(57)【要約】      （修正有）【課題】大面積の基材に対してインプリント可能な装置を提供する。【解決手段】パターニングされるべき基材２０に対してミクロ又はナノメートルサイズのパターンを転写するために２つの回転可能に取り付けたローラを備える。第１のローラ１０はパターニングされた周面を有しており、このパターン周面は、当該パターン周面を変形可能な基材と接触させることにより第１のローラから基材にパターンを転写する。第２のローラ３０は、第１のローラのパターン周面と対向する円滑な周面を有している。また、第２のローラは、第１と第２のローラを同期回転させるために第１のローラと回転可能に結合される。基材は、これらのローラが互いに対して回転するときにパターン周面が基材と接触し、それにより、このパターンがパターン周面から基材へと転写されるように、第１及び第２のローラ間で移動することができる。【選択図】図２
2008284873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターニングされたパターン周面（１１）を有する回転可能に取り付けられた第１のローラ（１０）と、
前記第１のローラ（１０）の前記第１の面（１１）と対向する本質的に円滑な周面（３１）を有する回転可能に取り付けられた第２のローラ（３０）と
を備え、
前記第１のローラ（１０）が、前記パターン周面（１１）を変形可能な基材（２０）と接触させることにより、該第１のローラ（１０）から前記基材（２０）にパターンを転写し、前記第２のローラ（３０）が、前記第１のローラ（１０）及び該第２のローラ（３０）を同期回転させるために前記第１のローラ（１０）と回転可能に結合されている、ナノインプリンティング装置（１）であって、
前記第１のローラ（１０）及び前記第２のローラ（３０）が互いに対して回転するときに、前記第１のローラ（１０）の前記パターン周面（１１）が前記基材（２０）と接触し、もって、前記パターンが前記パターン周面（１１）から前記基材（２０）に転写されるように、前記基材（２０）が前記第１のローラ（１０）と前記第２のローラ（３０）との間で移動可能となっている、ナノインプリンティング装置。
【請求項２】
前記第１のローラ（１）及び前記第２のローラ（３０）のうちの少なくとも一方が、前記第１のローラ（１）及び前記第２のローラ（３０）が互いに対して回転するときに他方のローラ（１０，３０）に対して圧力を加えるように配置されている、請求項１に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項３】
前記圧力が１〜１００ｂａｒの正圧の範囲内、好ましくは１０〜４０ｂａｒの正圧の範囲内である、請求項２に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項４】
前記第２のローラ（３０）が特定の圧力を有する媒体のための管状のキャビティ（３２）を備え、前記キャビティ（３２）の壁が膜（３３）からなり、前記キャビティ（３２）から離れる方向に向いている前記膜の一方の側が前記円滑な周面（３１）を形成する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のナノインプリンティング装置（１）。
【請求項５】
前記媒体の圧力を１〜１００ｂａｒの正圧の範囲内、好ましくは１〜４０ｂａｒの範囲内の圧力に調整するための手段を更に備える、請求項４に記載のナノインプリンティング装置（１）。
【請求項６】
前記膜（３３）が、可撓性材料、好ましくは高分子材料又は薄い金属、より好ましくはプラスチック、ゴム又は薄い金属から形成されるとともに、最大１０ｍｍ、好ましくは最大３ｍｍ、より好ましくは最大１ｍｍの厚さを有している、請求項４又は５に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項７】
前記媒体がガスを含む、請求項４〜６のいずれか一項に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項８】
前記媒体が空気を含む、請求項７に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項９】
前記第１のローラ（１０）の直径が、最大５ｍ、好ましくは最大２ｍ、より好ましくは最大１ｍである、請求項１〜８のいずれか一項に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項１０】
前記第１のローラ（１０）の長さが、最大２．５ｍ、好ましくは最大１．５ｍ、より好ましくは最大１ｍである、請求項９に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項１１】
前記第１のローラ（１０）の直径と長さとの間の比率が１：２である、請求項１０に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項１２】
前記第２のローラ（３０）の直径が、最大５ｍ、好ましくは最大２ｍ、より好ましくは最大１ｍである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項１３】
前記第２のローラ（３０）の長さが、最大２．５ｍ、好ましくは最大１．５ｍ、より好ましくは最大１ｍである、請求項１２に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項１４】
前記第２のローラ（３０）の直径と長さとの間の比率が１：２である、請求項１３に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項１５】
前記基材（２０）を加熱するための加熱手段（４０）を更に備え、
