JP2006509354A - インプリント温度や圧力を低下させるための、ナノインプリンティングリソグラフィー用ポリマー溶液 - Google Patents

インプリント温度や圧力を低下させるための、ナノインプリンティングリソグラフィー用ポリマー溶液 Download PDF

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Abstract

インプリンティングによって基材（１０）上に輪郭を形成する方法を提供する。当該方法は、（ａ）少なくとも１つのポリマーが少なくとも１つの重合性モノマー中に溶解してなるポリマー溶液を形成すること；及び（ｂ）前記ポリマー溶液を基材（１０）上に付着させて、その上に液体膜（１２）を形成すること；及び次の何れか（ｃ）モノマーの重合及び任意にポリマーの架橋により液体膜（１２）を硬化させて、或るガラス転移温度（Ｔｇ）のポリマー膜（１２’）を形成し、そして所望のパターン（１６ａ）を有する型（１６）でポリマー膜（１２’）をインプリンティングして、対応するネガティブパターン（１２ａ）をポリマー膜（１２’）に形成すること；又は（ｄ）型（１６）を用いて液体膜（１２）をインプリンティングし、それを硬化させて、ネガティブパターン（１２ａ）を有するポリマー膜（１２’）を形成すること、を包含する。インプリント温度は、Ｔｇより１０℃ほど高いか、又は膜（１２）が液体膜の場合にはそれより低いことさえある。インプリント圧力（２０）は１００〜５００ｐｓｉとし得る。

Description

本発明は、概して、ナノ電子回路、ナノエレクトロメカニカルシステム（ＮＥＭＳ）、光学システム（回折格子、フォトニック結晶、及びその他の種類の光結合器やデバイスなど）、及びナノメートルスケールの部品をベースとした高感度センサーや検出器のような、１００ｎｍ未満の微少寸法を有するシステムの低廉な製造に関する。しかしながら、本発明はまた、現在、光ビーム又は電子ビームリソグラフィー技術を利用して作られる任意の物品を製造するのにも利用することができる。
ナノインプリンティングリソグラフィーは、ナノスケール構造を高スループット且つ低コストで得るために、従来のリソグラフィー技術の代替技術として提案された。ナノスケールの構造は、インプリンティング工程時に、型から基材を覆うポリマー膜へと転写される；例えば、本願と同じ譲受人による、２００１年９月２５日付けの、「Ｎａｎｏｓｃａｌｅ Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ Ｗｉｒｅｓ」と題された、Ｙｏｎｇ Ｃｈｅｎらによる米国特許第６，２９４，４５０号、２００２年６月１８日付けの、「Ｎａｎｏｓｃａｌｅ Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ Ｗｉｒｅｓ」と題された、Ｙｏｎｇ Ｃｈｅｎらによる米国特許第６，４０７，４４３号、及び２００２年８月１３日付けの、「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｙ Ｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ」と題された、Ｙｏｎｇ Ｃｈｅｎらによる米国特許第６，４３２，７４０号を参照されたい。参照することで、その内容を本明細書に取り入れることとする。
ポリマーの形状を変形させるべく、基材及びポリマー膜を、当該ポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）を上回って加熱し、そして型を当該膜へとプレスすることで、基材上に前記型の反転レプリカがもたらされる。ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）は、高い操作温度（〜２００℃）及び圧力（〜２，０００ｐｓｉｇ）を必要とするにもかかわらず、主要な熱可塑性高分子となっている。
