(57)【要約】【課題】  表面層をパターン化する等のリソグラフィプロセスに使用するスタンプを提供する。【解決手段】  スタンプ（１０）は、第１の側面（１１）および第２の側面（１２）を備えたスタンプ本体（１）を有し、第１の側面（１１）に印刷面（２）が存在し、第２の側面（１２）にキャリヤ本体（４）のスタックと液体用のリザーバ（３）とが存在する。キャリヤ本体は、液体をリザーバ（３）からスタンプ本体（１）へ、さらに印刷面（２）へ運ぶことができるように、チャネル（５）を含む。スタンプは、シリンダとして実施されてもよく、連続したリソグラフィ印刷プロセスを可能にする。このプロセスは、結果として、ミクロンオーダーまたはミクロン未満のオーダーの大きさのパターンを得る。スタンプ（１０）は、さらに、より大きな装置に含まれてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の側面およびそれに対向する第２の側面を有し、前記第１の側面には構造化された印刷面を、前記第２の側面には液体用のリザーバをそれぞれ有するスタンプ本体を具備し、前記スタンプ本体は前記液体に対して浸透性がある、リソグラフィプロセスに使用するためのスタンプにおいて、前記スタンプ本体と前記リザーバとの間にキャリヤ本体が存在し、前記キャリヤ本体は前記リザーバ内に存在する前記液体に対して浸透性があり、前記液体は使用中に前記リザーバから前記印刷面へ運ばれることを特徴とするスタンプ。
【請求項２】
前記キャリヤ本体は、第１の側面および第２の対向する側面を有し、前記第１の側面に前記スタンプ本体を、前記第２の側面に前記リザーバをそれぞれ備え、
前記キャリヤ本体はチャネルを具備し、
前記チャネルの少なくとも一部は、前記キャリヤ本体の前記第１の側面から前記第２の側面へ延在することを特徴とする請求項１記載のスタンプ。
【請求項３】
前記スタンプ本体の前記第１の側面および前記第２の側面は、相互間に所定の距離をおいてあり、
前記キャリヤ本体の前記第１の側面の前記チャネルは、それぞれ、前記スタンプ本体の前記第１の側面と前記第２の側面との間の前記距離よりも短い直径を有することを特徴とする請求項２記載のスタンプ。
【請求項４】
前記キャリヤ本体は多孔性材料からなっていることを特徴とする請求項１記載のスタンプ。
【請求項５】
前記リザーバは多孔性材料からなっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のスタンプ。
【請求項６】
前記スタンプは円筒形状をしており、前記印刷面は前記円筒形状の最外側のシェルによって形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のスタンプ。
【請求項７】
スタンプによって基板の表面をパターン化するステップを含み、前記スタンプには、リソグラフィプロセスに使用するための構造化された印刷面が設けられ、前記スタンプは、前記印刷面に存在する液体が前記基板の表面へ転移されるように前記基板に接触させられる電子部品を製造する方法において、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のスタンプが使用されていることを特徴とする電子部品を製造する方法。
【請求項８】
前記スタンプは円筒形状であり、
前記スタンプは、前記スタンプの印刷面全体が前記基板上を転がるように、前記基板に適用されるときに回転することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つのパターン化層を基板上に設けるための装置であって、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のスタンプが設けられている装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の側面およびそれに対向する第２の側面を有し、第１の側面には構造化された印刷面を、第２の側面には液体用のリザーバをそれぞれ有するスタンプ本体を具備し、スタンプ本体は液体に対して浸透性がある、リソグラフィプロセスに使用するためのスタンプに関する。
【０００２】
本発明はまた、スタンプによって基板の表面をパターン化するステップを含み、スタンプには、リソグラフィプロセスに使用するための構造化された印刷面が設けられ、スタンプは、印刷面に存在する液体が基板の表面へ転移されるように基板に接触させられる電子部品を製造する方法に関する。
本発明は、さらに、基板に少なくとも１つのパターン化層を設けるための装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
