JP2016524330A - インプリントリソグラフィーのためのインプリント材料 - Google Patents

Abstract

本発明は、インプリントリソグラフィーに使用可能な、硬化可能なインプリント材料であって、この材料は、重合可能な主成分少なくとも１種、及び副成分少なくとも１種を含む混合物から成る。本発明はさらに、本願請求項に記載のインプリント材料を、（４，４４，４”，４'''，４VI）のインプリント形状に変形させるための使用に関する。

Description

本発明は、請求項１に記載のインプリント材料、また請求項７に記載の使用に関する。

半導体産業では、インプリントリソグラフィー法がますます用いられており、従来の光学リソグラフィー法を補完するか、又はこれに置き換わっている。マイクロ及び／又はナノ構造化されたインプリントスタンプを用いることによって、光学回折現象に制限されない、粘性のあるインプリント材料を機械的に構造化する可能性が得られる。構造化された、粘性のあるインプリント材料は、インプリント工程の前、及び／又はその間に、架橋／硬化され、形状安定に保たれる。ここでこの架橋は特に、電磁線によって、好適には紫外線によって、及び／又は熱によって、つまり熱的に行われる。架橋の後、インプリントスタンプは、硬化したインプリント材料から外すことができる。残存する、硬化したインプリント材料は、既に機能性形状を有するか、又は引き続き、加工工程でさらに処理される。非常に多くの、特に無機分子系のインプリント材料は、離型工程の後、さらに高温で熱処理される。熱処理は、インプリント材料を不可逆的に硬化させるために用いられる。有機及び無機の分子を有するインプリント材料を用いる際、熱処理は主に、インプリント材料から有機の部分を除去し、無機分子を相互に架橋させるために用いられる。これによって、有機及び無機の分子から成るインプリント材料を、インプリント工程によって構造化することが可能になり、スタンプ工程の後、完全に無機材料へと移行できる。

インプリント材料の構造化を行うためには、特別なインプリントスタンプが必要となる。インプリントスタンプは、大きさがマイクロメーター及び／又はナノメータの構造を欠陥無しでネガとしてインプリント材料に転写できるという非常に高い要求を満たさなければならない。従来技術では、多くの様々な種類のスタンプが存在する。基本的には、硬質スタンプと、軟質スタンプに区別される。

硬質スタンプは、金属、ガラス、又はセラミックから成る。硬質スタンプはほとんど変形できず、耐腐食性であり、耐摩耗性であり、その製造が非常に高価になる。硬質スタンプの表面はたいてい、電子線リソグラフィー、又はレーザー線リソグラフィーによって加工される。この製造方法は、一般的に非常に高価である。硬質スタンプの利点は特に、耐摩耗性が高いことにある。硬質スタンプの重大な欠点は、曲げ抵抗が高いことであり、このため、インプリントスタンプを一単位ごとにインプリント材料から引き抜くことができない（軟質スタンプの場合は可能）。硬質スタンプは、スタンプの面全体にわたって、法線力によってインプリント材料から引き上げることができるだけである。

軟質スタンプは非常にしばしば、硬質スタンプのネガとして成形される。軟質スタンプはたいていポリマーから成り、弾性が高く、曲げ強度は低い。これはたいてい、エントロピー弾性である。その理由は特に、インプリント材料と軟質スタンプとの間の付着性が高いこと、及び／又は軟質スタンプの膨潤にある。軟質スタンプは、様々な化学的、物理的、及び工業的なパラメータによって、硬質スタンプと区別できる。弾性に基づく区別も考えられるだろう。軟質スタンプは主に、エントロピー弾性に基づく変形特性を、硬質スタンプは主に、エネルギー弾性に基づく変形特性を有する。さらに、これら２つの種類のスタンプは例えば、それら自身の硬度によって区別することができる。この硬度は、侵入する物体に対して材料が有する抵抗値である。硬質スタンプは主に、金属又はセラミックから成り、これらは相応して硬度値が高い。固体の硬度を記載するためには、様々なやり方がある。非常に慣用の方法は、ビッカースによる硬度の記載である。詳細はともかく、硬質スタンプはビッカース硬度が５００ＨＶ超であると、大まかに言うことができる。理論的には、このような軟質スタンプは、非常に容易にインプリント材料から取り外し可能だが、そうでないこともしばしばある。よって今日のインプリント技術を用いる最大の問題は特に、離型工程において、つまりインプリントスタンプ（特に軟質スタンプ）をインプリント材料から分離する際に生じる。