前記加熱手段が、前記基材が前記第１のローラ（１０）と前記第２のローラ（３０）との間を移動する前に前記基材（２０）を加熱するように配置されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項１６】
前記加熱手段が加熱チャンバであり、
前記加熱チャンバは、前記基材（２０）が該加熱チャンバを通って移動できるように配置されたものであり、稼働中、前記基材が前記第１のローラ（１０）と前記第２のローラ（３０）との間を移動する前に前記基材（２０）の加熱が行なわれるようになっている、請求項１５に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項１７】
前記加熱手段が、本質的に滑らかな環状の加熱面（４１ａ，４１ｂ）を有する少なくとも１つの更なる回転可能に取り付けられたローラ（４０ａ，４０ｂ）を備え、前記加熱面（４１ａ，４１ｂ）が、前記基材（２０）が該加熱面（４１ａ，４１ｂ）上に移動できるように配置されており、それにより、稼働中、前記基材が前記第１のローラ（１０）と前記第２のローラ（３０）との間を移動する前に前記基材（２０）の加熱が前記加熱面（４１ａ，４１ｂ）によって行なわれるようになっている、請求項１５に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項１８】
前記基材（２０）を冷却するための冷却手段（５０）を更に備え、
前記冷却手段（５０）が、前記基材が前記第１のローラ（１０）と前記第２のローラ（３０）との間を通過した後に前記基材（２０）を冷却するように配置されている、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項１９】
前記冷却手段（５０）が冷却チャンバであり、
前記冷却チャンバは、前記基材（２０）が該冷却チャンバを通って移動できるように配置されたものであり、稼働中、前記基材が第１のローラ（１０）と前記第２のローラ（３０）との間を通過した後に前記基材（２０）の冷却が行なわれるようになっている、請求項１８に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項２０】
前記冷却手段（５０）が、本質的に滑らかな環状の冷却面（５１ａ，５１ｂ）を有する少なくとも１つの更なる回転可能に取り付けられたローラ（５０ａ，５０ｂ）を備え、前記冷却面（５１ａ，５１ｂ）が、前記基材（２０）が前記冷却面（５１ａ，５１ｂ）上へ移動できるように配置されており、それにより、稼働中、前記基材が前記第１のローラ（１０）と前記第２のローラ（３０）との間を移動した後に前記基材（２０）の冷却が前記冷却面（５１ａ，５１ｂ）によって行なわれるようになっている、請求項１８に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項２１】
前記基材が連続基材である、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項２２】
前記基材が箔又は薄膜である、請求項２１に記載のナノインプリンティング装置。
【請求項２３】
パターニングされたパターン周面を有する第１の回転可能に取り付けられた第１のローラと、前記第１のローラの前記パターン周面と対向する本質的に円滑な周面を有する回転可能に取り付けられた第２のローラとを備える装置であり、前記第１のローラが、前記パターン周面を変形可能な基材と接触させることにより該第１のローラから前記基材にパターンを転写し、前記第２のローラが、前記第１のローラ及び該第２のローラを同期回転させるために前記第１のローラと回転可能に結合されている、前記装置によって行なわれるナノインプリンティング方法であって、
前記第１のローラ及び前記第２のローラを互いに対して回転させるステップと、
前記第１のローラ及び前記第２のローラが互いに対して回転するときに、前記第１のローラの前記パターン周面が前記基材と接触し、それにより、前記パターンが前記パターン周面から基材に転写されるように、前記第１のローラと前記第２のローラとの間で前記基材を移動させるステップと
を備えるナノインプリンティング方法。
【請求項２４】
前記第１のローラ及び前記第２のローラが互いに対して回転するときに前記第１のローラ及び前記第２のローラの一方又は両方に対して圧力を加えるステップを更に備える、請求項２３に記載のナノインプリンティング方法。
【請求項２５】
前記第２のローラが特定の圧力を有する媒体のための管状のキャビティを備え、前記キャビティの壁が膜からなり、前記キャビティから離れる方向に向いている前記膜の一方の側が前記円滑な周面を形成し、
前記媒体の圧力を１〜１００ｂａｒの正圧の範囲内、好ましくは１０〜４０ｂａｒの範囲内の圧力に調整するステップを更に備える、請求項２３又は２４に記載のナノインプリンティング方法。
【請求項２６】
前記媒体がガスを含む、請求項２５に記載のナノインプリンティング方法。
【請求項２７】
前記媒体が空気を含む、請求項２６に記載のナノインプリンティング方法。
【請求項２８】
前記基材が前記第１のローラと前記第２のローラとの間を移動する前に前記基材を加熱するステップを更に備える、請求項２３〜２７のいずれか一項に記載のナノインプリンティング方法。
【請求項２９】
前記基材が前記第１のローラと前記第２のローラとの間を通過した後に前記基材を冷却するステップを更に備える、請求項２３〜２８のいずれか一項に記載のナノインプリンティング方法。
【請求項３０】
前記基材が連続基材である、請求項２３〜２９のいずれか一項に記載のナノインプリンティング方法。
【請求項３１】
前記基材が箔又は薄膜である、請求項３０に記載のナノインプリンティング方法。
【請求項３２】