そのようなスタンプおよび方法は、Ｌｉｂｉｏｕｌｌｅらによる「Ｌａｎｇｍｕｉｒ」、１５（１９９９）、３００〜３０４により公知である。パターンは、公知のスタンプによって基板内に、または基板上に設けることができる。毎回印刷面を液体の別個の外部リザーバに接触させる必要はない。この液体は、以後はインクとも称される。「液体」という用語は、溶液および微細に分布された分散液に関するようにも理解される。液体は、きわめて粘性質のものであり得る。液体の中にまたは液体として存在する化合物は、次いで、印刷面から基板の表面へ転移される。公知のスタンプは、ポリジメチルシロキサンのスタンプ材料を有し、これは、以後はＰＤＭＳと表示することにする。エタノールにアルカンチオールを溶解させた溶液が、インクとしてリザーバ内に存在する。スタンプ本体およびリザーバは、直径５ｍｍのガラスシリンダにクランプされる。印刷面は、シリンダの一方の端に存在する。他方の端は、溶融によって封止される。この方法において、チオールのパターン化された単一層が、金の基板上に設けられた。
【０００４】
公知のスタンプの不利点は、引用された文献に既に言及されているように、スタンプが設けられた層が変形されるパターンを含むことであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の第１の目的は、冒頭のパラグラフで述べた型のスタンプにおいて、パターン化層を適用する使用中の変形を抑制することである。
【０００６】
本発明の第２の目的は、第２のパラグラフで述べた型の方法において、印刷面を外部インクリザーバに接触させる必要がなく、パターン化層は、変形されるパターンを含まないことである。
【０００７】
本発明の第３の目的は、第３のパラグラフで述べた型の装置において、本発明によるスタンプを具備するようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の目的は、スタンプ本体とリザーバとの間にキャリヤ本体が存在し、キャリヤ本体はリザーバ内に存在する液体に対して浸透性があり、液体は使用中にリザーバから印刷面へ運ばれることによって達成される。
【０００９】
スタンプが剛性材料の不浸透性シリンダにクランプされない場合、結果として得られる層にパターンの変形はないことがわかった。引用された文献では、変形の理由として、スタンプ本体の膨張が挙げられた。本発明によるスタンプにおいて、スタンプ本体はクランプされずに、キャリヤ本体に締結される。インクの存在のため膨張が起こるのであれば、スタンプ本体の第１および第２の側面にほぼ垂直な方向に起こる。全側方向寸法は、この間中、ほぼ一定であり、そのため、印刷面のパターンは基板へ正確に転移される。スタンプ本体は第２の側面で支持されるため、スタンプ本体の曲げはまったく起こらない。
【００１０】
本発明によるスタンプの利点は、キャリヤ本体がスタンプを製造する際の基板として同時に使用できることである。スタンプ本体は、流し込み、注入、または他の簡略な技術によってキャリヤ本体に設けることができる。スタンプ本体は、弾性のある材料から製造されることが好ましい。そのような材料は、ヤング率が１０３〜１０６の間、特に、０．２５×１０５〜５×１０５Ｎ／ｍ２であることが好ましい。そのような材料の例として、特に、ＰＤＭＳとしても知られるポリ（ジメチルシロキサン）、ポリ（ブタジエン）、ポリ（アクリルアミド）、ポリ（ブチルスチレン）、ポリ（ウレタン）、および、これらの材料のコポリマーが挙げられる。ソフトリソグラフィ業界の当業者に公知の他の材料も、スタンプ本体に使用できることは明らかである。
【００１１】
キャリヤ本体を製造するために、様々な材料を用いることができる。適切な材料の例として、アルミニウムまたは鋼等の金属、セラミック材料、および、有機または無機の繊維で補強されてもされなくてもよい合成樹脂等の有機材料が挙げられる。好ましくは、キャリヤ本体は、スタンプ本体の材料よりも大幅に高い剛性を有する。キャリヤ本体は、インクリザーバと一体であってもよい。
【００１２】
好ましい実施形態において、キャリヤ本体は、第１の側面およびそれに対向する第２の側面を有し、第１の側面にスタンプ本体を、第２の側面にリザーバをそれぞれ備え、キャリヤ本体はチャネルを具備し、チャネルの少なくとも一部は、キャリヤ本体の第１の側面から第２の側面へ延在する。キャリヤ本体のチャネルは、様々な方法で設けることができる。第１の例は、キャリヤ本体を穿孔することによる。第２の例は、キャリヤ本体をパターン化することにより、チャネルのパターンがキャリヤ本体に形成される。好ましくは、チャネルがキャリヤ本体を完全に横切るのは、数か所のみである。キャリヤ本体のパターン化は、様々な方法で実施することができ、例として、ドライまたはウェットのエッチング、粉末ブラスト、およびレーザ切断が挙げられる。パターン化は、キャリヤ本体の相互に対向する２つの側面から実施することができる。そのような２側面処理では、一方の側のチャネルが、他方の側のチャネルよりも大幅に大きな直径を有してもよい。一方の側のチャネルの数が、他方の側よりも、単位表面積当たり大幅に多くてもよい。パターン化のさらなる方法は、当業者には公知である。
【００１３】
本発明によるスタンプの別の利点は、キャリヤ本体とスタンプ本体との間の接着が良好であることである。チャネルの内部の寄与により、キャリヤ本体への接着の利用可能な表面積は、チャネルのない類似のキャリヤ本体よりも大きい。また、本体は両方とも、機械的に固定されてもよい。
【００１４】
特定の実施形態において、キャリヤ本体とスタンプ本体の間にディストリビュータ本体が存在する。そのようなディストリビュータ本体は、ゴム状性質であることが好ましく、印刷面にほぼ平行に見て、第２の側面でどこでも実質的に同一の濃度でインクがスタンプ本体の第２の側面に存在することを達成する機能を有する。そのようなディストリビュータ本体は、スタンプ本体の第１の側面と第２の側面との間の距離が小さい場合、特に好ましい。
【００１５】
別の特定の実施形態において、スタンプ本体の第１および第２の側面は、相互間に一定の距離をおいてあり、キャリア本体の第１の側面のチャネルは各々が、スタンプ本体の第１の側面と第２の側面との間の距離よりも短い直径を有する。この実施形態ではキャリヤ本体を通るインクの供給速度は、ほぼチャネルの容量によって規定される。好ましくは、チャネルの平均直径は、チャネルがキャリヤ本体を完全に横切る限り、キャリヤ本体の第１の側面でキャリヤ本体の第２の側面よりも短い。この場合、チャネルはほぼ円錐形状であり、円錐の頂部はキャリヤ本体の第１の側面にある。
【００１６】
別の実施形態において、キャリヤ本体は多孔性材料からなっている。多孔性材料は、たとえば、セラミック材料または合成樹脂である。そのような多孔性材料は、無機または有機材料の業界の当業者には公知である。好ましくは、多孔性材料は、リザーバの容量に対して４０％を超える多孔率を有し、材料はインク内で不活性であり、材料はインク内で膨張しない。
【００１７】
さらなる実施形態において、リザーバは多孔性材料からなっている。多孔性材料は、たとえば、セラミック材料または合成樹脂である。多孔性材料は、発泡体またはスポンジであってもよく、互いに連通するキャビティをさらに具備してもよい。そのような多孔性材料は、無機または有機材料の業界の当業者には公知である。好ましくは、多孔性材料は、リザーバの容量に対して７０％を超える多孔率を有し、材料はインク内で不活性であり、材料はインク内で膨張しない。
【００１８】
この実施形態の第１の利点は、リザーバが、スタンプにさらに頑丈さを与える本体であることである。この実施形態の第２の利点は、スタンプの回転時にリザーバ内のインクの変位が全く起こらないかまたはほぼ起こらないことである。この実施形態の第３の利点は、供給線を本体に接続することができ、この線を通ってスタンプの作動中に使い果たされたインクを補充または補給することができることである。
【００１９】
スタンプは、たとえば、平らな印刷面を備えて構成されてもよく、または、弓形の形態に湾曲した印刷面を備えて構成されてもよい。弓形は、好ましくは、およそ３０度の角度の範囲にわたる。しかし、キャリヤ本体とスタンプ本体とが、シリンダのシェルを形成するように、各々が湾曲していることが特に好ましい。この実施形態において、スタンプは円筒形形状であり、最外側円筒形シェルとして印刷面を備える。スタンプは、したがって、ローラーとして使用することができる。基板の大きな表面には、ローラーによってパターン化層を設けることができる。本発明によるスタンプの印刷面を外部インクリザーバに接触させる必要はないという事実が、ローラーとしてスタンプを使用することの利点を提供する。第１の利点は、インクがかなり一定した濃度で印刷面に存在するということである。第２の利点は、印刷面が摩耗を受けづらいということである。円筒形スタンプを使用する従来の方法では、インクは、インクローラーによって印刷面に提供されることが好ましい。
【００２０】
本発明の第２の目的、すなわち、第２のパラグラフで述べた種類の電子部品を製造する方法を提供する方法は、請求項１ないし６のいずれか１項に記載されたスタンプを使用することによって達成される。
【００２１】
使用されるインクは、たとえば、エタノールのＣ１０〜Ｃ２０アルカンチオールの溶液である。幅広く様々な無機、有機、および、ポリマーの材料、および、その溶液が、液体として使用されてもよい。例として、レジスト材料の酸および塩基の溶液、トリクロロシロキサン、およびリン酸塩が挙げられるが、半導体有機材料等の機能材料の溶液も挙げられる。材料およびソフトリソグラフィのさらなる例は、Ｇ．Ｍ．ＷｈｉｔｅｓｉｄｅｓおよびＹ．Ｘｉａ、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．３７（１９９８）、５００〜５７５から公知である。本発明による方法によってパターン化された層のパターンは、１ミクロン未満から１００ミクロン超まで変化する細部を有する。特に、パターンは、およそ１〜１０ミクロンの範囲に細部を有する。