よって本発明の課題は、インプリントスタンプから、より良好に取り外し可能なインプリント材料を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の特徴によって解決される。本発明のさらなる有利な構成は、従属請求項に記載されている。本発明の範囲には、明細書、請求項、及び／又は図面に記載の特徴少なくとも２つのあらゆる組み合わせも含まれる。記載されたさらなる範囲では、記載した限度内にある値もまた、境界値として開示されたものとして通用し、任意の組み合わせで特許請求できる。

本発明は、インプリントリソグラフィー用のインプリント材料、またインプリント材料の本発明による適用／使用を記載する。このインプリント材料の特徴は、少なくとも１種の、好適には無機及び／又は有機部分からなる主成分と、少なくとも１種の、特に、インプリント材料と水との相互作用を調整するために適した／使用される副成分（好適には有機成分）少なくとも１種との混合物であることである。主成分とは、主要な量で、最終的にインプリントされた形態の構築に貢献する成分であると理解される。副成分とは、主成分と混合される他の全ての成分であると理解され、これに該当するのは特に、本発明により親水性及び／又は疎水性を調整する、及び／又は親水性及び／又は疎水性に影響を与えるあらゆる有機成分、開始剤、及び溶剤である。よって本発明によればインプリント材料は、複数の主成分、及び／又は複数の副成分から成っていてよい。本発明によるインプリント材料において本発明によれば複数の主成分及び／又は複数の副成分が意図されていてもよいが、以下では例示的に、主成分１種と副成分１種についてのみ話題にする。

本発明によれば、第一の成分（主成分）が存在する。第二の成分は、本発明により親水性及び／又は疎水性を調整するために用いられる重要な成分、好適には有機化合物である。第三の成分は、溶剤である。第四の成分は、主成分間での重合を開始させる開始剤、好適には光開始剤である。少なくとも４種の成分から成るこの混合物を、被覆工程によって基材に堆積させる。溶剤は、少なくともインプリント材料の変形前では、主成分の質量パーセントにおいて、質量パーセントで格別に優位を占める。主成分の質量パーセントは、１０％未満、好適には８％未満、特に好ましくは６％未満、さらに好ましくは４％未満、とりわけ好ましくは３％未満である。親水性及び／又は疎水性の調整に重要な役割を果たす第二の成分の質量割合は、２％未満、好適には１．５％未満、特に好適には１．０％未満、さらに好適には０．５％未満、とりわけ好適には０．１％未満である。使用する開始剤、好適には光開始剤の質量割合は、２％未満、好適には１．５％未満、特に好ましくは１．０％未満、さらに好ましくは０．５％未満、とりわけ好ましくは０．２％未満である。使用する溶剤の質量割合は、９８％未満、好適には９６％未満、特に好ましくは９４％未満、さらに好ましくは９２％未満、とりわけ好ましくは９０％未満である。混合物から溶剤を除去した後、及び／又は溶剤を揮発させた後、本発明によるインプリント材料の質量パーセントは相応して変化する。

特に有機の副成分によって、重合、収縮、及び／又は付着性を適切に調整することができるか、又はこれらに少なくとも影響をもたらすことができる。有機副成分は好適には、インプリント材料とインプリントスタンプとの付着性ができるだけ少ないように、ひいてはインプリントスタンプが、インプリント材料から容易に離型できるように選択する。特に、インプリントスタンプ表面が親水性であれば、できるだけ容易に離型するため、インプリント材料の表面を疎水性に選択し、またその逆もある。

離型に特に最適なのは、本発明の有利な態様によれば、疎水性スタンプ表面と、インプリント材料の疎水性表面の組み合わせである。最適な組み合わせは、本発明によれば経験的に特定できる。

親水性とは、物質表面と水との高い相互作用であると理解される。親水性表面は主に極性を有し、流体の分子の永久双極子と、好ましくは水と、相応して良好に相互作用する。表面の親水性は、接触角測定装置によって定量化される。ここで親水性表面は、接触角が非常に低い。本発明によるインプリント材料が、スタンプからできるだけ容易に離型可能になるよう、親水性表面を有さなければならない場合、本発明によれば以下の値の範囲を有するのが望ましい：親水性表面は本発明によれば、特に接触角が９０°未満、好適には６０°未満、好適には４０°未満、さらに好適には２０°未満、特に好適には１°未満である。

