JP2005524984A - マイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(実験)
(結果及び検討)
従来のNILでは、分離でのポリマーの除去を促進するために、非接着剤とともにモールドを扱うことが主に採用されている。また、ポリマー層を基板へ転写することを促進するために、反転インプリントにおいて、モールドの表面エネルギーを修正することが好まれる。1H,1H,2H,2H−ペルフルオロデシル−トリクロロシランは、従来のインプリントでコーティングを除去するものであり(T. Nishino, M. Meguro, K. Nakamae, M. Matsushita and Y. Ueda, Langmuir, 15, 4321 (1999))、本研究において除去剤として用いられる。しかしながら、PMMAを非接着剤処理したモールド上にスピンコートするための技術は、開発される必要があった。処理されたモールドの低表面エネルギーのため、クロロベンゼンのような極性溶剤中のPMMA溶液がスピンコート後に連続的なフィルムを形成しない。対比して、トルエン中のPMMA溶液は、界面活性剤で処理されたモールド上にうまくスピンコートされる。PMMAトルエン溶液の界面活性剤で処理した表面へのスピンコートは、同じようなフィルムの品質及び厚みを未処理の表面に与える。
2つの重要なインプリントのパラメーター、例えば平坦化の程度とインプリント温度が両方とも重要である場合、インプリントモードのマップは図4に示されるように構成される。記号は、異なるモールドと異なるフィルム厚さの実験データを表している。3つの主な領域は、各インプリントモードの発生のために必要な状態を定義する。転移領域では、2以上のモードの組み合わせが生じる。従来のNILは、Tgより十分高い温度でのみ通常成功する一方で、本発明に係る反転インプリントは、Tgより低い及びTgより高い広い温度範囲で用いることができる。PMMAのTgよりも30℃低い75℃ほどの温度でのインキング及び全体層転写の発生を実証した。
反転インプリントプロセスでは、ポリマー層を基板上にスピンコートする必要がない。この特有の特徴は、例えばフレキシブルポリマー基板のような簡単にスピンコートできない基板上へのパターンの形成を可能にする。この反転ナノインプリント技術を使用して、PMMAパターンを50μm厚のポリマーフィルム(Kapton(商標))上に転写することに成功してきた。このKpton(商標)はフレキシブル回路用の基板として広く使用されている。図7は、7%溶液で350nm深さのグレイティングモールドをスピンコートしたのちに175℃で反転インプリントで形成されたPMMAパターンを示す。フレキシブル基板上のインプリントは、インプリントエリア(〜2.5cm2)で非常に均一であり欠陥が少ない。図7に示される特有の結果は、エンボシングモードでインプリントされている。インキングと全体層転写モードはともに、フレキシブル基板上に生じ、インプリント結果はSi基板上に起こったものに近似している。
本発明はナノインプリントを非平面の表面上に形成するために、平坦化を必要としないで、用いることができる。以前に、非平面の表面のナノインプリントリソグラフィーの技術は、主に、厚いポリマー層と多層のレジストの試みで非平面の表面の平坦化に頼ってきた。これらの技術は、たくさんのステップを必要とし、厚い平坦化したポリマー層を取り除くために深いエッチングを行う(これはインプリントリソグラフィーでの解像度と信頼性を落とす可能性がある)。本発明は、いかなる平坦化を必要とせずに、ナノインプリントを非平面の表面上に形成することができる。
我々は、スピンコートポリマー層をハードモールドから基板へ転写させることで、反転インプリントプロセスの実証を成功させた。3つの異なるパターン転写モード、例えば、エンボシング、インキング、全体層転写は、インプリント温度とスピンコードされるモールドの表面平坦化の程度をコントロールすることで完成される。モールドのポジティブ又はネガティブのレプリカはインプリントの後に得られる。表面平坦化の適当な程度で、成功したパターン転写は、インキングと全体層転写モードで、それぞれ、Tgより30℃ほど低い温度で、1Mpaの圧力で達成される。これは、Tgより十分上のインプリント温度が必要である従来のNILに対して非常に効果的である。さらに、ポリマーのわずかな移動がこれらの2つのモードでは必要となるため、反転インプリントはポリマーフローに関連した問題の影響を受けにくくする。
Claims (38)
- マイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法であって、
(a)マイクロ/ナノ構造のための所望のパターン又はレリーフを有するモールドを準備し、
(b)前記モールドにポリマーコートを塗布し、
(c)前記ポリマーコートを前記モールドから基板に適当な温度及び圧力状態で転写して、所望のマイクロ構造を有するインプリントされた基板を形成することを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。 - 請求項1に記載された方法において、前記モールドは半導体、絶縁体、金属、及びこれらの組み合わせからなる群から形成されることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項2に記載された方法において、前記モールドは、光リソグラフィー又は電子ビームリソグラフィーと、後続のドライエッチングとによってパターン化されることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項1に記載された方法において、前記ポリマーは、熱可塑性ポリマー、熱/放射性硬化ポリマー、ガラス又はセラミックス前駆体からなる群から選択されることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項4に記載された方法において、前記ポリマーはポリ(メタクリル酸メチル)(PMMA)であることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項1から5のいずれか1項に記載された方法において、前記ポリマーは、非極性の溶媒の溶液内で、実質的に均一なポリマーコートをモールド上に行うことを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項6に記載された方法において、前記溶媒はトルエン、キシレン、テトラヒドロフランからなる群から選択されることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項7に記載された方法において、前記溶媒はトルエンであることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項1から8のいずれか1項に記載された方法において、前記ポリマーはスピンコートによって前記モールドに塗布されることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項1から9のいずれか1項に記載された方法において、前記ポリマーを塗布する前に前記モールドは一以上の界面活性剤で処理されることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項10に記載された方法において、前記界面活性剤は、1H,1H,2H,2H−ペルフルオロデシル−トリクロロシランであることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項1から11のいずれか1項に記載された方法において、前記基板はポリマー、半導体、絶縁体、シリコン成分、金属、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項12に記載された方法において、前記基板はシリコンウェハであることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項12に記載された方法において、前記基板は前記表面に一以上のパターン化された構造を有することを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項12に記載された方法において、前記基板はポリイミドやポリエステルのようなフレキシブルポリマーフィルムであることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項1から15のいずれか1項に記載された方法において、ステップ(c)は、所望の圧力及び温度で加熱液圧プレス内で行われることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項16に記載された方法において、前記圧力は約5Mpaより低いことを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項16に記載された方法において、前記圧力は約1Mpaから約5Mpaであることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項1から18のいずれか1項に記載された方法において、前記温度は、前記ポリマーのガラス転移温度(Tg)より約30℃低い温度から、前記ポリマーのTgより約90℃高い温度までであることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項19に記載された方法において、前記塗布されたポリマーコートは、実質的に非平面であり、前記温度は前記ポリマーのガラス転移温度(Tg)より実質的に高いことを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項20に記載された方法において、前記温度は前記ポリマーのガラス転移温度(Tg)より高いことを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項19に記載された方法において、前記塗布されたポリマーコートは実質的に非平面であり、前記温度は前記ポリマーのガラス転移温度(Tg)と実質的に等しい又はTgより実質的に低いことを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項19に記載された方法において、前記塗布されたポリマーコートは、実質的に平面であり、前記温度は前記ポリマーのガラス転移温度(Tg)と実質的に等しい又はTgより実質的に低いことを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項19に記載された方法において、前記温度は前記ポリマーの約ガラス転移温度(Tg)であることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項19に記載された方法において、前記温度は、前記ポリマーのガラス転移温度(Tg)より約30℃低いことを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項1に記載された方法において、前記基板は非平面であり、前記温度は前記ポリマーのガラス転移温度(Tg)より低いことを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項26に記載された方法において、前記非平面の基板はその上にグレイティングパターンを有することを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項27に記載された方法において、前記モールドの前記所望のパターン又はレリーフはグレイティングパターンであることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項28に記載された方法において、前記基板上の前記グレイティングパターンは約700nmの間隔、約1.5μmの深さであり、前記モールド上の前記グレイティングパターンは約700nmの間隔、約350nmの深さであることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項29に記載された方法において、前記ポリマーコートは前記モールドから前記基板に約90℃の温度及び約5Mpaの圧力で転写されることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項28から30のいずれか1項に記載された方法において、前記ポリマーコートは前記基板に転写されることで、前記基板の前記グレイティングパターンは前記ポリマーコートのグレイティングパターンを横断することを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項28から30のいずれか1項に記載された方法において、前記ポリマーコートは前記基板に転写されることで、前記基板の前記グレイティングパターン及び前記ポリマーコートの前記グレイティングパターンが一直線になることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項31に記載された方法において、ステップ(b)及び(c)は格子構造を形成するために一以上回繰り返されることを特徴とするマイクロ/ナノ構造を基板上にインプリントする方法。
- 請求項1から33のいずれか1項に記載の方法によって作製されたインプリントされたマイクロ/ナノ構造を含むことを特徴とする基板。
- 請求項20の方法によって作製されたインプリントされたマイクロ/ナノ構造を含む基板であって、前記インプリントされた構造は、前記モールドのネガティブのレプリカであることを特徴とする基板。
- 請求項22の方法によって作製されたインプリントされたマイクロ/ナノ構造を含む基板であって、前記インプリントされた構造は、前記モールドのポジティブのレプリカであることを特徴とする基板。
- 請求項23の方法によって作製されたインプリントされたマイクロ/ナノ構造を含む基板であって、前記インプリントされた構造は、前記モールドのポジティブのレプリカであることを特徴とする基板。
- マイクロ/ナノ構造を表面上に形成するための請求項1から33のいずれか1項に記載された方法の使用方法。
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