【００２２】
スタンプによって設けられた化合物は、基板に層を形成することができ、層の厚さは数ナノメートルである。そのような層は、特定の機能を有してもよく、または、その上に電気メッキ等の半導体技術で公知の他の方法によって層を溶着することができる基部層として作用させることができる。
【００２３】
あるいは、スタンプによって基板に設けられた化合物は、基板の表面で行われる反応に関係するようにしてもよい。「反応」という用語はここでは、化学反応、エッチングまたは溶解反応、および、拡散等の物理的プロセスによる表面改質に関する。化合物は、この場合、印刷面に存在してもよく、あるいは、キャビティ内にあってもよい。
【００２４】
「電子部品」という用語はここでは、半導体デバイス、ディスプレイ、ランプ、受動素子、受動素子のネットワーク、印刷回路基板を含むが、スマートカードおよび光学ディスク等の光学的に、磁気的に、または、電子的に読取り可能なプレートも含む。
【００２５】
好ましい実施形態において、スタンプは円筒形状であり、スタンプの印刷面全体が基板上を転がるようにスタンプは基板に適用されるときに回転する。この実施形態では、印刷面のパターンを、中断せずいずれの好ましくは大きなサイズで表面に設けることができる。そのようなやり方は、比較的安価で柔軟性があり、それによって、小構造物を非写真平板式で基板上にまたは基板内に設けることができる。
【００２６】
第３の目的は、本発明によるスタンプが本発明による装置に組み込まれることによって実現される。好ましくは、本発明による装置には、溶液用の保管容器、ポンプ、および、保管容器、スタンプのリザーバおよびポンプが含まれる液体供給線の閉鎖回路がさらに設けられる。これは、リザーバの液体の組成物を制御することができるという利点を有する。液体が活性物質の溶液であるならば、表面で活性物質の濃度はできるだけ一定に保たれることが好ましい。
【００２７】
本発明によるスタンプ、方法および装置のこれらおよび他の態様は、図面を参照してより詳細に下記に説明される。異なる図において、同一の参照符号は、できるかぎり等価の構成要素を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１に示されるスタンプ１０は、第１の側面１１およびそれに対向する第２の側面１２を有するスタンプ本体１を備えている。第１の側面１１には構造化された印刷面２を有し、第２の側面１２にはチャネル５を有するキャリヤ本体４が設けられている。キャリヤ本体４は、スタンプ本体１とインク用のリザーバ３との間に存在する。インクは、たとえば、溶剤と転移されるべき化合物とを含む液体である。作動中に、スタンプ１０は、印刷面２に存在する化合物が基板に転移されるように、印刷面２を基板に接触させる。インクは、リザーバ３からキャリヤ本体４のチャネル５およびスタンプ本体１を通って印刷面２へ拡散するかまたは流れる。インクが溶液である場合、溶剤は化合物よりも早く流れ、印刷面から蒸発することができる。キャリヤ本体４は、第１の側面４１および第２の対向する側面４２を有し、第１の側面４１にスタンプ本体１の側面が接触し、第２の側面４２にリザーバ３を備える。この例において、チャネル５は第１の側面４１から第２の側面４２へ延在する。
【００２９】
図２は、図１のＩ−Ｉ線から見た第１の実施形態の断面図である。この図から明らかなように、キャリヤ本体４は穿孔によって形成された多数のチャネル５を有する。チャネル５は第１の側面４１で、各々がスタンプ本体の第１の側面１１と第２の側面１２との間の距離１３よりも短い直径を有する。この距離１３、すなわち、スタンプ本体１の厚さは、１００ミクロン（＝０．１ｍｍ）〜１ｍｍの間であることが好ましい。キャリヤ本体４は、チャネルの直径が２０〜２００ミクロンのオーダーであるように、粉末ブラスタによって穿孔されることが好ましい。
【００３０】
図３は、図１に示されたスタンプの構造に対応する構造を備えたスタンプ１０の第２の実施形態の側立面図である。しかし、チャネル５，５１の一部分のみ、すなわち、チャネル５が、キャリヤ本体の第１の側面４１から第２の側面４２へ通って延在するところが異なる。キャリヤ本体４は、第１の側面４１から異方性にエッチングされ第２の側面４２から等方性にエッチングされた金属から製造される。このスタンプは、第１のリザーバ３のみではなく、第２のリザーバ３１も具備する。２つのリザーバ３，３１は、チャネル５，５１によって相互接続され、保管容器とポンプと接続線とをさらに具備する回路に含まれる。この回路を通る液体まわりのポンプ作用が、スタンプ本体の第２の側面１２で、チャネル５１内のインクの濃度をほぼ一定に保たせる。