ＰＭＭＡプロセスに関しては、ポリマー溶液（溶媒中にポリマーが溶解しているもの）を基材上にスピンコートし、次いで、その膜内に残存する溶媒を除去するために、当該ポリマー膜を焼く。この焼付け（ベーキング）処理によって硬質のポリマー膜が生じ、これによって今度は、型の溝や裂け目への当該ポリマーの粘性な流れを保証するために、典型的にＴｇを上回る少なくとも５０℃の高いインプリンティング温度と、高い圧力とが必要になる。高い圧力は、押し型上のナノスケールの輪郭にとって有害であり、且つ高い温度並びに高い圧力の両方が、この工程に曝される、製造されている回路の機能材料、例えば分子又はナノスケール半導体部品など、に損傷を与え得る。ポリマー膜中の望ましくない残留溶媒は、膜の収縮や、加熱処理時の溶媒の蒸発に関連して亀裂を発生させる可能性があり、パターン精度における由々しい問題を引き起こし得る。
最近、乾燥したポリマー膜の蒸気処理（ケース１）や、新規材料スピンオンガラス（ＳＯＧ、ケース２）を用いることによる、室温インプリンティングリソグラフィーが提案された。しかしながら、これらの処理は、溶媒処理後のポリマーと基材との間の接着不良（ケース１）や、その溶媒特性に起因して金属への接着不良も呈するスピン膜の急速乾燥（ケース２）といった欠点を有する。
従来技術の諸問題の全てと言わないまでもほとんどを避けると共に、従来技術より低温、低圧で機能するインプリンティングプロセスが今なお必要とされている。
本明細書に開示する実施形態によれば、インプリンティングによって基材上に輪郭を形成する改善された方法が提供される。しかしながら、本明細書記載の技術はまた、現在、光ビーム又は電子ビームリソグラフィー技術を利用して作られている任意の物品を製造するのにも利用できる。当該改善された方法は、
（ａ）少なくとも１つの重合性モノマー中に溶解している少なくとも１つのポリマーをを含んで成るポリマー溶液を形成すること；及び
（ｂ）前記ポリマー溶液を基材上に付着させて、その上に液体膜を形成すること；及び、以下は何れかの順序で、
（ｃ）モノマーを重合させることにより及び任意にポリマーを架橋結合させることにより前記液体膜を硬化させて、それによって１００℃未満のガラス転移温度を有するポリマー膜を形成すること；及び
（ｄ）所望のパターンを有する型を用いて前記ポリマー膜をインプリンティングし、対応するネガティブパターンを前記ポリマー膜に形成すること、
を包含する。
本明細書に提示する方法は、重合性モノマー中にポリマーが溶解している溶液を利用して、インプリンティング温度及び圧力の両方を低下させることに主眼を置いている。このポリマー／モノマー溶液（ポリマー溶液）を用いて付着させた膜は、揮発性溶媒を何ら含んでおらず、これによって、残留溶媒を膜から除去するためのベーキング処理が排除される。ベーキングを排除することで、ナノスケールインプリンティングリソグラフィーにおいて、型のナノスケール開口へと流れ込み、低温、低圧で容易に変形し得る液体膜が得られる。あるいはまた、低いガラス転移温度並びに種々の基材物質に対し十分な付着性を有する適切な１つ又は複数のポリマーを選択することで、インプリント前に当該膜を硬化させることができる。
次いで、本発明を実施するにあたり、現在最良の形態であると発明者によって考えられているものを示す特定の実施形態を詳細に参照する。代替の実施形態もまた、応用できる程度に簡単に説明する。
本開示は、重合性モノマー又はモノマー混合物中に少なくとも１つの適切なポリマーが溶解しているポリマー溶液を利用する。当該ポリマー溶液は、任意に、１つ以上の開始剤、１つ以上の架橋剤及び／又は１つ以上の粘度修正剤を含有する。モノマーは、当該ポリマー構成単位と同じであっても、異なっていてもよい。モノマーが同じ場合、最終的なポリマー膜は、組成上均一であるところの比較的純粋なポリマーとなろう。モノマーが当該ポリマー構成単位とは異なる場合、生ずる膜は、ポリマーブレンド（即ち、２つの異なるポリマーの物理的混合物）、２つのポリマーからなる相互浸透網目構造、コポリマー（２つの異なる種類のモノマー単位間で化学結合したもの）、又はブロックコポリマー（１種類のモノマー単位によるポリマー鎖領域）であり得る。これら各々の種類のポリマー膜は、具体的用途に応じて、他より優れた利点を有し得る。そして、当該ポリマー溶液を基材上に付着させて、その上に液体膜を形成する。
