。明記されたように成形型および液体層/基板複合体を変形可能な容器中に配置した場合、そのような容器は、主に、その圧潰性により、成形型/液体層/基板複合構造体に加える圧力を提供すべく使用されるガスの導入を阻止する働きをしうる。
【００６６】
その後、成形型および液体層/基板複合構造体を真空チャンバーから取り出しうる。本発明の態様によれば、液体層はまだ化学変換されていないものであってもよく、したがって、成形型パターン自体を保持することのできないものであってもよいことに留意されたい。すなわち、関連技術分野の当業者であればわかるであろうが、膜は依然として流体の性質を有するので、それはまだ形成も成形もされておらず、形成も成形も行うことができず、単に、どの流体とも同じように、互いに自由に運動する分子を含んでその容器の形状を呈する傾向を有する連続したアモルファス物質である。それにもかかわらず、流体膜は、ある程度の時間にわたり室温および室圧で成形型と基板との近接を保持する働きをしうる。たとえば、臨界距離が十分に小さく保持されるように、液体層が成形型の間隙、凹部、または溝の内部に少なくとも部分的に残存するように、液体層は、成形型および液体層/基板複合体を十分な近接度で保持する働きをしうる。
【００６７】
本発明を限定するものではないが、たとえ膜がまだ成形型の形状に形成されておらず単に成形型を充填しているにすぎないにもかかわらず、ある程度の時間にわたり、たとえば、数分間、数時間、数日間、さらには一ヶ月間、またはおそらくそれよりも長い期間にわたり、成形型と液体層と基板との近接に基づく界面力が、成形型と液体層/基板複合体とを一体化保持する働きをしうると考える。
【００６８】
図1および2についてさらに説明する。液体層の化学変換140は、紫外線または加熱などによる他の好適なエネルギーの適用に応じて液体層の固化を引き起こしうる。この照射は、基板210、成形型230、またはそれらの組合せを貫通して適用可能である。ただし、これに限定されるものではなく、単に例として示したにすぎない。単にさらなる例として、成形型/液体層/基板複合構造体は、1811ワット/cm2または10〜10000mJ/cm2のおよそのピークパワーを供給する広域スペクトルUV照射プロセスに約20秒間にわたり付すことが可能である。紫外光は、たとえば、基板がそのような放射線を透過するかまたはほぼ透過する場合、液体層220の少なくとも部分的な固化または硬化を引き起こすように、基板を貫通して適用可能である。化学変換は、有利には、膜が硬化するまで高圧または高温を適用または保持する必要なく、たとえば、室温および大気圧で行われうる。
【００６９】
関連技術分野の当業者には当然のことであろうが、薄膜220を固化させるために使用される機構は、使用される薄膜に依存しうる。液体層および少なくとも1つの関連固化技術は、たとえば、化学連鎖成長プロセス、ゾル-ゲルプロセス、またはUV架橋プロセスを含む。固化反応は、次の機構のうちの少なくとも1つを含みうる：カチオン環化付加、遊離基環化付加、または2+2光環化付加。ただし、これらに限定されるものではなく、単に例として示したにすぎない。
【００７０】
その後、成形型/化学変換膜/基板サンドイッチ体が真空室からまだ取り出されていないのであれば、それを取り出してもよい。固化膜を形成可能であり、かつそれにより成形型の加工形状を保持することが可能であり、かつ基板近傍のその位置から成形型を除去することが可能である。この固化およびそれに続く分離を図2のD段に示す。分離は、成形型と固化液体層との間の側方境界に加圧空気または加圧ガスストリームを適用することにより促進しうる。
【００７１】
ひとたび成形型230からの固化フィルム220の分離150を行えば、薄膜220中に成形型230のネガ複製が露出しうる。次に、所望により、成形型のこの複製パターンを基板210のエッチング用マスクとして使用することが可能である。そのような転写は、たとえば反応性イオンエッチング(RIE)のような関連技術分野の当業者に公知の任意の好適な方法により行いうる。
【００７２】
複製パターンは、他の目的にも使用可能である。たとえば、ピクセルアレイ(pixel array)に好適な蛍燐光体含有化学樹脂を液体層に導入した場合、パターンは、有機発光ダイオード(OLED)構造体のような電気光学デバイスを提供する働きをしうる。
【００７３】
次に図3について説明する。この図には、図1の流れ図に基づいて形成されたグレーティングの拡大画像の写真図が示されている。図Aに示されるように、本発明の態様に基づいて形成された溝の倍率30,000倍の画像である。そこに図示された1μmスケールを用いて示されるように、図3は、約100nmの加工寸法および200nmの周期を有する溝を表している。加工形状の明瞭な差異および加工形状不在の暗色度は、本発明の態様に基づいて達成可能な確度および精度を表している。
【００７４】
図Bでは、形成されたグレーティングのより大きい領域を示すために倍率6,500倍を利用して示されている。この場合にも、加工形状の明瞭な差異および加工形状不在の暗色度は、本発明の技術の確度および精度を表している。
【００７５】
当業者であれば、本発明の精神からも範囲からも逸脱することなく、本発明の多くの修正形態および変更形態が実施可能であることはわかるであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求およびその等価物の範囲内に入るかぎり、本発明の修正形態および変更形態を包含するものとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図1は、本発明の態様に係る流れ図を示している。
【図２】図2は、図1の流れ図に準拠したプロセスの線図を示している。
【図３】図3は、図1の流れ図に準拠して形成されたナノグレーティングの拡大画像の写真図(pictorial representation)を示している。
【図４】図4は、本発明の態様に従って利用された界面力および毛管力の写真図を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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