【００３１】
図４は、図３のＸ−Ｘ線に沿って見た第２の実施形態の断面図である。図４は、残りのチャネル５１がコンジットを形成することを示している。これらのチャネル５１の幅５９は、スタンプ本体の第１の側面１１と第２の側面１２との間の距離よりも短い。チャネル５１によって形成されたコンジットは、第１のリザーバ３を第２のリザーバ３１に接続する。
【００３２】
図５は、図１に示されるスタンプの構造に対応する構造を有するスタンプ１０の第３の実施形態の側立面図である。しかし、キャリヤ本体４の第１の側面４１から第２の側面４２へ延在するチャネル５が、すべての場所で同一の幅ではない点が異なる。チャネル５は円錐形状であり、キャリヤ本体４の第１の側面４１で最小の直径を有する。印刷面２へのインクの供給は、この直径を適切に選択することによって所望の供給速度に調節することができる。
【００３３】
図６は、スタンプ２０の断面図である。このスタンプは円筒形であり、印刷面２は最外側円筒形シェルを形成する。スタンプ２０の回転時にリザーバ３内のインクの変位が実質的に起こらないように、リザーバ３は、ここでは多孔性材料から作られている。さらに、スタンプ２０は、締結手段（図示せず）を具備する。締結手段は、スタンプ２０が締結される装置の反対極性の磁石と連動する磁石によって形成することができる。あるいは、締結手段は、スタンプが装置内に吊され、その軸を中心にして回転可能であるように、機械的構造によって形成されてもよい。
【００３４】
（実施例）
構造印刷面２の所望のパターンはフォトレジスト構造物が従来のリソグラフィで硬化されるため、マスターで実施された。構造物の高さは２．７μｍであった。マスターは、（０．５ミリバールの圧力で）気相でオクタデシルトリクロロシランで改質された。構造化印刷面２が設けられたスタンプ本体１は、マスターに接触して、シルガード１８４（ダウコーニング社によって供給される）として知られている市販の二成分系システムの硬化を通して製造された。二成分の割合は１０：１であった。硬化は、６５℃で４時間の第１ステップと、５０℃で２０時間の第２ステップとから構成された。スタンプ本体１は、注型によってパースペックス金型に１．７ｍｍの均一の厚さ１３が与えられた。スタンプ本体１は、ホウケイ酸ガラスのフィルタホルダに第２の側面１２が設けられた。フィルタはキャリヤ本体４として作用し、フィルタホルダはリザーバ３として作用した。これが、図１に示されるようなスタンプ１０を完成した。
【００３５】
スタンプ１０を使用する前に、リザーバ３は、エタノールのオクタデシルチオールの２ｍＭ溶液で満たされた。次いで、溶液がスタンプ１を通って拡散することができるように、６６時間の待機時間が観察された。次いで、印刷面２が、１０〜１５秒間、２０ｎｍ厚さの金層に接触され、これは、２．５ｎｍ厚さのチタン層が塗布されたコーニング７０５９ホウケイ酸ガラスに蒸着された。ローラーによってスタンプ１０の背面にわずかな圧力が加えられた。金のパターンが、８分間、１ＭのＫＯＨ、０．１ＭのＫ２Ｓ２Ｏ３、０．０１ＭのＫ３Ｆｅ（ＣＮ）６、および、０．００１ＭのＫ４Ｆｅ（ＣＮ）６の水溶液の新たに作られた浴に室温でエッチングを通して展開された。この後、金の良好な印刷が、およそ１０ｃｍ２の表面積に得られた。３μｍの直径を有するマスターからの最小の構造物が、金に正確に転移された。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】スタンプの第１の実施形態の概略側立面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線に沿って見た第１の実施形態の概略断面図である。
【図３】スタンプの第２の実施形態の概略側立面図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ線で見た第２の実施形態の概略断面図である。
【図５】スタンプの第３の実施形態の概略側立面図である。
【図６】スタンプの第４の実施形態の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    スタンプ本体
２    印刷面
３、３１    リザーバ
４    キャリヤ本体
５、５１    チャネル
１０、２０  スタンプ
１１  スタンプ本体の第１の側面
１２  スタンプ本体の第２の側面
１３  スタンプ本体の第１の側面と第２の側面との間の距離
４１  キャリヤ本体の第１の側面
４２  キャリヤ本体の第２の側面
５９  チャネルの幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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