疎水性とは、相応して、物質表面と水との相互作用が低いことであると理解される。

疎水性表面は主に極性がなく、流体の分子の永久双極子と、ほとんど相互作用しない。本発明によるインプリント材料が本発明による実施態様において、スタンプからできるだけ容易に離型可能になるよう、疎水性表面を有する場合、本発明によれば以下の値の範囲を有するのが望ましい：疎水性表面は本発明によれば、特に接触角が９０°超、好適には１００°超、好適には１２０°超、さらに好適には１４０°超、特に好適には１６０°超である。さらなる、特に本発明に独自の態様によれば、主成分と少なくとも１種の副成分との混合比は、これらの成分から生じるインプリント材料が、インプリントスタンプによるインプリント工程後に、インプリントスタンプに対するインプリント材料の付着性が低いことによって、インプリントされた構造を傷つけること無く、インプリントスタンプから外すことができるように調整可能なことが意図されている。ここで主成分は好適には、有機／無機の化合物である。ここで副成分は好適には、有機化合物である。

本発明はさらに、特別な混合物からインプリント材料を製造するという、特に独自の思想に基づいている。この混合物は、少なくとも１種の主成分と、少なくとも１種の副成分から成る。主成分は好適には、シルセスキオキサンである。本発明によれば、さらなる以下の材料が考えられる：
・多面体オリゴマーシルセスキオキサン（ＰＯＳＳ）
・ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）
・テトラエチルオルトケイ酸塩（ＴＥＯＳ）
・ポリ（オルガノ）シロキサン（シリコーン）
・ペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）。

副成分は、あらゆる任意の有機及び／又は無機化合物から成っていてよい。副成分は、本発明による親水性又は疎水性を調整するために主要な役割を果たし、これによりスタンプは、本発明によるインプリント材料からより容易に離型できる。特に好適には副成分は、親水性及び／又は疎水性に影響を与える相応する官能基を有する。これらの副成分は、任意で複雑な、好適には有機の構造を有することができる。本発明によるインプリント材料の親水性又は疎水性に本発明に従い影響を与えることが可能な化合物を全て列挙するのは不可能なため、その代わりに幾つか、化学物質及び／又は官能基の総括的な呼称を挙げる。これらの化合物は相応して、以下のリストの元素の組み合わせから構成されていてよい。このリストに現れる化合物は全て、モノマー又はポリマーとして使用できる。少なくとも１種の副成分は好適には、有機化合物、特に以下のものである：
・アクリル及び／又は（ポリ）アクリレート
・エポキシド
・エポキシ樹脂
・フェノール
・アルカン
・アルケン
・アルキン
・ベンゼン
・エーテル
・エステル
・カルボン酸
・ケトン
・アルコール。

極めて特別な実施態様において、副成分は、同じ官能基（例えば、主成分の有機官能基）に属していてよい。

主成分、開始剤、及び本発明による有機成分（これにより親水性及び／又は疎水性を調整するかつ／又は親水性及び／又は疎水性に影響を与える）を溶解させるために、溶剤は常に使用される。溶剤は好適には、本来の構造の製造工程の過程において、本発明によるインプリント材料から除去される、及び／又はそれ自体から消える。好適には、以下の溶剤のいずれかを使用する：
・アセトン
・アセトニトリル
・アニリン
・シクロヘキサン
・ｎ−ペンタン
・トリエチレングリコールジメチルエーテル（Triglyme）
・ジメチルアセトアミド
・ジメチルホルムアミド
・ジメチルスルホキシド
・１，４−ジオキサン
・氷酢酸
・無水酢酸
・酢酸エチルエステル
・エタノール
・エチレンジクロリド
・エチレングリコール
・アニソール
・ベンゼン
・ベンゾニトリル
・エチレングリコールジメチルエーテル
・石油エーテル／軽ベンジン
・ピペリジン
・プロパノール
・プロピレンカーボネート（４−メチル−１，３−ジオキソール−２−オン）
・ピリジン
・γ−ブチロラクトン
・キノリン
・クロロベンゼン
・クロロホルム
・ｎ−ヘプタン
・２−プロパノール（イソプロピルアルコール）
・メタノール
・３−メチル−１−ブタノール（イソアミルアルコール）
・２−メチル−２−プロパノール（ｔ−ブタノール）
・メチレンクロリド
・メチルエチルケトン（ブタノン）
・Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）
・Ｎ−メチルホルムアミド
・テトラヒドロフラン
・乳酸エチルエステル
・トルエン
・ジブチルエーテル
・ジエチレングリコール
・ジエチルエーテル
・ブロモベンゼン
・１−ブタノール
・ｔ−ブチルメチルエーテル（ＴＢＭＥ）
・トリエチルアミン
・トリエチレングリコール
・ホルムアミド
・ｎ−ヘキサン
・ニトロベンゼン
・ニトロメタン
・１，１，１−トリクロロエタン
・トリクロロエテン
・硫化炭素
・スルホラン
・テトラクロロエテン
・四塩化炭素
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）
・水。

