(57)【要約】  多孔質材料をコーティングまたは充填する方法が提供される。ある実施例では、当該方法は、多孔質材料を提供するステップと、気相暴露により、前駆体分子を前記多孔質材料のポアに提供するステップと、前記前駆体分子を反応させて、前記ポア内にポリマーを形成するステップと、を有する。
2018521845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質材料をコーティングまたは充填する方法であって、
前記多孔質材料を提供するステップと、
気相暴露により、前記多孔質材料のポアに前駆体分子を供給するステップと、
前記前駆体分子を反応させて、前記ポア内にポリマーを形成するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記ポリマーは、前記ポアを完全には充填しない、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
さらに、
前記供給するステップおよび反応させるステップを、少なくとも1回繰り返し、前記ポア内の前記ポリマーの量を増加させるステップ、
を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記多孔質材料は、2nmから50nmの間の直径のポアを有するメゾポーラスである、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記多孔質材料は、2nm未満の直径のポアを有するマイクロポーラスである、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記多孔質材料は、金属有機構造体（MOF）を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記多孔質材料は、共有結合性有機構造体（COF）を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
前記多孔質材料は、金属発泡体である、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記多孔質材料は、膜を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
前記前駆体分子は、重合可能な低分子量化合物のモノマー、ダイマー、またはオリゴマーを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
前記前駆体分子は、ビニル官能基（-C=C-）を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１２】
前記前駆体分子は、炭素-炭素三重結合（-C≡C-）を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１３】
前記前駆体分子は、反応してより大きな分子量の分子を形成できる、2または3以上の異なる反応分子を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１４】
一つの前駆体分子は、水酸基(-OH)を有し、別の前駆体分子は、アミン基(-NH2)を有する、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
一つの前駆体分子は、水酸基(-OH)を有し、別の前駆体分子は、カルボン酸（カルボキシル）基(-COOH)または塩化アシル（-COCl）を有する、請求項13に記載の方法。
【請求項１６】
前記反応させるステップは、気体環境下で前記多孔質材料を熱処理することにより実施される、請求項1に記載の方法。
【請求項１７】
前記反応させるステップは、前記多孔質材料を電磁放射線（EM）に暴露することにより実施される、請求項1に記載の方法。
【請求項１８】
前記反応させるステップは、開始分子からフリーラジカルを形成することを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１９】
前記フリーラジカルは、前記開始分子の熱分解により生成される、請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
前記開始分子は、過酸化物を含む、請求項18に記載の方法。
【請求項２１】