これらの液体膜の利用法として、２つの一般的方針がある。第一は、スピニング又はキャスティングによるなどして、基材上にポリマー溶液を付着させて液体膜を形成し、次いで、その液体膜を熱、紫外線照射、あるいはその両方に曝すことによって、又はモノマーを重合させるような、またもし望まれるなら、ポリマー鎖を架橋させるような、その他の任意の処理によって、その液体膜を硬化させポリマー膜を形成することである。この場合、最終的なポリマー膜が、確実に、約０℃〜１００℃の範囲の低いガラス転移温度Ｔｇを有するようにすることが重要である。これによって、ナノインプリンティング処理を実行する際、型の忠実なレプリカを得るのに必要となる温度及び圧力が、従来技術のプロセスに比べて比較的低くなることが保証される（図１ａ〜図１ｄ）。第二は、ポリマー溶液を基材上に付着させ、そして液体膜１２に対して直ちにインプリンティング処理を実行することである。次いで、液体膜１２を、型の存在下で、加熱するか、ＵＶ照射に曝すか、あるいはその両方を行うか、又は他のプロセスによって硬化させる（図２ａ〜図２ｃ）。ここでも、温度及び圧力は、従来技術のプロセスに比べて比較的低い。当該方法に関し、さらに詳細な説明を以下に提示する。
図１ａ〜図１ｄに示すプロセスに関して詳細に説明すると、図１ａは、スピニング又はキャスティングによるなどして、その上に液体膜１２が付着している基材１０、例えば二酸化ケイ素、を示している。それから、液体膜１２を、ポリマー膜１２’を形成させるべく、加熱あるいはＵＶ照射１４、又はその両方を用いて、重合させ、任意に架橋させる。図１ｂに示すように、剥離層１８の備え付けられた型１６を、２０で示す圧力を用いて、ポリマー膜１２’へと押し付ける。型１６は、ナノ電子回路、ナノエレクトロメカニカルシステム（ＮＥＭＳ）、光学システム（回折格子、フォトニック結晶、及びその他の種類の光結合器やデバイスなど）、及びナノメートルスケールの部品をベースとした高感度センサー及び検出器を製造する際に使用される、１００ｎｍ未満の微少寸法を有し得る複数の突出部１６ａからなるパターンがその内部に形成されている。これらの突出部１６ａは、インプリンティング時に、図１ｃに示すように、対応する複数の凹部１２ａをポリマー膜１２’に形成する。
インプリンティングの温度は、ポリマー膜１２’のガラス転移温度より高く、好ましくは、Ｔｇより１０℃程高い。インプリンティングの圧力は、１００〜５００ｐｓｉの範囲内である。
パターンをポリマー膜１２’へと転写したら、プラズマによるなどして、ポリマー膜をエッチングして、図１ｄに示すように、下方の基材１０部分を露出させる。当該エッチングの後に、パターン化されたポリマー被覆基材を、金属をブランケット付着させるなどしてさらに処理し、周知のリフトオフ処理を用いて、基材１０に直に物理接触していない金属を除去することができる。簡単にいえば、ポリマー膜１２’を溶媒中で溶解させ、それによってポリマー膜の上面にある金属を取り除き、且つポリマーの凹部１２ａに付着している金属を残す。ナノスケールの寸法を有するこれらの金属線は、その後、ナノスケールデバイスの電極として使用する。
ポリマー膜１２’中へのエッチングに関しては、代替の方法もよく知られており、それらもまた適切に採用することができる。本明細書に開示する方法は、ナノテクノロジーインプリンティング用途のほかに、広範の用途がある。特に、本明細書に開示する方法は、在来のフォトリソグラフィー又は電子ビームリソグラフィーを現在採用しているインプリンティングプロセスの何れにおいても、前出の従来処理のどれよりも低いコストで、用いることができる。
好ましくは、ナノ電子回路、ナノエレクトロメカニカルシステム（ＮＥＭＳ）、光学システム（回折格子、フォトニック結晶、及びその他の種類の光結合器やデバイスなど）、及びナノメートルスケールの部品をベースとした高感度センサー及び検出器のような、１００ｎｍ未満の微少寸法を有するシステムが、本教示に従って製造される。