主成分及び副成分は、連鎖反応を開始させる開始剤とともに、相応する化学量論的に正確な比で混合する。主成分と、副成分及び開始剤とを混合することによって、開始剤の活性化の際に、特に、又は少なくとも主に、主成分の有機部の間で、重合につながる。副成分が部分的に重合に参加することもあり得る。特に主成分のみが、相互に重合する。重合の際に、長鎖の分子及び／又は完全な二次元及び／又は三次元の網目構造が生じ、好適には特別に調整可能なモノマー数で生じる。ここでモノマーの数は、１超、好適には１０超、特に好適には１００超、さらに好適には１０００超、とりわけ好適にはモノマーを完全に二次元及び／又は三次元の網目構造へと重合させる。

主成分と副成分との量比によって、本発明によればインプリント材料の親水性（及び／又は疎水性）が調整できる。主成分は好適には、少なくとも主に、とりわけ完全に、主に無機材料、好適にはシルセスキオキサンであるため、親水性は好適には、副成分の種類と量によって決まる。親水性は特に、副成分の有機及び／又は無機の化合物の極性に依存する。好ましくは、本発明によるインプリント材料と、インプリントスタンプとの間の親水性及び疎水性は、互いに交代する。インプリントスタンプが疎水性であれば、インプリント材料が好適には親水性であり、またその逆である。使用するインプリントスタンプの表面は、好ましくは疎水性に選択する。非常に最適な組み合わせは、疎水性の本発明によるインプリント材料を、疎水性のスタンプとともに使用することであり得る。

特に親水性のインプリント材料の利点は、インプリントスタンプに対する付着性が可能な限り低いことである。２つの表面の間の付着性は最も好ましくは、単位面積当たりのエネルギー、すなわちエネルギー面積密度によって記載することができる。これにより、２つの相互に結合された表面を、単位面に沿って再度相互に分離させるために必要なエネルギーを理解することができる。インプリント材料とインプリントスタンプとの付着性は、本発明によればとりわけ２．５Ｊ／ｍ²未満、好適には１Ｊ／ｍ²未満、特に好適には０．１Ｊ／ｍ²未満、さらに好適には０．０１Ｊ／ｍ²未満、とりわけ好適には０．００１Ｊ／ｍ²未満、特に好適には０．０００１Ｊ／ｍ²未満、最も好適には０．００００１Ｊ／ｍ²未満に調整する。

第一の特別な実施態様においてインプリント材料は、少なくとも１種の、特にちょうど４種の成分から成る。主成分は任意の、二酸化ケイ素系化合物、好適にはシルセスキオキサンであり、副成分は好適には特に純粋な、有機化合物である。第三の成分は特に、溶剤である。第四の成分は特に、主成分間での重合を開始させる開始剤、好適には光開始剤である。少なくとも４種の成分から成るこの混合物を、被覆工程によって基材に堆積させる。溶剤は質量パーセントで、主成分、副成分、及び開始剤の質量パーセントに対して格段に優位を占める。主成分の質量パーセント割合は、１０％未満、好適には８％未満、特に好ましくは６％未満、さらに好ましくは４％未満、とりわけ好ましくは３％未満である。親水性及び／又は疎水性の調整に重要な役割を果たす副成分の質量パーセント割合は、２％未満、好適には１．５％未満、特に好適には１．０％未満、さらに好適には０．５％未満、とりわけ好適には０．１％未満である。使用する開始剤、好適には光開始剤の質量パーセント割合は、２％未満、好適には１．５％未満、特に好ましくは１．０％未満、さらに好ましくは０．５％未満、とりわけ好ましくは０．２％未満である。使用する溶剤の質量パーセント割合は、９８％未満、好適には９６％未満、特に好ましくは９４％未満、さらに好ましくは９２％未満、とりわけ好ましくは９０％未満である。混合物から溶剤を除去した後、及び／又は溶剤を揮発させた後、本発明によるインプリント材料の質量パーセントは相応して変化する。