前記過酸化物は、過酸化水素（H-O-O-H）、R-O-O-H, R-O-O-R’、およびR-CO-O-O-Hからなる群から選定され、ここで、RおよびR’は炭化水素部分を表す、請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
前記反応させるステップは、プラズマ内に生成されたフリーラジカルおよびカチオンに、前記多孔質材料を暴露するステップを有する、請求項1に記載の方法。
【請求項２３】
さらに、
前記多孔質材料の上面から前記多孔質材料の底面までの前記多孔質材料の厚さにわたり、垂直温度勾配を形成するステップ
を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項２４】
さらに、
前記多孔質材料の前記ポアに、架橋剤分子を提供するステップ
を有し、
前記架橋剤分子は、少なくとも2つの反応サイトを有する、請求項1に記載の方法。
【請求項２５】
さらに、前記ポリマーの所望の分子量を得るため、
前記前駆体分子の分圧、ならびに前記多孔質材料の温度および前記ガス相の温度を制御するステップ、
を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項２６】
さらに、分子量、および熱分解開始温度を含む、前記ポリマーの所望の材料特性を得るため、
前記前駆体、開始剤、および架橋分子の分圧の比、ならびに前記多孔質材料および前記ガス相の温度を制御するステップ、
を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項２７】
さらに、
前記前駆体分子を供給するステップの前に、前記多孔質材料を処理するステップ
を有し、
前記処理するステップは、
前記ポアを化学成分でコーティングするステップ、
前記多孔質材料を、酸化種または還元種を含有する反応性ガスに暴露するステップ、
前記多孔質材料を、UV光に暴露するステップ、
前記多孔質材料を、電子ビームまたはイオンビームに暴露するステップ、および
前記多孔質材料を、気相プラズマに暴露するステップ、
からなる群から選定された、1または2以上のステップを有する、請求項1に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、2015年7月13日に出願された米国仮出願第62／192,043号に関連し、この優先権を主張するものである。この全内容は、本願に参照により取り入れられている。本願は、2016年1月27日に出願された米国仮出願第62／287,826号に関連し、これの優先権を主張するものである。この全内容は、本願に参照により取り入れられている。
【０００２】
本発明は、多孔質材料をコーティングまたは充填する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
天然のまたは人工の多孔質媒体は、材料特性の操作、触媒、光学材料、気体分離および貯蔵、セル選択、薬剤供給などに広く使用されている。ポア表面の機能化、および／または他の化学成分によるポアの充填化は、低（ロー）k中間誘電体、金属有機構造体（MOF）、共有結合性有機構造体（COF）、金属発泡体、ナノ複合体、膜など、多くの用途で重要である。
【０００４】
概念上、そのような機能化および／または充填化は、好適な溶液または周囲気体に、多孔質媒体を浸漬させた後、必要な場合、強制（drive-in）アニールを実施することにより行われる。しかしながら、そのような未発達の方法の効果は保証されておらず、化学成分、ポアの形態、機能化剤の寸法、およびポアの表面被覆率の必要度合いに依存する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多孔質媒体の十分なコーティングまたは充填のための、ある重要な課題は、充填材料の選択が難しいことである。全てのポア表面をコーティングするには、多孔質媒体のバルクのあらゆる場所に、充填剤を供給させることが必要となる。コーティングは、熱的に安定である必要があり、しばしば、ある機能を維持することが必要となる。ポアサイズが比較的大きい場合、例えばポア直径が50nmを超えるマクロポーラス材料の場合、これは、従来のスピンコーティング法または気相成膜法でも難しくない可能性がある。しかしながら、ポアサイズが極めて小さくなり、ポア直径が2nmよりも小さくなるようなマイクロポーラス材料の場合、あるいは2nmから50nmの間のポア直径を有するメゾポーラス材料の場合、これは難しくなる。
【０００６】