図２ａ〜図２ｃに示すプロセスに関しては、ここでも、スピニング又はキャスティングによって、基材１０上に液体膜１２を付着させ、そしてインプリンティング工程を液体膜に直ちに施して、液体層にパターンを形成し、次いで、それをさらに、図２ａの２０で示すように、型を配置したまま、熱、紫外線照射、又はその両方を適用することにより重合させ、ポリマー鎖間を任意に架橋させる。パターン転移を、図１ｃと同じ図２ｂに示している。次いで、パターン化されたポリマー被覆基材１０を上述のようにさらに処理する。この場合では、ポリマー溶液を構成する物質や、もしあれば開始剤に応じて、固体ポリマー膜１２’に関して先に特定したよりもいっそう低い温度にて、もしかすると室温（〜２３℃）程度で、液体膜１２に関してインプリンティング工程を実施する。
硬化したポリマー膜１２’の最適ガラス転移温度は、０℃〜１００℃であり、好ましくは２０℃〜７０℃、最も好ましくは４０℃〜６０℃である。ポリマー膜１２’は、広範な方法で調製することができる。ポリマー膜１２’を作る好ましい方法は、活性フリーラジカル、例えば、ＴＥＭＰＯ（２，２，６，６−テトラメチル−１−ピペリジニルオキシフリーラジカル）を含むフリーラジカル重合によるものである。当該重合方法にはまた、アニオン、カチオン、及び原子移動ラジカル重合も含まれる。フリーラジカルの生成は、熱、電子ビーム、光照射、特にＵＶ光照射、マイクロ波又はガンマ線によって達成される。ポリマー分野で周知の付加、縮合及び脱離プロセスによって、その他のプロセスもまた、実施することができる。
低いガラス転移温度を有するポリマー溶液に用いられる所望のポリマーの構造は、以下に示す４タイプに分類される。これらのポリマーは、ポリマー膜１２’に関して先に示したのと同じ範囲のＴｇを有する。
タイプＡ：
Figure 2006509354
式中、
Ｒ１＝Ｈ、ＣＨ３、Ｃｌ、Ｆ、アリール基；
Ｒ２＝結合、Ｃ（Ｏ）、Ｏ、Ｃ（Ｏ）Ｏ、ＯＣ（Ｏ）；
Ｒ３＝ＣＨ２、ＣＨ２ＣＨ２、又は炭素数２〜１０の分枝若しくは直鎖アルキル鎖；
Ｒ４＝Ｈ、ＣＨ３、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、炭素数２〜２０の分枝若しくは直鎖アルキル鎖、アリール若しくは置換アリール、ＯＲ５、Ｃ（Ｏ）ＯＲ５、及びＣ（Ｏ）Ｒ５；
Ｒ５＝Ｈ、ＣＨ３、置換若しくは未置換の、炭素数２〜２０の分枝若しくは直鎖アルキル鎖、アリール若しくは置換アリール基、
である。
タイプＢ
タイプＢは、タイプＡのモノマー構造と同じモノマー構造を含むが、少なくとも２つのモノマー種の重合を用いて、コポリマー、ブロックコポリマー又はポリマーブレンドを形成する。
タイプＣ：
Figure 2006509354
式中、
Ｒ１＝Ｈ、ＣＨ３、置換若しくは未置換のアルキルあるいはアリール基
である。
タイプＤ：
Figure 2006509354
式中、
Ｒ１＝Ｈ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｆｌ、炭素数１〜２０のアルキル若しくはアリール及び置換アルキル若しくは置換アリール、
Ｒ２＝炭素数１〜２０のアルキレン又は置換アルキレン、
である。
前出のポリマーの重量平均分子量は、５，０００〜３，０００，０００の範囲に及ぶ。好ましい範囲は、２０，０００〜５００，０００、より好ましくは、５０，０００〜２００，０００である。本明細書で採用するポリマーは、１〜２０の、好ましくは１〜５の、最も好ましくは１〜２の、多分散度を有する。