第二の特別な実施態様において、インプリント材料は同様に、少なくとも１種の、特にちょうど４種の成分から成る。主成分は任意の、ケイ素原子と酸素原子に基づく化合物であり、好適にはＴＥＯＳ化合物である。ここで第二の成分は好適には、有機化合物である。第三の成分は特に、溶剤である。第四の成分は特に、主成分間での重合を開始させる開始剤、好適には光開始剤である。少なくとも４種の成分から成るこの混合物を、被覆工程によって基材に堆積させる。溶剤は質量パーセント割合で、主成分、副成分、及び開始剤の質量パーセントに対して格段に優位を占める。主成分の質量パーセント割合は、１０％未満、好適には８％未満、特に好ましくは６％未満、さらに好ましくは４％未満、とりわけ好ましくは３％未満である。親水性及び／又は疎水性の調整に重要な役割を果たす副成分の質量パーセント割合は、２％未満、好適には１．５％未満、特に好適には１．０％未満、さらに好適には０．５％未満、とりわけ好適には０．１％未満である。使用する開始剤、好適には光開始剤の質量パーセント割合は、２％未満、好適には１．５％未満、特に好ましくは１．０％未満、さらに好ましくは０．５％未満、とりわけ好ましくは０．２％未満である。使用する溶剤の質量パーセント割合は、９８％未満、好適には９６％未満、特に好ましくは９４％未満、さらに好ましくは９２％未満、とりわけ好ましくは９０％未満である。混合物から溶剤を除去した後、及び／又は溶剤を揮発させた後、本発明によるインプリント材料の質量パーセントは相応して変化する。

インプリント材料には特に、インプリント材料を架橋させる（英語curing）ため、またインプリント材料を特に不可逆的に、硬化した状態にするため、熱開始剤及び／又は光開始剤を添加する。本発明によれば光開始剤は好ましくは、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲、好適には２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲、特に好適には３００〜４００ｎｍの範囲で敏感に反応する。熱的な開始剤は、２５〜４００℃、好適には５０〜３００℃、特に好適には１００〜２００℃で架橋を開始させる。

架橋工程の後、インプリントスタンプは、硬化したインプリント材料から取り外すことができる。本発明によるインプリント材料は特に、インプリントスタンプが、純粋に完全に平面的な法線力下ではなく、ピール工程又はロール工程によってインプリント材料から外されるインプリント工程に適しているが、これのみに適しているわけではない。軟質スタンプの場合、上昇させて外すのではなく、軟質スタンプをインプリント材料から引き離すことが普通である。このような離型の場合、インプリントスタンプとインプリント材料とを分離させるための力だけを、分離が行われる分離線／分離面に沿って、掛けなければならない。

さらなる本発明による任意の工程段階では、インプリント材料を高温工程に送り、インプリント材料を焼結させる。焼結工程では、好適にはインプリント材料における有機残分が全て酸化され、インプリント材料から除去され、これによって純粋な、好適には無機の構造、さらに好適にはＳｉＯ₂構造が残る。この焼結は特に、５０℃超、好適には２００℃超、より好適には４００℃超、さらに好適には６００℃超、特に好適には８００℃超、最も好適には１０００℃超で行う。

インプリント材料における有機残分の酸化は、酸素割合が高い雰囲気中で行えば、特に効率的である。酸素割合は特に２０％超、好適には６０％超、さらに好適には８０％超、特に好適には１００％である。また、高酸化性成分（例えば酸素）からの特別な焼結雰囲気、及び不活性ガス成分、例えば窒素、アルゴン、ヘリウム、又は二酸化炭素も考えられる。

本発明によるインプリント材料は、様々な適用に使用でき、特に好適には以下の用途に使用できる：
第一の本発明による、特に独自の実施態様では、本発明によるインプリント材料を保護材料として、又はカプセル材料として使用する。このためにインプリント材料を、第一の方法による工程で、保護すべき構造にわたって施与する。その後、好適には構造化されていない平らなインプリントスタンプによるインプリント材料の平坦化、又は構造化されたインプリントスタンプによる構造化を行う。本発明によるインプリント材料の平坦化は特に、平坦面を前提とするさらなる加工工程に役立つ。本発明によるインプリント材料の構造化により、本来は保護材料としてのみ備えられているインプリント材料の機能化が可能になる。本発明による使用として考えられるのは、レンズ、マイクロ流体装置のための１つ以上の流路若しくはＭＥＭＳ用キャビティをインプリントするための使用、又は保護若しくは封入すべき構造によるさらなる機能性部材のために構造化するための使用である。保護材料は保護層として、様々な課題を満たすことができる。保護層が光学的に透明であれば、特定の波長領域における電磁線に対する透明性を制限することなく、その下にある部材を電気的及び／又は磁性的に絶縁することが可能になる。これによって特に、保護材料を通じて、２つのオプトエレクトリック部材の間で連通させることが考えられる。デバイスは、本発明によれば周辺と電気的及び／又は磁性的に絶縁可能であり、それにも拘わらず連通可能である。保護材料は特に、電気的に絶縁性である。電気的な絶縁は、誘電体の特性である。特にＳｉＯ₂系材料は、その結合構造と帯状構造に基づき、部材を電気的に絶縁するために特に適している。こうして周囲と電気的に分離される。保護材料は好適には、非常に熱安定性である。とりわけ無機材料、特に酸化セラミックは、融点が非常に高いため、本発明による実施態様によって、ある温度から非常に高温まで安定的な保護カバーが作製できる。さらに、本発明によるインプリント材料は、特に化学的に不活性である。これによって、インプリント材料は酸、塩基、酸化、還元に対して抵抗性となる。これらの化学的な妨害は、部材のさらなる加工、又は後の使用時に現れることがある。