この困難性の基本的な理由は、充填剤に要求される特性が相反することであり、その結果、極めて狭小の範囲でしか、処理条件を利用することができなくなる。例えば、通常、小さな分子は、拡散が容易で、気相拡散において良好な表面移動度を有し、溶液供給において低い粘度を有する。しかしながら、これらは、大きな分子に比べて熱的に安定ではない。熱的および化学的安定性には、通常、ある程度の充填剤の架橋が必要であるものの、完全に架橋された材料は、しばしば、必要とされる表面機能として機能しない場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
多孔質材料をコーティングまたは充填する方法が提供される。ある実施形態では、当該方法は、多孔質材料を提供するステップと、気相暴露により、多孔質材料のポアに前駆体分子を供給するステップと、前駆体分子を反応させて、ポア内にポリマーまたはオリゴマーを形成するステップと、を有する。
【０００８】
別の実施形態では、当該方法は、多孔質材料を提供するステップと、多孔質材料のポアへの気相露出により、前駆体分子を供給するステップであって、前記前駆体分子は、重合可能な低分子量の有機化合物のモノマーまたはダイマーを有する、ステップと、前記前駆体分子を反応させて、ポア内にポリマーを形成するステップと、を有し、前記反応させるステップは、前記多孔質材料を開始分子に暴露させることにより実施され、前記開始分子は、熱的に分解し、フリーラジカルを形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による、多孔質材料をコーティングまたは充填するプロセスフローを示した図である。
【図２Ａ】ポリマーで多孔質材料をコーティングまたは充填する方法における断面を概略的に示した図である。
【図２Ｂ】ポリマーで多孔質材料をコーティングまたは充填する方法における断面を概略的に示した図である。
【図２Ｃ】ポリマーで多孔質材料をコーティングまたは充填する方法における断面を概略的に示した図である。
【図２Ｄ】ポリマーで多孔質材料をコーティングまたは充填する方法における断面を概略的に示した図である。
【図２Ｅ】ポリマーで多孔質材料をコーティングまたは充填する方法における断面を概略的に示した図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による鎖成長重合のプロセスを示した図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による鎖成長重合のプロセスを示した図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による鎖成長重合のプロセスを示した図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態による鎖成長重合のプロセスを示した図である。
【図４】本発明の一実施形態によるフリーラジカルの重合化を概略的に示した図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態によるステップ成長重合のプロセスを示した図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態によるステップ成長重合のプロセスを示した図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態によるステップ成長重合のプロセスを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
マイクロ電子用ワークピースのような基板上で、多孔質材料を処理する方法の、各種実施形態について説明する。当業者には、1もしくは2以上の特定の細部を除いて、あるいは他の置換により、および／または追加の方法、材料、もしくは部材を用いて、各種実施形態が実行され得ることが理解される。本発明の各種実施形態の態様が不明瞭になることを避けるため、他の例では、既知の構造、材料、または動作は、詳細に示されていない。同様に、説明目的用の特定の数、材料、および配置は、本発明に対する十分な理解を提供するために示されている。ただし、本発明は、特定の細部を使用しなくても実施可能な場合がある。また、図面に記載された各種実施形態は、一例を表しており、スケールは必ずしも示されていないことが理解される。
【００１１】