ポリマー溶液中にポリマーを溶解する際に用いられるモノマーは、アルコール及び不飽和アルコールの、アクリレート及びメタクリレートのような、重合性不飽和基を有する。ポリマー又はポリマー混合物を溶解するのに使用できるモノマーの例としては、限定はしないが、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、ヘキシルアクリレート、エチルヘキシルメタクリレート、エチルヘキシルアクリレート、オクチルアクリレート、オクチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ベンジルアクリレート、トリフルオロエチルアクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、クロロメチルスチレン、ブタジエン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、アリルアルコール、酢酸ビニル、アクリロニトリル、グリシジルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、及びそれらの混合物が挙げられる。
上述のポリマー及びモノマーの組合せから結果として生成されるポリマー膜１２’は、通常、ブレンドもしくは相互浸透網目構造である。
本開示の他の実施形態は、任意に架橋剤と組み合わせるか又は架橋剤を用いずに、上述の一般構造のポリマーを、重合性末端基を有するポリマーに代えたものである。例としては、末端がメタクリレートのポリスチレン、ポリ（テトラヒドロフラン）ジビニルエーテル、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレート又はジメタクリレート、ポリ（プロピレングリコール）ジアクリレート又はジメタクリレート、末端がジビニルのポリ（ジメチルシロキサン）、ポリブタジエンジメタクリレートがある。代替的に、エポキシ又はカルボキシ含有ポリマーのような、その他の末端基を代わりに用いることができる。
ポリ（ベンジルメタクリレート）（タイプＡ、下式（Ｉ））のような、メタクリル酸上に芳香族ペンダント基を有するポリマーは、フェニル環を持たないその対応物、例えば、ＰＭＭＡ（Ｔｇ 約１１０℃）（タイプＡ、下式（ＩＩ））よりはるかに低いガラス転移温度（Ｔｇ 約５４℃）を有する。
Figure 2006509354
本開示によれば、ナノインプリント膜をはじめとするインプリント膜として使用するには、当該芳香族含有ポリマーを、その他の任意の溶媒中に溶解させるのではなく、それらのモノマー中に溶解させる。このポリマー溶液はまた、熱又は光活性化過程においてモノマー又はモノマー混合物を重合させるべく、１つ以上の開始剤も含有する。当該ポリマー溶液は、スピンコーティングによるなどして基材上へ付着させ、そしてベーキングせずにナノインプリンティングに直接利用される。この場合、膜１２は液体であり、ガラス転移温度付近の低温で、且つ低液圧で、容易に型の微細開口を充填することができる。例えば、温度７０℃、圧力２００ｐｓｉｇにて、ポリ（ベンジルメタクリレート）膜へナノスケールパターンを転写した。熱可塑性ポリマーに関しては、液圧は、加熱処理時、室温から、又はガラス転移温度付近から印加することができる。
ポリマー溶液を形成するために任意にポリマー及びモノマーと組み合わされる開始剤は、不飽和化合物に対して重合を開始させるべくフリーラジカルを生ずる化合物である。熱硬化には次の開始剤が用いられる。例としては、過酸化水素、過酸化ベンゾイル、２，２’−アゾビスイソ−ブチロニトリル、４，４’アゾビス（シクロヘキサンカルボニトリル、４，４’−アゾビス（４−シアノ−吉草酸）及び２，２’−アゾビス（２−メチルプロパン）などのアゾ化合物がある。共に有機過酸化物であるＴｒｉｇｏｎｏｘ ２１及びＰｅｒｋａｄｏｘ １６のような、その他の市販製品も開始剤として用いることができる。Ｔｒｉｇｏｎｏｘ ２１は、化学的には、ｔ−ブチルペルオキシ−２エチルヘキサノアートとして知られており、一方、Ｐｅｒｋａｄｏｘ １６は、化学的には、ジ（ｔ−ブチルシクロヘキシル）ペルオキシジカルボネートとして知られている。Ｔｒｉｇｏｎｏｘ及びＰｅｒｋａｄｏｘは、両方とも、Ａｋｚｏ ＆ Ｎｏｂｅｌから入手することができる。本明細書で適切に用いられる有機過酸化物のその他の例として、限定はしないが、ジクミルペルオキシド、ジオクタノイルペルオキシド、ジミリスチルペルオキシド、ジラウロイルペルオキシド、１，１−ジ（ｔ−ブチルペルオキシシクロヘキサン）、ｔ−ブチルペルオキシジエチルアセテート、クミルヒドロペルオキシド等が挙げられる。