本発明の極めて好ましい、特に独自の実施態様では、インプリント材料を堆積工程によって施与し、表面において相応する配分で残存させ、平坦化工程による、又はインプリント工程により変えることはない。インプリント材料は例えば、吹き付け塗装工程により、非常に僅かな厚さで、保護すべき構造にわたって施与することができる。この特別な実施態様の利点は、インプリント材料がさらに、表面の三次元化を行い、この表面が完全には被覆されないことである。さらなる適用の可能性は、好適には中心にスピン塗装工程により施与されたインプリント材料の配分である。この変法は特に、保護しなければならない構造が平らな構造である場合に適している。本発明によるインプリント材料が、保護すべき構造よりも数倍大きな厚さを有することが望ましい場合、スピン塗装を使用すれば、効果的に堆積させることができる。上記工程段階の後、上記の手法少なくとも１つによって、インプリント材料の不可逆的な硬化が起こる。

第二の本発明による、特に独自の実施態様では、本発明によるインプリント材料を、様々な機能性ユニットのための基礎材料として使用する。ここで本発明によるインプリント材料は、それ自体が出発材料であり、前述の本発明による実施態様のように構造を保護することはなく、構造物質として用いられる。ＭＥＭＳデバイス（英語MEMS devices）、マイクロ流体デバイス（英語：microfluidic devices）、又はフォトニック結晶のインプリントが考えられる。ここで本発明によるインプリント材料を好適には、基材上に施与する。ここでもあらゆる公知の堆積法が、本発明によるインプリント材料を、好適には完全に平坦な基材に塗布するために使用でき、本発明による実施形態には特に、スピン塗装が適している。第一の工程段階において、本発明によるインプリント材料の液だまりを、基材のある箇所、好適には中心に施与する。その後、スピン塗装工程が、本発明によるインプリント材料を、基材の表面全体にわたって均一に配分する。ここで、本発明による実施態様の層厚は、好適には完全に均一である。第二の本発明による工程段階では、本発明によるインプリント材料のインプリントを、インプリントスタンプで行う。ここでインプリントスタンプの構造は、本発明によるインプリント材料にネガとして移される。例えば、マイクロ流体部材を製造するために主に必要となる工程チャンバ、流路、混合チャンバ、一般的なキャビティなどを製造することも考えられる。さらに、ＭＥＭＳ用キャビティ、又はＬＥＤデバイスを製造することも考えられる。この本発明による実施形態によって特に、単独では完全には機能しないデバイスの一部が製造される。一般的には、本発明によるインプリント材料の構造化が開示される。上記工程段階の直後、上記の手法少なくとも１つによって、インプリント材料の不可逆的な硬化が起こる。本発明による実施態様の利点は特に、マイクロ流体デバイスを製造する際に明らかとなる。