本願において参照される、「一実施形態」または「実施形態」は、実施形態に関する特定の特徴、構造、材料、または特性の記載が、本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味するが、これらが全ての実施形態に存在することを意味するものではない。従って、本願明細書を通して、各位置における「一実施形態」または「実施形態」と言う用語は、必ずしも同じ本発明の実施形態を意味するものではない。また、特定の特徴、構造、材料または特性は、1または2以上の実施形態において、任意の好適な方法で組み合わされても良い。各種追加の層および／または構造が含まれ、および／または記載された特徴は、他の実施形態では省略されても良い。
【００１２】
本願に使用されている「多孔質材料」は、多くの異なる材料種を意味し得る。一例には、硬質基板上の多孔質薄膜が含まれる。別の例には、例えば、浸透化、濾過、および流体処理に使用され得る自立式シーブのような、有機膜が含まれる。ただし、他の種類の多孔質材料も想定され、使用され得る。多孔質材料は、しばしば、直径が50nm超のポアを有するマクロポーラス材料、直径が2nmから50nmの間のポアを有するメゾポーラス材料、および直径が2nm未満のポアを有するマイクロポーラス材料、として分類される。メゾポーラス材料の一例には、ある種のシリカおよびアルミナが含まれ、マイクロポーラス材料には、ゼオライト、および金属有機構造体（MOF）が含まれる。
【００１３】
また、「多孔質材料」は、ナノ構造化表面層または埋設ナノ構造化層を含む不均一材料を表し得る。一例は、上部表面にnmスケールのパターンを有する基板、および多孔質材料と固体材料の積層体である。本発明の実施形態は、利用可能なフリー容積を有する、任意の材料系に適用し得る。
【００１４】
本願に使用されている「基板」は、通常、本発明により処理されるものを表す。基板は、任意の材料部分、または装置の構造、特に、半導体または他の電子装置を含み、例えば、半導体基板のようなベース基板構造、またはベース基板構造上に設置され、もしくはこれを被覆する薄膜のような層であっても良い。従って、基板は、層の下にある、または層で被覆された、またはパターン化されたもしくは未パターン化の、特定のベース構造に限定されることを意図するものではない。むしろ、これは、任意のそのような層もしくはベース構造、ならびに、層および／またはベース構造の任意の組み合わせを含むことが想定される。以下の記載では、特定の種類の基板を参照するが、これは単なる一例であって、限定的なものではない。
【００１５】
本発明の一実施形態では、多孔質材料の内表面を機能化またはコーティングする方法であって、さらなる処理のため、多孔質材料内の十分な接続フリー容積を維持したままとする、方法が提供される。
【００１６】
本発明の別の実施形態では、犠牲テンプレートを形成する方法が提供される。安定化犠牲材料（例えばポリマー）による多孔質材料のポアの完全なまたはほぼ完全な充填は、目標とする後続の犠牲材料の完全な除去と組み合わされ、多孔質材料の元来のポアが再生される。
【００１７】
本発明の一実施形態では、プロセス手順が説明され、前駆体分子（例えばモノマー）は、気相中で多孔質材料に暴露される。気相暴露の結果、前駆体分子は、多孔質材料の接続ポアの内表面／壁に吸着される。吸着は、気相組成、気体圧力、基板温度、およびPm／Psat比を介して制御できる。ここで、Pmは、前駆体分子（モノマー）の分圧を表し、Psatは、基板表面温度における前駆体分子の飽和圧力を表す。前駆体分子のサイズ、およびポア壁との相互作用に応じて、前駆体分子は、相互接続ポアを介して、または多孔質材料の緩い分子構造に離間された分子を介して、多孔質材料内に拡散する。吸着された前駆体分子は、重合化プロセスを介して、ポア内でポリマーを形成する。ポリマーは、高分子量であり、低分子量の分子が脱着を開始する温度まで、または軽分子に分解後、脱着を開始する温度まで、熱的安定性を提供する。
【００１８】
以下、図1および図2を参照して、本発明のいくつかの実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態による、多孔質材料をコーティングまたは充填するプロセスのフロー図である。図2A乃至図2Eには、本発明の一実施形態によるポリマーで多孔質材料をコーティングまたは充填する方法における断面を概略的に示す。図1Aにおけるプロセスフロー100は、102において、相互接続されたポア202を含む多孔質材料200を提供するステップを有する。多孔質材料200は、ポア202を有し、これらは、多孔質材料の200の成膜の間、および／または後続の硬化処理の間、ポア形成剤を除去することにより、形成されても良い。ポア202は、平均ポア直径で特徴化され得る。多孔質材料200は、ポア202の周囲にポア壁208を有する。