明細書及び図面に従ったナノインプリンティング装置及び方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にリソグラフィに関し、特に、ミクロ又はナノメートルスケールの構造体のリソグラフィに関連する装置及び方法に関する。特に、本発明は、大面積基材又は対象物に対するナノインプリントリソグラフィに関する。
【関連技術の説明】
【０００２】
マイクロエレクトロニクスにおける動向は、これまで、寸法の小型化に向かっている。市販部品は、今日、１ミクロン未満のサイズの構造体を伴って製造されるが、寸法を１００ｎｍ未満まで更に小さくする必要性がある。ナノ部品に関する研究は、１０ｎｍ未満の寸法を有する部品において商業的に適用できる製造技術に対する需要を高めてきた。
【０００３】
ミクロ及びナノメートル構造体の作製における最も興味深い技術の幾つかは、様々なタイプのリソグラフィを含んでいる。ナノ構造、すなわち、１００ｎｍ以下程度の構造体を再生するための最も有望な技術のうちの１つは、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）技術である。例えば米国特許第５，７７２，９０５号明細書に記載されるナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）技術は、原子スケールに近い構造体の大量生産のための基本的な前提条件を打ち出した。これについては、Ｓｔｅｐｈｅｎ  Ｙ．Ｃｈｏｕ，Ｐｅｔｅｒ  Ｒ．Ｋｒａｕｓｓ，Ｗｅｉ  Ｚｈａｎｇ，Ｌｉｎｇｊｉｅ  Ｇｕｏ  ａｎｄ  Ｌｅｉ  Ｚｈｕａｎｇ：“Ｓｕｂ−１０ｎｍ  ｉｍｐｒｉｎｔ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ”，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ，Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．６，（１９９７）を参照されたい。幾つかの研究報告が題材において提示さてきたが、これまで、ＮＩＬ技術は、全体の面積が小さい部品、一般にたった数平方センチメートルの部品に対するナノインプリンティングに限定されてきた。これについては、Ｓｔｅｐｈｅｎ  Ｙ．Ｃｈｏｕ，Ｐｅｔｅｒ  Ｒ．Ｋｒａｕｓｓ  ａｎｄ  Ｐｒｅｓｔｏｎ  Ｊ．Ｒｅｎｓｔｏｒｍ：“Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ，１４，４１２９＜ＲＴＩ（１９９６）；Ｋ．Ｐｆｅｉｆｆｅｒ，Ｇ．Ｂｌｅｉｄｉｅｓｓｅｌ，Ｇ．Ｇｒｕｅｔｚｎｅｒ，Ｈ．Ｓｃｈｕｌｚ，Ｔ．Ｈｏｆｆｍａｎｎ，Ｈ．−Ｃ．Ｓｃｈｅｅｒ，Ｃ．Ｍ．Ｓｏｔｏｍａｙｏｒ  Ｔｏｒｒｅｓ  ａｎｄ  Ｊ．Ａｈｏｐｅｌｔｏ：“Ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ｎｅｗ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｗｉｔｈ  ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ  ｇｌａｓｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｆｏｒ  ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏ−ａｎｄ  Ｎａｎｏ−Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，（１９９８）；ａｎｄ  Ｌｅｕｖｅｎ．Ｂｏ  Ｃｕｉ，Ｗｅｉ  Ｗｕ，Ｌｉｎｓｈｕ  Ｋｏｎｇ，Ｘｉａｏｙｕｎ  Ｓｕｎ  ａｎｄ  Ｓｔｅｐｈｅｎ  Ｙ．Ｃｈｏｕ：“Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｑｕａｎｔｉｚｅｄ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｄｉｓｋｓ  ｗｉｔｈ  ４５  Ｇｂｉｔｓ  ｏｎ  ａ  ４×４  ｃｍ２  ａｒｅａ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８５，５５３４（１９９９）を参照されたい。
【０００４】
従来技術のナノインプリントリソグラフィプロセスでは、パターニングされるべき基材が成形可能な層によって覆われる。基材に対して転写されるべきパターンは、スタンプ又はテンプレート上に３次元で予め画成されている。スタンプが成形可能な層と接触され、また、当該層が好ましくは加熱によって軟化される。その後、スタンプが軟化された層へ向けて垂直動作により移動され、それにより、スタンプが軟化された層へ圧入され、その結果、成形可能な層にスタンプパターンのインプリントが形成される。層は、それが満足できる程度に硬化されるまで冷却され、その後、スタンプが取り外されて除去される。その後、基材のスタンプパターンを複製するためにエッチングが使用される場合がある。このナノインプリンティングプロセスは、大量生産が可能であるが、これまで、全体の面積が小さい部品、一般にたった数平方センチメートルの部品に対するナノインプリンティングに限られてきた。
【０００５】
異なる形態のナノインプリントリソグラフィ技術がステップ・フラッシュインプリントリソグラフィとして一般に知られている。国際特許出願公開０２／０６７０５５号パンフレットは、ステップ・フラッシュインプリントリソグラフィを適用するためのシステムを開示している。特に、この文献は、ステッパとも呼ばれるステップ・フラッシュ装置の生産規模の実施に関するものである。そのような装置で使用されるテンプレートは、透明材料、一般的には石英から成る硬質体を有している。テンプレートは屈曲部材によりステッパで支持されており、これにより、テンプレートは、インプリントされる基材表面に対して平行な面内で互いに垂直なＸ軸及びＹ軸を中心に回動できる。また、この機構は、テンプレートと基材との間の隙間及び平行性を制御するための圧電アクチュエータも含んでいる。しかしながら、このシステムは、単一のインプリントステップで大面積基材を扱うことができない。市場で提供されるステップ・フラッシュシステムは、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｉｍｐｒｉｎｔｓ  Ｉｎｃ．（アメリカ、テキサス州７８７５８、オースティン、Ｗｅｓｔ  Ｂｒａｋｅｒ  Ｌａｎｅ  １８０７−Ｃ）により提供されるＩＭＰＲＩＯ  １００である。このシステムは、約２５ｍｍ×２５ｍｍのテンプレート画像領域を有している。このシステムは最大８インチの基材ウエハを扱うことができるが、Ｘ−Ｙ並進ステージを用いて、テンプレートを上昇させ、テンプレートを横へ移動させ、テンプレートを基材へ向けて再び下降させることにより、インプリントプロセスを繰り返さなければならない。したがって、このプロセスは比較的時間がかかり、そのため、大規模生産の目的にもあまり適さない。また、このインプリントプロセスは、前記テンプレートサイズよりも大きい連続構造体を製造することができないという欠点を伴う。全体として見れば、このことは、製造コストが非常に高いことから、特に大面積基材又は対象物上に微細構造デバイスを大規模に製造するためにこの技術に関心を寄せることができないことを意味する。
【発明の開示】
【０００６】
以上の説明及び以下の説明を考慮すると、本発明の態様は、１つ以上の前述した技術的欠陥及び欠点を個々に或いは任意の組み合わせ状態で軽減し、緩和し、或いは、排除しようとするナノインプリンティング装置及び方法を提供することである。
【０００７】
本発明の幾つかの実施形態の一般的な目的は、ミクロ又はナノメートルスケールの３次元形態を備える構造体の作製を改良するためのナノインプリンティング装置及び方法を提供することである。特に、本発明の幾つかの実施形態の目的は、そのような構造体のパターンを、１インチを超える幅、８インチの幅、１２インチの幅、及び、それ以上の幅を有する基材に対して転写するための改良されたナノインプリンティング装置及び方法を提供することである。特に、全体の面積が大きい、通常は約７〜２０ｃｍ２よりも大きい長方形状の面積を有する基材上に構造体をナノインプリンティングするための装置及び方法の幾つかの実施形態が開発されてきた。また、全体の面積が大きい、特に全体の面積が著しく大きい連続基材上に構造体をナノインプリンティングするための装置及び方法の幾つかの実施形態が開発されてきた。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、ナノインプリンティング装置は、
パターニングされたパターン周面を有する回転可能に取り付けられた第１のローラであって、前記パターン周面を変形可能な基材と接触させることにより、前記第１のローラから前記基材へとパターンを転写する、第１のローラと、
前記第１のローラのパターン周面と対向する本質的に円滑な周面を有する回転可能に取り付けられた第２のローラであって、第１と第２のローラを同期回転させるために第１のローラと回転可能に結合される第２のローラと、
を備え、
前記第１と第２のローラが互いに対して回転するときに前記第１のローラのパターン周面が前記基材と接触し、それにより、前記パターンが前記パターン周面から前記基材へと転写されるように、前記基材が前記第１と第２のローラ間で移動することができる。
【０００９】
一実施形態において、前記第１と第２のローラのうちの少なくとも一方は、前記第１と第２のローラが互いに対して回転するときに他方のローラに対して圧力を加えるように配置されている。
【００１０】
一実施形態において、前記圧力は、１〜１００ｂａｒの正圧の範囲内、好ましくは１０〜４０ｂａｒの正圧の範囲内である。
【００１１】
好ましい一実施形態では、前記第２のローラが特定の圧力を有する媒体のための管状のキャビティを備え、前記キャビティの壁が膜からなり、キャビティから離れる方向に向いている前記膜の一方の側が前記円滑な周面を形成する。
【００１２】
一実施形態において、ナノインプリンティング装置は、前記媒体の圧力を１〜１００ｂａｒの正圧の範囲内、好ましくは１０〜４０ｂａｒの範囲内の圧力に調整するための手段を更に備える。
【００１３】
一実施形態において、前記膜は、可撓性材料、好ましくは高分子材料又は薄い金属、より好ましくはプラスチック、ゴム又は薄い金属から形成されるとともに、最大１０ｍｍ、好ましくは最大３ｍｍ、より好ましくは最大１ｍｍの厚さを有している。
【００１４】
一実施形態では、前記媒体がガスを含んでいる。
【００１５】
好ましい実施形態では、前記媒体が空気を含んでいる。
【００１６】
一実施形態において、前記第１のローラは、最大５ｍ、好ましくは最大２ｍ、より好ましくは最大１ｍの直径を有している。
【００１７】
一実施形態において、前記第１のローラは、最大２．５ｍ、好ましくは最大１．５ｍ、より好ましくは最大１ｍの長さを有している。
【００１８】
一実施形態では、前記第１のローラの直径と長さとの間の比率が１：２である。
【００１９】
一実施形態において、前記第２のローラは、最大５ｍ、好ましくは最大２ｍ、より好ましくは最大１ｍの直径を有している。
【００２０】
一実施形態において、前記第２のローラは、最大２．５ｍ、好ましくは最大１．５ｍ、より好ましくは最大１ｍの長さを有している。
【００２１】
一実施形態では、前記第２のローラの直径と長さとの間の比率が１：２である。
【００２２】
好ましい実施形態において、ナノインプリンティング装置は、前記基材を加熱するための加熱手段を更に備え、前記加熱手段は、前記基材が前記第１及び第２のローラ間を移動する前に前記基材を加熱するように配置されている。
【００２３】