マイクロ流体デバイスの特徴は、流路、反応チャンバ、混合チャンバ、ポンプチャンバ、及び／又は分析チャンバである。様々なチャンバが、流路によって相互に結合されている。マイクロ流体デバイスは、流体、ガス、及び／又は液体をマイクロ流体デバイスの箇所から第二の箇所へと輸送し、ここで流体は１つ以上のチャンバを貫流し、このチャンバでは、特に物理的及び／又は化学的な工程が起こる。これらの工程によって流体が変化するか、又は物理的な測定シグナルが生成可能になり、これにより流体についての記述が得られる。通常の化学的な工程は、第一の流体と第二の流体間で、混合チャンバにおける混合工程である。さらなる化学的な工程は特に、第一の流体と第二の流体が反応して、反応チャンバにおいて第三の流体になることである。通常の物理的な工程は、流体を励起して蛍光にするレーザーを、流体にぶつけることである。測定された放射は、相応して検知可能であり、これにより流体について記述することができる。本発明によるマイクロ流体デバイスの使用のうち重要なものの１つが、マクロ分子の配列特定であり、好適にはＤＮＡ断片、特に好適には完全なＤＮＡストランドの配列特定である。この際に、マイクロ流体デバイスにおいて、好適には以下の工程が行われる。配列特定すべきマクロ分子を有する溶液を、マイクロ流体デバイスに投入する。第一の反応チャンバでは、配列特定すべきマクロ分子の一部を、反応チャンバの表面と結合させる。好適には、配列特定すべきマクロ分子をその端部で表面に結合させ、これにより分子による「アーチ型の門」（つまり弓なりに曲がる）が形成される。さらなる工程では、相応する構成要素を有する溶液をマイクロ流体デバイスに導入することによって、このように結合されたマクロ分子を再現する。マクロ分子をうまく再現した後、規定のマーカー分子（その官能基を配列特定すべきマクロ分子に連結させることができる）を交互にマイクロ流体デバイスを貫流させることによって、マクロ分子を連続的に配列特定する。マクロ分子を配列特定すべきマクロ分子に連結させた場合、マイクロ流体デバイスに照射された電磁線と、マーカー分子との相互作用を検知可能な相応するセンサ、好適には光学センサが、連結過程を認識して、デジタルで記憶する。異なるマーカー分子を繰り返し貫流させることにより、マクロ分子全体を本発明により配列特定できる。本発明によるインプリント材料、及びこの材料から生じるインプリント生成物は、このようなマイクロ流体デバイスの製造、構造化、及び効率を、決定的に上昇させる。

第三の、特に独自の実施態様によれば、本発明によるインプリント材料を、単独で既に機能的であり、与えられた課題を満たす光学要素を製造するために使用する。これに該当するのは特に、凸レンズと凹レンズ、回折光学要素（英語：diffractive optical elements, DOE）、例えばフレネルレンズ、回折格子、相格子である。特に有利には、インプリント工程によって製造された光学要素を、機能性ユニット（例えば画像センサ、カメラ、ＣＣＤ検知器、ＬＥＤ、レーザーダイオード、温度センサ）にわたって、配置することができる。本発明により製造された光学要素により得られる光学的効果（すなわち、入射する及び／又は消失する電磁線の強度、相、及び方向の変更）は、活用ユニット（フォトダイオード、画像センサなど）、及び／又は生成ユニット（ＬＥＤ、レーザーダイオードなど）と、直接組み合わせる。

第四の本発明による、特に独自の実施態様によれば、本発明によるインプリント材料を、エッチングマスクとして使用する。ここで、本発明によるインプリント材料は、本発明による第一の工程で、エッチングすべき表面にわたって施与する。その後、本発明による第二の工程において、本発明によるインプリント材料の構造化を、インプリントスタンプによって行う。ここでこの構造化は、使用するエッチング液が達する基材表面の箇所から、本発明によるインプリント材料を完全に除去するように行うことができる。本発明による好ましい種類のエッチングマスク製造は、使用するエッチング液体が到達すべき基材表面の箇所を、なお少なくとも部分的に本発明によるインプリント材料で被覆したままにしておくことである。

第三の方法工程では、本発明によるインプリント材料の硬化を行い、その後に本発明によるインプリント材料のエッチングを行う。ここで本発明によるインプリント材料全体が攻撃されるが、エッチング薬品は本来エッチングすべき基材表面に、相応する正確に構造化された箇所でより迅速に到達する。と言うのも、本発明によるインプリント材料の厚さはこの箇所では比較的、特に何倍も薄いからである。相応する化学薬品で本発明によるインプリント材料をエッチングした後、本来の表面のエッチングを、（通常は第一のエッチング薬品とは異なる）第二のエッチング薬品で行うことができる。エッチングをうまく行った後、本発明によるインプリント材料を、エッチングすべき基材の表面から第一のエッチング薬品で完全に除去する。

極めて特に、とりわけ独自の実施態様において、幾つかの箇所でのみ、電磁線に対して不透明な材料で被覆されたインプリントスタンプが使用できる。このインプリントスタンプを通じて、本発明のインプリント材料を照射すると、電磁線に対して不透明な材料で被覆された箇所は、電磁線をブロックし、その下にある本発明によるインプリント材料が硬化するのを防止する。この特別に作製したインプリントスタンプによって、理想的な場合には、硬化されたインプリント材料を攻撃性化学薬品によりエッチングする必要がなくなる。本発明によるインプリント材料が硬化していない箇所は、より攻撃性の低い化学薬品によって除去できるからである。本発明によるインプリント材料からのエッチングマスクを作製した後に再度、基材の表面を相当する化学薬品でエッチングすることができる。後者の工程段階では、エッチングマスクは相応する化学薬品によって除去される。