【００１９】
多孔質材料200は、処理され、ポア壁208が重合用に活性化されても良い。処理は、化学成分によるポアの予備コーティング、酸化種（例えばH2O）もしくは還元種（例えばH2）を含む反応性ガスに対する多孔質材料の暴露、UV光に対する多孔質材料の暴露、電子ビームもしくはイオンビームに対する多孔質材料の暴露、ならびに気相プラズマに対する多孔質材料の暴露、からなる群から選択された、1または2以上のステップを有し得る。化学成分の一例は、例えば、ヘキサメチルジシラザン（HMDS）およびトリメチルクロロシラン（TMCS）のようなシリル化剤のような、二機能性分子もしくは多機能性分子を含む。
【００２０】
図1および図2Bを参照すると、プロセスフロー100は、さらに、104において、気相暴露により、多孔質材料200のポア202内に前駆体分子204を供給するステップを有する。いったん、ポア202の内部において、ポア壁208に前駆体分子204が吸着されると、吸着された前駆体分子206が形成される。
【００２１】
本発明のある実施形態では、前駆体分子204は、低分子量（＜900ダルトン）の有機化合物のモノマーまたはダイマーを含む。一例には、重合が開始された際にポリマー鎖のチェーン伝播の可能な有機化合物が含まれる。ある例では、前駆体分子204は、ビニル官能基（-C=C-）を含み得る。ビニル基と言う用語は、炭素−炭素二重結合、すなわちR-C=C-R’を含む、任意の化合物に使用される。ここで、RおよびR’は、任意の原子の反応基である。一例には、少なくとも一つの炭素−炭素二重結合を有する未飽和炭化水素である、アルケンが含まれる。1つの二重結合を有し、他の官能基を有さない、最も単純な非環式のアルケンは、一般式がCnH2nで表される、均一な直鎖炭化水素を形成する。最も単純なアルケンであるエチレン（C2H4）は、室温で無色の気体である。
【００２２】
また、重合は、ステップバイステップの成長であっても良い。一つの例は、縮合重合であり、この場合、分子は相互に接続され、副生成物として、例えば水またはメタノールのような小分子が失われる。脱水合成では、いずれかの端部に水酸基（-OH）を有するモノマーが、いずれかの端部にフリーイオン化水素（-H）を有するモノマーと反応し、水を放出することにより、ポリマーが形成される。例えば、ナイロンは、ジアミン（(R-(NH2)2）とジカルボン酸（R’-(COOH)2）との反応により形成される縮合ポリマーである。ポリエステルは、ジオール（R-(OH)2）と、ジアシッド（R’-(COOH)2）との反応により形成される縮合ポリマーである。
【００２３】
図2Cには、ポア202に対する前駆体分子204の別の気体暴露を概略的に示す。ポア壁208に吸着される前駆体分子206の数が増加している。前駆体分子204のポア壁208への吸着の度合いは、気相組成、圧力、基板温度、およびPm／Psat比を介して制御することができる。
【００２４】
いったん、ポア壁208に対する吸着された前駆体分子206の完全なまたはほぼ完全な被覆が完了すると、気相暴露が停止される。このような状況下で、吸着された前駆体分子206は、ポア202の内部に配置されなかった場合、脱着される。これは、図2Dに概略的に示されている。
【００２５】
前駆体分子204の気相暴露の間、またはその後、多孔質材料200は、熱処理され、ポア充填プロファイルにわたって、速度的な制御が提供される。これは、さらに、前駆体分子204を多孔質材料200内に駆動するステップを有する。ある例では、これは、多孔質材料200の上部表面から多孔質材料200の底部表面までに至る、多孔質材料200の厚さにわたって、垂直温度勾配を生成させることにより、なされ得る。温度は、多孔質材料200の上部表面から多孔質材料200の底部表面まで、上昇しても下降しても良い。温度は、多孔質材料200に、上部から、底部からよりも多くの／少ない熱を印加することにより、上昇／下降させても良い。また、多孔質材料200の上部水平表面上の、任意の好ましくないまたは過剰な前駆体分子204は、気相暴露の間、またはその後の熱処理により、除去されても良い。
【００２６】
これに加えて、またはこれとは別に、多孔質材料200を電磁（EM）放射線に暴露することにより、さらなる前駆体分子204の多孔質材料200への移動、および多孔質材料200の上部表面からの、任意の好ましくないまたは余分な前駆体分子204の除去が行われても良い。EM放射線は、紫外（UV）スペクトル内、可視スペクトル内、赤外（IR）スペクトル内、マイクロ波スペクトル内、またはこれらの組み合わせの波長の放射を含んでも良い。