一実施形態において、前記加熱手段は、前記基材が貫通して移動できるように配置された加熱チャンバであり、これにより、稼働中、前記基材が前記第１及び第２のローラ間を移動する前に前記基材の加熱が行なわれるようになっている。
【００２４】
一実施形態において、前記加熱手段は、本質的に滑らかな環状の加熱面を有する少なくとも１つの更なる回転可能に取り付けられたローラを備え、前記加熱面は、前記基材が前記加熱面上へ移動できるように配置されており、それにより、稼働中、前記基材が前記第１及び第２のローラ間を移動する前に前記基材の加熱が前記加熱面によって行なわれるようになっている。
【００２５】
好ましい実施形態において、ナノインプリンティング装置は、前記基材を冷却するための冷却手段を更に備え、前記冷却手段は、前記基材が前記第１及び第２のローラ間を通過した後に前記基材を冷却するように配置されている。
【００２６】
一実施形態において、前記冷却手段は、前記基材がそこを通って移動できるように配置された冷却チャンバであり、これにより、稼働中、前記基材が前記第１及び第２のローラ間を通過した後に前記基材の冷却が行なわれるようになっている。
【００２７】
一実施形態において、前記冷却手段は、本質的に滑らかな環状の冷却面を有する少なくとも１つの更なる回転可能に取り付けられたローラを備え、前記冷却面は、前記基材が前記冷却面上へ移動できるように配置されており、それにより、稼働中、前記基材が前記第１及び第２のローラ間を移動した後に前記基材の冷却が前記冷却面によって行なわれるようになっている。
【００２８】
一実施形態では、前記基材が連続基材である。
【００２９】
好ましい実施形態では、前記基材が箔又は薄膜である。
【００３０】
本発明の他の態様によれば、ナノインプリンティング方法は、パターニングされたパターン周面を有する回転可能に取り付けられた第１のローラであって、前記パターン周面を変形可能な基材と接触させることにより、前記第１のローラから前記基材にパターンを転写する、第１のローラと、前記第１のローラの前記パターン周面と対向する本質的に円滑な周面を有する回転可能に取り付けられた第２のローラであって、前記第１と第２のローラを同期回転させるために前記第１のローラと回転可能に結合される第２のローラとを有する装置によって行なわれ、当該方法は、
前記第１と第２のローラを互いに対して回転させるステップと、
前記第１と第２のローラが互いに対して回転するときに、前記第１のローラのパターン周面が前記基材と接触し、それにより、前記パターンがパターン周面から基材へと転写されるように、前記第１と第２のローラ間で前記基材を移動させるステップと、
を備えている。
【００３１】
一実施形態において、本方法は、前記第１と第２のローラが互いに対して回転するときに前記第１と第２のローラの一方又は両方に対して圧力を加えるステップを更に備える。
【００３２】
一実施形態では、前記第２のローラが特定の圧力を有する媒体のための管状のキャビティを備え、前記キャビティの壁が膜からなり、キャビティから離れる方向に向いている前記膜の一方の側が前記円滑な周面を形成し、この方法は、
前記媒体の圧力を１〜１００ｂａｒの正圧の範囲内、好ましくは１０〜４０ｂａｒの範囲内の圧力に調整するステップを更に備えている。
【００３３】
一実施形態では、前記媒体がガスを含んでいる。
【００３４】
好ましい実施形態では、前記媒体が空気を含んでいる。
【００３５】
一実施形態において、本方法は、前記基材が前記第１及び第２のローラ間を移動する前に前記基材を加熱するステップを更に備えている。
【００３６】
一実施形態において、本方法は、前記基材が前記第１及び第２のローラ間を通過した後に前記基材を冷却するステップを更に備えている。
【００３７】
一実施形態では、前記基材が連続基材である。
【００３８】
好ましい実施形態では、前記基材が箔又は薄膜である。
【００３９】
第３の態様によれば、本明細書及び添付図面に開示されるナノインプリンティング装置が提供される。
【００４０】
本発明の更なる目的、特徴及び利点は、添付図面を参照して本発明の実施形態を更に詳しく説明する以下の本発明の実施形態の詳細な説明から明らかとなろう。
【実施形態の詳細な説明】
【００４１】
以下、本発明の実施形態が示される添付図面を参照して、本発明の実施形態について更に十分に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、また、本明細書中で説明される実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示内容が完全且つ完結するように、また、本開示内容が本発明の範囲を当業者に対して十分に伝えるように与えられる。同様の参照符号は、全体にわたって同様の要素を示している。
【００４２】
本発明は、一般に、ナノインプリンティング装置及びパターンをテンプレートから基材へ転写するための方法に関する。本発明は、パターニングされるべき基材と接触される回転可能に取り付けられたローラの形態をテンプレートが成しているという点において、ナノインプリンティングの従来技術とは異なる考え方に基づいている。現在のナノインプリンティング装置とは異なり、本発明の幾つかの実施形態は、パターニングされるべき基材に対してミクロ又はナノメートルサイズのパターンを転写するために２つの回転可能に取り付けられたローラを利用することに基づいている。
【００４３】
図１及び図２は、本発明に係るナノインプリンティング装置１の一実施形態を概略的に示している。ここで、図１及び図２に示されるナノインプリンティング装置に関連して、本発明の実施形態の実際のパターン転写ステップ又はインプリントステップの機能及び基本的なプロセスステップについて説明する。
【００４４】