光開始剤は、ＵＶ硬化に使用されるものであり、限定はしないが、α−ヒドロキシ−ケトン、α−アミノ−ケトン、及びベンゾフェノンをはじめとする、周知の任意の光開始剤が含まれる。α−ヒドロキシ−ケトンの属種の中には、アセトフェノンが含まれる。適切に用いられる光開始剤の一例は、α，α−ジメチル−α−ヒドロキシアセトフェノン（２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オン）であり、これは、Ｃｉｂａ Ｃｏ．から商品名Ｄａｒｏｃｕｒ（登録商標）１１７３を付して市販されている。
エッチング又はその他の工程中の膜の強度を高め、ポリマー膜１２’の完全さを保持するために、任意に、１つ以上の架橋剤をポリマー溶液に付加することができる。これらの場合に使用できる架橋剤は、二官能性又は多官能性の重合性基を有する成分から誘導される。例としては、限定はしないが、エチレングリコールジメタクリレート、１，４−ブタンジオールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、１，６−ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）ジメタクリレート、この場合、ポリエチレングリコールの分子量は４００〜６０００である、テトラエチレングリコールジメタクリレート、最高５０個までのエトキシ単位を有するエトキシル化ビスフェノールＡジメタクリレート、シクロヘキサンジメタノールジメタクリレート、トリプロピレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールペンタメタクリレート、炭素数３０未満のアルコキシル化グリセリル、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリス（２−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、３−（アクリロイルオキシ）−２−ヒドロキシ−プロピルメタクリレート、モノ−２−（メタクリロイルオキシエチル）マレアート、ジビニルベンゼン、メタクリル無水物、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、ジ（エチレングリコール）ジメタクリレート、ジ（エチレングリコール）ジビニルエーテル、テトラエチレングリコールジビニルエーテル、ジ（エチレングリコール）ジアクリレート、３−（アクリロイルオキシ）−２−ヒドロキシプロピルメタクリレート及びモノ−２−（メタクリロイルオキシ）メチルマレアートがあり、ここで、メタクリレート基はどれも、アクリレート基又はアクリルアミド基又はメタクリルアミド基と置き換えることができる。さらに、上記のモノマーは、ハロゲン、アルキル、又はアリール基のような、その他の基で置換してもよい。任意に、ポリマーを含んでいる重合性末端基を有するマクロモノマー（高分子量モノマー）を追加の添加物として又は上記の二官能性部分を置換するために含有させてもよい。前述の末端基の例として、限定はしないが、アクリレート、メタクリレート、エポキシ、及びカルボキシ基が挙げられる。
ポリマー溶液中のポリマーの割合は、膜被覆基材の全領域にわたって高品質のパターン転移を確保するのに重要である。ポリマーの割合が高すぎる場合、溶液の粘度が高すぎてインプリント工程中に型の端まで流れることができなくなる。これは、溶液が型の開口を満たす場合にも、インプリンティング後に不均一な膜厚を生ずる。膜の比較的厚い部分は、リフトオフプロセス時に基材から完全に除去され、それによってある種の構造を形成するべく付着された材料の全てが共に除去される場合がある。ポリマーの割合が低すぎる場合、表面張力のため並びに／又は膜の付着表面を濡らすことができないため、スピン膜は表面上で玉になるか又はその他の非均一性を生ずる。このため、膜が玉になるのを回避するべくインプリンティング処理は、コーティング後できるだけ速やかに実行しなければならない。従って、溶液の粘度と、付着膜が不均一になる前にサンプル上に配置し得る時間量との間には、釣合いが存在する。この関係では、ポリマー溶液中のポリマーの濃度は、０．１〜５０ｗｔ％、好ましくは１〜２０ｗｔ％、最も好ましくは５〜１０ｗｔ％の範囲である。