【００２７】
図1および図2Eを参照すると、プロセスフロー100は、さらに、106において、重合プロセスを介して、吸着された前駆体分子206を反応させ、ポア202内にポリマー210形成するステップを有する。一実施形態では、ステップ104および106は、同時に、連続的に、または相互に一部が重複した状態で、実施されても良い。
【００２８】
重合化プロセスは、モノマーまたはダイマー分子が化学反応により相互に反応して、ポリマー鎖または3次元ネットワークが形成されるプロセスである。重合化プロセスは、モノマーもしくはダイマーの官能基の間のステップ成長反応、または二重もしくは三重の炭素-炭素結合を取り込むことによる、分子の相互の架橋化を含むチェーン成長重合により、特徴化されても良い。
【００２９】
図2Eに示すように、ポリマー210は、ポア壁208を少なくとも部分的に被覆し、あるいは、多孔質材料200のポア202を少なくとも部分的に充填する。ポア202がポリマー210で完全に充填されていない場合、およびポリマー210の厚い層が望ましい場合、供給するステップ104と反応させるステップ106は、プロセス矢印108で示されているように、1回または2回以上繰り返され、ポア202内のポリマー210の量が増加されても良い。本発明のある実施形態では、ポア202をポリマー210で完全に充填する必要はない。実際、ポリマー210の層は、多孔質材料202のプラズマによる損傷を抑制する上で、極めて効果的である。また、完全な充填が必要ではない場合、ポア202の目詰まりの可能性が回避される。
【００３０】
ポア202内での安定な高分子210の形成には、その後の利用温度の予想される範囲にわたって、ポリマー210の最小の分子量、および／またはポア202内およびネック領域での、限定された移動度が必要となる。さらに、安定性は、ホモポリマー（すなわちジビニルモノマー）の間の架橋の量を追加することにより、および側鎖を有するモノマーを選定することによるポリマー鎖の間の非共有結合の相互作用を高めることにより改善される。
【００３１】
図3A乃至3Dには、本発明の一実施形態による鎖成長重合のプロセスを示す。鎖成長重合は、未飽和の前駆体分子（例えばモノマー）が、成長するポリマー鎖の活性サイトに一度に追加される重合化プロセスである。未飽和モノマーの例には、アルケンおよび脂環式の化合物が含まれる。ポリマーの成長は、一端（または可能な場合、より多くの端部）のみで生じ、各モノマーのユニットの追加により、活性サイトが再形成される。この種の重合化の結果、低い変換率で、高分子量のポリマーが形成される。この最終重量は、個々の鎖の終端化の速度と比較した、伝播する速度により定められ、これは、鎖移動ステップと鎖終端化ステップの両方を含む。
【００３２】
図3Aには、相互接続されたポア302を含有する多孔質材料300を示す。気相暴露により、ポア302に前駆体分子304が供給される。ポア302の内部に前駆体分子304が吸着され、吸着された前駆体分子306が形成される。図3Bには、吸着された前駆体分子306の形成後であって、前駆体分子304の気相暴露の途中の多孔質材料を示す。
【００３３】
その後、図3Cに示すように、例えば、フリーラジカル308を用いて、ポア302内で重合が開始される。ある例では、フリーラジカル308は、開始剤分子を破る高温フィラメントの近傍に、開始剤分子を流すことにより形成されても良い。高温フィラメントの温度は、例えば約300℃以下である。いったん開始されると、重合は、ポア302への前駆体分子304の別の気体暴露の間（図3D）、ポリマー310のチェーン成長を介して進行する。開始剤分子の一例には、過酸化物が含まれ、これは、酸素-酸素の単純な結合を含む化合物である。最も単純な安定過酸化物は、過酸化水素（H-O-O-H）である。過酸化物の他の例には、R-O-O-R’、R-O-O-H、およびR-CO-O-O-Hが含まれる。ここで、RおよびR’は、炭化水素部分を表す。
【００３４】