ナノインプリンティング装置１は、回転可能に取り付けられた第１のローラ１０を備えている。この第１のローラ１０はパターニングされた周面（以下「パターン周面」ともいう）１１を有しており、この周面には、高さ及び幅が１ｎｍ〜数μｍの範囲内の形状、場合によりいずれも更に小さく且つ更に大きい形状を成す３次元の突出部及び凹部が形成されている。円柱状のローラ１０の直径ｄ１は、一般に、１デシメートル〜５メートルである。直径ｄ１は１００〜１０００ミリメートルの範囲内であることが好ましい。また、ローラの長さは、一般に、１デシメートル〜５メートルである。好ましくは、ローラ１０の長さは１〜３メートルの範囲内である。回転可能なローラの直径と長さとの間の比率は約１：２であることが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。本出願の出願日において発明者が知る最良の形態では、直径ｄ１が約６００ミリメートルであってもよく、また、長さが約１．５メートルであってもよい。
【００４５】
また、ナノインプリンティング装置１は、回転可能に取り付けられた第２のローラ３０も備えている。この第２のローラ３０は、ローラ１０，３０の同期回転を行なうことができるように、第１のローラ１０と回転可能に結合される。同期回転とは、第１のローラ１０の回転速度が第２のローラ３０の回転速度と同期されることを意味する。また、第２のローラは、本質的に円滑な周面３１を有している。第２の円柱ローラ３０の直径ｄ２は、一般に、１デシメートル〜５メートルである。直径ｄ２は１００〜１０００ミリメートルの範囲内であることが好ましい。また、第２のローラの長さは、一般に、１デシメートル〜５メートルである。好ましくは、直径は１〜３メートルの範囲内である。直径と長さとの間の比率は約１：２であることが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。本出願の出願日において発明者が知る最良の形態では、直径ｄ２が約６００ミリメートルであってもよく、また、長さが約１．５メートルであってもよい。
【００４６】
それぞれのローラ１０，３０の軸は、それぞれの面１１，３１が互いに略平行な様式で対向するように、互いに略平行に配置されている。したがって、第１のローラのパターニングされた周面、及び、このパターン周面と対向する第２のローラの本質的に円滑な周面は、これらの面１１，３１が互いの方へ押し付けられるときに互いに略平行となるように配置される。
【００４７】
基材２０は、ローラ１０，３０が互いに対して回転するときにローラ１０，３０間で移動できる。基材２０は、変形可能な基材２０、例えば、変形可能な材料から成る基材、又は、変形可能なコーティングによって覆われる基材である。基材は、長方形の形状を有することが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。基材２０の幅は、それぞれのローラ１０，３０の長さに対応するように選択されることが好ましい。好ましい開示された実施形態では、基材が連続基材２０である。連続基材２０は、薄い膜又は箔であってもよく、例えば高分子箔である。本明細書中で使用される連続基材という用語は、図面に示されているように、その幅よりもかなり長い長さを有する基材を意味するために使用される。連続基材２０は、ローラ１０，３０間に供給装置６０から供給されてもよい。好ましい開示された実施形態において、供給装置６０は、薄膜ロール又は箔ロール、例えば高分子箔ロールを収容するためのリールである。
【００４８】
ナノインプリンティング装置１の稼働中、ローラ１０，３０が互いに対して回転する際に、基材２０が前記ローラ１０，３０間を移動し或いは通過し、それにより、前記ローラ１０，３０が互いに対して回転すると、第１のローラ１０のパターニングされた周面１１が前記基材２０と接触し、これにより、パターン周面１１から基材２０へと前記パターンが転写される。基材２０に対するパターンの均一なインプリントを達成するために、それぞれのローラ１０，３０が互いの方へ向けて有利に押し付けられてもよい。すなわち、第１のローラ１０が第２のローラ３０に対して押し付けられてもよく、逆もまた同様である。第１及び第２のローラ１０，３０の一方又は両方は、他方のローラ１０，３０に対してこの圧力を加えるように配置されてもよい。ナノインプリンティング装置１は、加えられた圧力を制御して調整するための手段を備えていてもよい。圧力を動的に或いは静的に制御して調整できることが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。また、加えられた圧力を少なくとも１〜１００ｂａｒの正圧の範囲内で調整できなければならない。基材２０上にパターンの十分に均一なインプリントを達成するため、加えられる圧力は、１０〜４０ｂａｒの範囲内であることが好ましい。
【００４９】
好ましい開示された実施形態において、第２のローラ３０は、特定の圧力を有する媒体のための管状キャビティ３２を備えている。図面に示されているように、第２のローラ３０は内側シリンダ３４を備えている。内側シリンダ３４上には、膜３３が内側シリンダ３４の周面の周囲に配置されるように取り付けられている。したがって、管状膜３３の幾何学的な回転軸は、内側シリンダ３４の回転軸と一致すると言うことができる。膜３３は一般に可撓性材料から形成される。当該材料は、高分子材料又は薄い金属であることが好ましく、プラスチック又はゴムであることが更に好ましい。好ましい開示された実施形態では、膜３３が約１ｍｍの厚さを有している。しかしながら、他の寸法も同様に可能である。本出願の出願日時点で発明者にとって最良の形態として、膜の厚さは１〜１０ｍｍの範囲内にあるべきである。膜は、多くの従来から知られる方法で内側シリンダ３４に対して取り付けられてもよい。単なる一例として、膜３３は、第２のローラ３０のそれぞれの端部側でクランプ手段３５により内側シリンダ３４に対してクランプされてもよい。クランプ手段３５は図７に明示されている。