特定のポリマー並びに処理環境に関する最適条件は、種々のパーセンテージにてポリマーを含む溶液を利用した一連の対照実験から決定する必要がある。ポリマーとモノマーの相対量を調節する以外に、少量の粘度修正剤を用いて適切な液体特性と乾燥時間を得ることも可能である。粘度修正剤の例としては、限定はしないが、ポリエチルオキサゾリン、ポリノルボルネン、ポリアルファピネンとポリベータピネン、スチレン−メチルスチレンコポリマー、ポリ（テトラヒドロフラン）、ビニルアルコール−エチレンコポリマー、塩化ビニル−イソブチルビニルエーテルコポリマー、塩化ビニル−酢酸ビニルコポリマー、ポリ（ビニルフェニルケトン）、ビニルフェノール−メチルメタクリレートコポリマー、ヒドロキシエチルセルロース、グラフト重合多糖類（ｇｒａｆｔｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ）、及びスチレン−ジエンポリマーが挙げられる。
１つ以上のポリマーが１つ以上の重合性モノマー中に溶解してなる溶液から作られる、スピンコートされた液体膜は、ポリマーを揮発性溶媒に溶解し且つベーキングを行う従来技術法に基づくものより優れた幾つかの利点を有する：
（１） Ｔｇより５０℃ほど高い従来技術のインプリント温度と比較して、インプリント温度が低いこと、好ましくはＴｇより１０℃ほど高い、又は液体膜の場合ではそれより低いことさえある。
（２） ２，０００ｐｓｉオーダーの従来技術のインプリント圧力と較べ、液体膜を使用するためインプリント圧力が低い（１００〜５００ｐｓｉ）こと。
（３） 膜の亀裂や歪みを伴うベーキングステップが排除されること。
（４） ポリマー膜上でのインプリンティング後の残留溶媒の蒸発に起因する欠陥が無いこと。
（５） 低いインプリント圧力を用いるため、型の磨耗が最小であること。
（６） 型のナノスケール輪郭の複製が容易なこと、並びに液体膜のため余剰材料の排除が容易なこと。
（７） 温度又は圧力の大きな変化のない全般的に温和な条件を用いるため、インプリント分解能が高いこと。
（８） 分子又は半導体ナノデバイスなどの、インプリントプロセスに曝される回路を構成する機能材料に対して、応力及び損傷が軽減されること。
液体モノマー中にポリマーを溶解させて調製したポリマー溶液の利用は、低廉な製造システム向けのインプリントリソグラフィーにおいて、特に１００ｎｍ未満の微少輪郭のナノインプリンティングにおいて、用途が見出されるものと期待される。
ナノインプリントリソグラフィーによるナノスケールのワイヤを形成するための、第一実施形態のプロセス手順 ナノインプリントリソグラフィーによるナノスケールのワイヤを形成するための、第一実施形態のプロセス手順 ナノインプリントリソグラフィーによるナノスケールのワイヤを形成するための、第一実施形態のプロセス手順 ナノインプリントリソグラフィーによるナノスケールのワイヤを形成するための、第一実施形態のプロセス手順 ナノインプリントリソグラフィーによるナノスケールのワイヤを形成するための、第二実施形態のプロセス手順 ナノインプリントリソグラフィーによるナノスケールのワイヤを形成するための、第二実施形態のプロセス手順 ナノインプリントリソグラフィーによるナノスケールのワイヤを形成するための、第二実施形態のプロセス手順 ナノインプリントリソグラフィーによるナノスケールのワイヤを形成するための、第二実施形態のプロセス手順

Claims (13)

  1. インプリンティング用のインプリント可能なポリマー溶液であって、前記ポリマー溶液が、少なくとも１つの重合性モノマー中に溶解している少なくとも１つのポリマーを含んで成る、ポリマー溶液。