図4には、本発明の実施形態によるフリーラジカル重合を概略的に示す。フリーラジカル重合プロセスは、開始、伝播、および終端化で表される。開始は、低温における開始剤分子（例えば、R-O-O-R）の熱分解からのフリーラジカル（例えば、R-O・）の形成を表す。フリーラジカルは、ポア壁に吸着された前駆体分子（例えばC2H4）との反応が生じる化学的トリガーであり、これによりポリマーフリーラジカル（例えばR-O-C-C・）が生成される。伝播は、別の前駆体分子とポリマーフリーラジカルとの別の反応を表し、ポリマーフリーラジカルの長さは、各反応とともに増加する。終端化は、2つのポリマーフリーラジカルの消滅（quenching）の反応を表す。
【００３５】
図5A乃至5Cには、本発明の一実施形態によるステップ成長重合のプロセスを示す。ステップ成長重合は、モノマーが反応して、第1のダイマーが形成され、その後トリマーが形成され、より長いオリゴマーが形成され、最終的に長鎖のポリマーが形成される機構の一種である。重合機構の性質により、大きな分子量を得るために、広範囲の反応が必要となる。
【００３６】
図5Aには、相互接続されたポア502を含む多孔質材料500を示す。前駆体分子504および開始剤分子508は、多孔質材料500のポア502に、気相暴露により供給される。前駆体分子504は、ポア502内に吸着され、飽和量の吸着された前駆体分子506が形成される。本発明の実施形態では、開始剤分子508に対する、前駆体分子504の気相暴露、および多孔質材料500の暴露は、同時に、連続的に、または相互に一部が重なる態様で、実施されても良い。
【００３７】
図5Bに示すように、ポア502内では、開始剤分子508が分解して、フリーラジカル512が形成され、これにより、ポリマー510のステップ成長が開始される。開始剤分子508からのフリーラジカル512の形成は、例えば、温度、および／または電磁放射線により、開始される。その後、図5Cに示すように、ポア502内でポリマーの伝播が進行する。
【００３８】
別の実施形態では、重合プロセスは、不活性ガスの存在下で、または反応性ガス（例えば、O2、H2、またはこれらの組み合わせ）と不活性ガスの混合下で、多孔質材料を熱処理することにより、実施されても良い。別の実施形態では、重合プロセスは、多孔質材料をEM放射線に暴露することにより、開始されても良い。EM放射線は、紫外（UV）スペクトル内、可視スペクトル内、赤外（IR）スペクトル内、マイクロ波スペクトル内、またはこれらの組み合わせの波長の放射を含む。
【００３９】
ある実施形態では、重合プロセスは、多孔質材料を架橋分子に暴露することにより、促進されても良い。これは、前駆体分子、開始剤分子、および／またはフリーラジカルとの気相暴露と並列に、または順番に実施され得る。架橋剤分子は、単位分子当たり2以上の反応サイトを有し、これの前駆体分子との反応により、最終ポリマーの架橋の度合いが高まる。架橋の度合いは、例えば、分子量および熱分解発生温度のような、ポリマーの材料特性の調整に使用され得る。
【００４０】
多孔質材料のポア内でのポリマーの形成の後、多孔質材料は、さらに処理されても良い。ある実施形態では、充填多孔質材料がパターン化され、パターン化プロセスに利用されるパターンが形成される。パターン化プロセスは、リソグラフィ法を用いて1または2以上の層が形成されたパターンマスクを用いる、プラズマエッチングプロセスを含んでも良い。その後、アッシングプロセスを用いて、残りのパターンマスクが除去される。アッシングプロセスは、プラズマアッシングプロセスを含んでも良い。多孔質材料のポア内のポリマーは、プラズマエッチングおよび／またはアッシングで生じる化学成分による損傷から、多孔質材料を保護する。ある例では、パターンのパターン間隔は、50nm以下の寸法により特徴化されても良い。あるいは、パターンのパターン間隔は、30nm以下の寸法により、特徴化されても良い。
【００４１】
その後、多孔質材料のパターン化の後であって、形成されたパターンの金属化の前に、
多孔質材料のポアからポリマーが除去される。その後、パターンが金属化され、電子装置が形成される。金属化プロセスは、パターンにバリア層を共形成膜するステップと、パターンを金属で充填するステップと、予備平坦化のアニールプロセスを実施するステップと、金属化構造を平坦化するステップと、を有しても良い。例えば、金属化プロセスは、ダマシンプロセス、またはジュアルダマシンプロセスを含んでも良い。
【００４２】
別の実施形態では、パターンが金属化された後、多孔質材料200のポアから、ポリマーが除去されても良い。
【００４３】
各種実施形態では、ポアからのポリマーの除去は、以下のいずれかを含んでも良い：
（a）高エネルギーフォトン、イオン、または電子による照射により、ポリマーの切断を誘発する結果、小さな分子が得られ、多孔質材料からの拡散が容易となること；