【００５０】
キャビティ３２は、入口チャンネルを介して加圧され得る媒体、好ましくはガス（例えば、空気、窒素又はアルゴン）を収容するようになっている。入口チャンネルは、図７に示されるような入口チャンネル３６であってもよい。したがって、内側シリンダ３４と膜３３との間の空間が媒体によって満たされると、管状キャビティ３２が形成される。内側シリンダ３４と膜３３との間の空間の実際の寸法は大きくする必要はない。むしろ、この空間は、キャビティ３２が媒体を収容できるようにミクロン程度であれば十分である。このとき、キャビティ３２内に収容された媒体の加圧は、例えば、圧力に非常に小さな変化を与えるようになっている動的な制御によって行なわれてもよい。或いは、キャビティ３２内に収容された媒体の圧力が所定の圧力レベルに予め設定されてもよい。キャビティ内の媒体の圧力は、前記媒体の圧力が１〜１００ｂａｒの範囲内、好ましくは１０〜４０ｂａｒの範囲内となるように入口チャンネルを介して増大／減少させることができる。キャビティ３２内の媒体の圧力が増大されると、膜３３が外側に曲がるように配置される。
【００５１】
この場合も先と同様に、ナノインプリンティング装置１の稼働中、それぞれのローラ１０，３０は、基材２０がこれらのローラ間で移動する間、互いに対して押し付けられる。同時に、キャビティ３２内の媒体の圧力は、増大／減少するように制御及び／又は調整することができる。したがって、前記ローラ１０，３０間の全体の圧力は、ｉ）互いに接触するローラ１０，３０によって加えられる圧力と、ｉｉ）キャビティ３２内に収容される加圧ガスによって加えられる圧力との複合圧力であってもよい。キャビティ３２内の媒体の圧力が増大されると、膜３３が外側に曲がり、それにより、膜３３が第１のローラ１０のパターン周面１１へ向けて基材２０を押圧する。柔軟な膜３３を介したキャビティ３２からの圧力により、膜３３が媒体の圧力に起因して外側へ曲げられる際に第１のローラ１０のパターン周面１１と基材２０との間の接触面全体にわたって力の均一な分布が得られる。これにより、図３に例示的に示されるように、ローラ１０、基材２０、ローラ３０がミクロ又はナノレベルで見ると互いに対して略平行に配置される。
【００５２】
図３は、第１のローラ１０のパターン周面１１が基材２０と接触するときのミクロ又はナノサイズレベルでの基材２０の一部の断面を示している。図３に示されるように、基材２０は上面を有しており、この上面は、パターン周面１１と基材２０の上面との間の接触の瞬間にテンプレートすなわち第１のローラ１０のパターン周面１１と略平行又は殆ど平行に配置される。また、膜３３（第２のローラ３０の表面３１を形成する）は、基材２０の下面と略平行又は殆ど平行に配置される。このように、膜３３は、ミクロサイズ又はナノサイズのパターンを第１のローラ１０のパターン周面１１から基材２０の上面へとインプリントする最中に基材２０の下面に対して押圧するための略平行な支持部材としての機能を果たしてもよい。
【００５３】
第１のローラ１０、基材２０、第２のローラ３０は（ミクロ又はナノレベルで）互いに対して十分に平行であるため、基材２０の上面における凹凸或いは第１のローラ１０のパターン周面１１上の凹凸の影響を減少させることができ或いは排除することもできる。また、インプリント中に基材２０の下面へ向けて作用する柔軟な膜３３を介したキャビティ３２からの圧力により、ミクロ又はナノサイズのパターンをパターン周面１１から変形可能な基材２０へと快適にインプリントすることができる。更に、インプリンティングステップがそれぞれのローラ１０，３０と基材２０との間で滑り作用を非常に僅かしか伴わず、或いは全く伴わないように、キャビティ３２の媒体の圧力によって柔軟な膜３３を外側に曲げることができることが分かった。任意の起こり得る滑り作用を回避するため、それぞれのローラ１０，３０が同期回転できるように互いに対して回転可能に結合されることが重要となる場合もある。
【００５４】
図４〜図６は、図１〜図３に示されるナノインプリンティング装置１の様々な有利な実施形態を示しており、これらの実施形態において、ナノインプリンティング装置１は加熱手段４０と冷却手段５０とを更に含んでいる。
【００５５】
図４に示される実施形態において、加熱手段４０は、前記基材が前記第１及び第２のローラ１０，３０間で移動する前に基材２０を加熱するように配置される加熱チャンバである。したがって、前記ローラ１０，３０が互いに対して回転し且つ第１のローラ１０のパターン周面１１が基材２０と接触する際の第１のローラ１０のパターン周面１１から基材へのミクロ又はナノサイズパターンのその後のインプリンティング前に、変形可能な基材２０の少なくとも上側層を軟化させることができる。加熱チャンバ４０内では、１つ以上のヒータが、好ましくは１００〜２００℃の範囲内、更に好ましくは１５０〜１７０℃の範囲内のホットエアを循環させる。また、冷却手段５０は、インプリントステップ中に基材２０が前記第１及び第２のローラ１０，３０間を通過した後に基材２０を冷却するように配置された冷却チャンバである。したがって、パターン周面１１から基材２０へのパターンのインプリンティング後、基材は、それが満足できる程度に硬くなるまで冷却される。冷却チャンバ５０内には、基材２０の温度を下げるために１つ以上のクーラないしは冷却装置が配置されており、それにより、基材は、それが満足できる程度に硬化するまで冷却される。基材２０の温度を下げるため、クーラは、１３０℃以下の温度を有する水又は空気を冷却チャンバ５０内で循環させるようになっていてもよい。
【００５６】
図５及び図６は本発明の好ましい実施形態を示している。図５及び図６に示される実施形態において、加熱手段４０は、基材２０を加熱するように配置された１つ以上、好ましくは２つの加熱ローラを備えている。また、冷却手段５０は、基材を冷却するように配置された１つ以上、好ましくは２つの冷却ローラを備えている。開示された好ましい実施形態では、基材２０の加熱／冷却のために２つの加熱ローラ４０ａ，４０ｂ及び２つの冷却ローラ５０ａ，５０ｂがそれぞれ利用される。