  2. 前記ポリマー溶液が、少なくとも１つの開始剤、少なくとも１つの架橋剤、及び少なくとも１つの粘度修正剤から成る群から選択される、少なくとも１つの成分をさらに含む、請求項１に記載のポリマー溶液。
  3. 前記少なくとも１つのポリマーの前記ポリマー溶液中濃度が、約０．１〜５０ｗｔ％である、請求項１に記載のポリマー溶液。
  4. 前記ポリマー溶液が、１つのモノマーと１つのポリマーを含む、請求項１に記載のポリマー溶液。
  5. 前記少なくとも１つのポリマーが任意のモノマー又はモノマー混合物中に可溶性であって、前記少なくとも１つのポリマーがその中に溶解している、請求項１に記載のポリマー溶液。
  6. 前記重合性モノマーが、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、ヘキシルアクリレート、エチルヘキシルメタクリレート、エチルヘキシルアクリレート、オクチルアクリレート、オクチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ベンジルアクリレート、トリフルオロエチルアクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、クロロメチルスチレン、ブタジエン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、アリルアルコール、及び酢酸ビニル、アクリロニトリル、グリシジルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、及びそれらの混合物から成る群から選択される、請求項１に記載のポリマー溶液。
  7. 前記ポリマー溶液が、各々がポリマーを含有する、重合性末端基を有する少なくとも１つのマクロモノマーをさらに含む、請求項１に記載のポリマー溶液。
  8. インプリンティングによって基材（１０）上に輪郭を形成する改善された方法であって、
    （ａ）請求項１記載のポリマー溶液を形成すること；
    （ｂ）前記ポリマー溶液を前記基材（１０）上に付着させて、その上に液体膜（１２）を形成すること；そして次のどちらか、
    （ｃ）前記少なくとも１つのモノマーを重合させることにより及び任意に前記少なくとも１つのポリマーを架橋結合させることにより前記液体膜（１２）を硬化させて、１００℃未満のガラス転移温度を有するポリマー膜（１２’）を形成し、そして所望のパターン（１６ａ）を有する型（１６）を用いて前記ポリマー膜（１２’）をインプリンティングして、対応するネガティブパターン（１２ａ）を前記ポリマー膜（１２’）に形成すること、又は
    （ｄ）前記型（１６）を用いて前記液体膜（１２）をインプリンティングし且つ前記液体膜（１２）を前記型（１６）の存在下で硬化させて、ネガティブパターン（１２ａ）を有する前記ポリマー膜（１２’）を形成すること、
    を包含する、方法。
  9. 前記輪郭が、１００ｎｍ未満の微少寸法を有する、請求項８に記載の方法。
  10. 前記液体膜（１２）が、重合プロセスにより硬化する、請求項８に記載の方法。
  11. 前記インプリンティングが、ステップ（ｃ）の前記固体ポリマーに関しては前記ガラス転移温度より高いプロセス温度にて、又はステップ（ｄ）の前記液体膜に関してはより低いプロセス温度にて、且つ約１００〜５００ｐｓｉという圧力（２０）にて実施される、請求項８に記載の方法。
  12. 前記インプリンティングが、圧縮成型、それに続くパターン転移プロセスを包含する、請求項８に記載の方法。
  13. 前記インプリンティングの後に、前記型（１６）を除去し、異方性エッチングプロセスを用いて圧縮領域に残っているポリマー膜（１２’）を除去することによって、前記パターン（１２ａ）を前記ポリマー膜（１２’）の全膜厚へと伝える、請求項８に記載の方法。
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