（b）ポリマーの酸化または水素化のため、反応種を添加し、除去を促進させること；
（c）多孔質材料、ポリマー、または他の周囲材料の迅速な選択加熱の結果、機械的延伸または振動により、外方拡散が促進されること；または
（d）（a）から（c）の2以上の任意の組み合わせ。
【００４４】
ポリマーの除去は、多孔質材料が設置された基板ホルダを、100℃超450℃未満のホルダ温度に、好ましくは400℃未満に、加熱するステップ、および基板ホルダの加熱の間、任意で、EM放射線に多孔質材料を暴露させるステップ、を含んでも良い。ここで、EM放射線は、紫外（UV）スペクトル、可視スペクトル、赤外（IR）スペクトル、マイクロ波スペクトル、またはこれらの組み合わせの波長での放射を含む。
【００４５】
EM放射線は、UV放射線を含んでも良い。UV放射線は、200nm以下のUV波長を含み、または実質的にこの波長で構成されても良い。あるいは、UV放射線は、220nm以下のUV波長を含み、または実質的にこの波長で構成されても良い。あるいは、UV放射線は、240nm以下のUV波長を含み、または実質的にこの波長で構成されても良い。あるいは、UV放射線は、300nm以下のUV波長を含み、または実質的にこの波長で構成されても良い。長いUV波長では、多孔質材料の損傷のリスクを抑制することができるとともに、金属化パターンのコンタミネーションを抑制することができる。
【００４６】
UV放射線に対する暴露は、実質的に単色の放射線、または多色の放射線を含んでも良い。UV放射線は、連続的に印加され、あるいはパルスであっても良い。例えば、UV放射線に対する暴露は、高いUV強度と低いUV強度の間の繰り返しであり、前記高いUV強度における暴露時間は、100msec未満、または10msec未満、または1msec未満である。
【００４７】
UV放射線に対する暴露は、さらに、IR放射線に対する暴露を含んでも良い。IR放射線は、実質的に単色の放射線、または多色の放射線を含んでも良い。IR放射線は、連続的に印加され、あるいはパルスであっても良い。例えば、IR放射線に対する暴露は、高いIR強度と低いIR強度の間の繰り返しであり、前記高いIR強度における暴露時間は、100msec未満、または10msec未満、または1msec未満である。
【００４８】
EM放射線に対する暴露の間、多孔質材料は、平行移動または回転されても良い。これに加えて、またはこれとは別に、EM放射線は、基板にわたって走査されても良い。EM放射線の複数のビームが生成され、基板にわたって走査され、スループットが改善されても良い。EM放射線のビームの複数のパスが実施され、所望のレベルのポリマーの除去が達成されても良い。一例では、多孔質材料は、UVフラッシュ露光のような、UV放射線に暴露され、その後、UVまたはIRのような、EM放射線のビームを介した選択的加熱が行われても良い。また、多孔質材料の状態がモニターされ、ポリマーの除去の段階が評価されても良い。例えば、モニタリングシステムは、レーザ干渉計を有し、反射率の変化を測定しても良い。
【００４９】
各種実施形態において、気相暴露を用いて多孔質材料にコーティングまたは充填する方法を説明した。本発明の一部の実施形態にしか細部は示されていないが、本発明の新たな示唆および利点から実質的に逸脱しないで、実施形態において、多くの変更が可能であることは、当業者には容易に理解できる。従って、そのような全ての変更は、本発明の範囲に属するものであることが意図される。
【図１】
2018521845.tif 000003
【図２Ａ】
2018521845.tif 000004
【図２Ｂ】
2018521845.tif 000005
【図２Ｃ】
2018521845.tif 000006
【図２Ｄ】
2018521845.tif 000007
【図２Ｅ】
2018521845.tif 000008
【図３Ａ】
2018521845.tif 000009
【図３Ｂ】
2018521845.tif 000010
【図３Ｃ】
2018521845.tif 000011
【図３Ｄ】
2018521845.tif 000012
【図４】
2018521845.tif 000013
【図５Ａ】
2018521845.tif 000014
【図５Ｂ】
2018521845.tif 000015
【図５Ｃ】
2018521845.tif 000016
【国際調査報告】
2018521845.tif 000017
2018521845.tif 000018
2018521845.tif 000019