【００５７】
図５及び図６のナノインプリンティング装置１は回転可能に取り付けられた２つの加熱ローラ４０ａ，４０ｂを備えており、それぞれの加熱ローラは、本質的に滑らかな環状の加熱面４１ａ，４１ｂと、前記加熱面の温度を１００〜２００℃の範囲内の温度、好ましくは１５０〜１７０℃の範囲内の温度に調整するための手段とを有している。加熱ローラ４０ａ，４０ｂと第１のローラ１０とを同期回転させるため、加熱ローラ４０ａ，４０ｂは、第１のローラ１０と回転可能に結合される。その結果、加熱ローラ４０ａ，４０ｂ及び第１及び第２のローラ１０，３０が互いに対して回転する動作中、基材２０は加熱面４１ａ，４１ｂと接触することができる。加熱ローラ４０ａ，４０ｂは図５及び図６に示されるように配置されてもよい。そのため、稼働中、基材２０の加熱は、前記基材が前記第１及び第２のローラ１０，３０間で移動する前に行なわれる。また、図５及び図６のナノインプリンティング装置１は、回転可能に取り付けられた２つの冷却ローラ５０ａ，５０ｂを備えており、それぞれの冷却ローラは、本質的に滑らかな環状の冷却面５１ａ，５１ｂと、前記冷却面の温度を１３０℃以下の範囲内の温度に調整するための手段とを有している。冷却ローラ５０ａ，５０ｂと第１のローラ１０とを同期回転させるため、冷却ローラ５０ａ，５０ｂは、第１のローラ１０と回転可能に結合される。したがって、冷却ローラ５０ａ，５０ｂ及び第１及び第２のローラ１０，３０が互いに対して回転している間、基材２０は冷却面５１ａ，５１ｂと接触することができ、それにより、基材２０は、それが満足できる程度に硬化するまで冷却される。
【００５８】
図８及び図１０は、パターニングされるべき基材に対してミクロ又はナノメートルサイズのパターンを転写するために回転可能に取り付けられたローラを利用することに基づくナノインプリンティング装置１の更なる構成又は実施形態を開示している。
【００５９】
本発明に係るナノインプリンティング装置及び方法の幾つかの実施形態は、単一インプリントステップでの大面積インプリントにおいて特に有利であり、それ自体、大面積基材又は対象物に対するナノインプリントリソグラフィにおける公知の技術を越える非常に大きな利点を有する。回転可能に取り付けられた２つのローラにより、大面積基材又は対象物は、連続基材の形態、例えばローラの回転時に２つの回転可能ローラ間で移動できる薄膜又は高分子箔の形態を成すことができる。これにより、ミクロ又はナノメートルスケールの３次元形態を備える構造体の製造を生み出すための高い処理能力を有する連続プロセスが可能となる。本発明の幾つかの実施形態は、全体の面積が４００×６００ｍｍ以上の大面積基材に対してミクロ又はナノサイズパターンを転写するために使用することができる。したがって、例えば、本発明の幾つかの実施形態に係る単一インプリントを用いて、約４００×６００ｍｍ以上のサイズを有するフルフラットパネルディスプレイをパターニングすることができる。そのため、本発明の幾つかの実施形態は、初めて、例えばフルフラットパネルディスプレイなどの用途において大面積基材又は対象物上に微細構造デバイスを大規模製造するのに興味深いナノインプリンティング装置及び方法を提供する。
【００６０】
以上、本発明の原理を実施形態の例によって或いは動作形態によって説明してきた。しかしながら、本発明は、限定的ではなく例示的であると見なされるべき前述した特定の実施形態に限定されず、また、これらの実施形態においては、添付の特許請求の範囲によって画成される本発明の範囲から逸脱することなく当業者により変形例を成すことができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に係るナノインプリンティング装置の側断面図である。
【図２】図１に示されるナノインプリンティング装置の異なる図である。
【図３】パターンが第１のローラのパターン周面から基材へと転写される瞬間において第１のローラ、第２のローラ、及び、基材が互いに対して略平行に配置されている状態を示すミクロ又はナノレベルの側断面図である。
【図４】ナノインプリンティング装置が加熱チャンバと冷却チャンバとを更に含む場合における、本発明の一実施形態に係るナノインプリンティング装置の側断面図である。
【図５】ナノインプリンティング装置が加熱ローラと冷却ローラとを更に含む場合における、本発明の一実施形態に係るナノインプリンティング装置の側断面図である。
【図６】図５のナノインプリンティング装置の異なる図である。
【図７】図５及び図６に示されるナノインプリンティング装置の第１及び第２のローラの一実施形態の断面図である。
【図８】ナノインプリンティング装置の異なる実施形態を示している。
【図９】ナノインプリンティング装置の異なる実施形態を示している。
【図１０】ナノインプリンティング装置の異なる実施形態を示している。
【符号の説明】
【００６２】
１…ナノインプリンティング装置、１０…第１のローラ、１１…パターン周面
２０…基材、３０…第２のローラ、３２…キャビティ
【図１】
2008284873.tif 000003
【図２】
2008284873.tif 000004
【図３】
2008284873.tif 000005
【図４】
2008284873.tif 000006
【図５】
2008284873.tif 000007
【図６】
2008284873.tif 000008
【図７】
2008284873.tif 000009
【図８】
2008284873.tif 000010
【図９】
2008284873.tif 000011
【図１０】
2008284873.tif 000012
【外国語明細書】
2008284873000001.pdf