第五の、本発明による特に独自の実施形態では、本発明によるインプリント材料を使用して、この材料からインプリントスタンプをインプリント／製造する。本発明によるインプリント材料をベースとするインプリントスタンプは、上記利点を全て有する。

第六の、本発明による特に独自の実施形態では、本発明によるインプリント材料を接触リソグラフィー法によって転写する。ここではまず、本発明によるインプリント材料を採用した場合、本発明によるインプリント材料とインプリントスタンプの間の付着性が、本発明によるインプリント材料をインプリントスタンプに接着させるために充分に高いことを利用する。その一方で、本発明によるインプリント材料と、インプリントすべき基材の表面との付着性は、本発明によるインプリント材料とインプリントスタンプの間の付着性よりも大きいため、本発明によるインプリント材料の片側での転写が考えられる。好適には、インプリント材料の５０％超が転写される。ここで本発明によるインプリント材料における調整可能な付着性は、副成分と、副成分の化学構造、量、化学的及び／又は物理的結合性を正確に選択することによって活用される。

本発明による第七の、特に独自の実施態様では、本発明によるインプリント材料を、貫通接続部を有する保護層として使用する。ここで、本発明によるインプリント材料は、相応する接触部を通じてエッチング工程によって開口させる。この場合、本発明によるインプリント材料は、開口接触導入部を有する誘電層として用いられる。

本発明による第八の、特に独自の実施態様では、転写エッチング工程用マスキングとしての、本発明によるインプリント材料の使用が考えられる。これはまず、インプリント材料を本来の構造化したい基板によって、後に構造化したい基材が有する（べき）形態でインプリントすることと理解される。特に、本発明によるインプリント材料を有するレンズを、ケイ素基材上にインプリントすることが考えられる。化学的、及び／又は物理的なエッチング工程によって、本発明によるインプリント材料は、連続的にエッチングで除去される。本発明によるインプリント材料の層厚は不均一であるため、本発明によるインプリント材料が少ない箇所では、エッチングすべき基材に、エッチング薬品が事前に到達し、かつ／又は物理的なエッチング工程では、事前にスパッタ原子及び／又はスパッタ分子が到達する。こうして幾つかの箇所では、エッチング工程が他の箇所よりも早く始まる。本発明によるインプリント材料のエッチングの等方性では（本発明によるインプリント材料の非晶質特性に基づき、実質的に常に存在する）、本発明によるインプリント材料へとインプリントされた形状を直接、その下にある基材に転写することができることが判明した。インプリント材料とエッチングすべき材料との間でエッチングの種類が異なる場合、インプリント材料における構造は、基材において生成したい構造のものとは異なる。転写エッチング工程は特に、慣用の方法で成形できない材料の構造化に適している。例えば、特に赤外線光学において、ケイ素レンズを製造することは非常に重要である。ケイ素は、赤外線照射の波長領域において、屈折指数が３．５超であり、これに対して石英ガラスの屈折指数は、同じ波長領域で１．４５でしかない。

本発明による実施態様によって製造可能であり、相応して高い屈折指数を有すると考えられるさらなる材料は、ＣａＦ、ＺｎＳ、サファイア、ゲルマニウム、ＢａＦ、ＺｎＳｅである。レンズの解像度は、使用する波長が短ければ短いほど、また使用する開口数が多いほど、良好である。開口数とは、許容角度の正弦と、屈折指数との積である。材料の屈折指数が大きければ大きいほど、一定の許容角度及び一定の波長においてあり得る解像度が大きくなる。従ってケイ素は、赤外線領域にとって、石英ガラスよりもずっと良好に適した材料である。残念ながら、相応する湿式化学法によって簡単に製造することはできないが、単結晶として、又はポリシリコン（つまり多結晶）として使用される。相応してケイ素の構造化が、開示された転写エッチング工程によって容易に行える。転写エッチング工程は本発明によれば、パターン化サファイア基板（ＰＳＳ）、又はナノパターン化サファイア基板（ｎＰＳＳ）を製造するためにも有利に使用できる。これは構造化されたサファイア基板、特に高効率ＬＥＤの製造に使用される、構造化されたサファイア基板である。

本発明のさらなる特徴と実施態様は、請求項、また後続の図面の説明から得られる。

本発明によるインプリント材料（本発明による第一の使用形態）の概略的な横断面図を示す。 本発明によるインプリント材料（本発明による第二の使用形態）の概略的な横断面図を示す。 本発明によるインプリント材料（本発明による第三の使用形態）の概略的な横断面図を示す。 インプリント材料製エッチングマスク（本発明による第四の使用形態）の概略的な横断面図を示す。 インプリントスタンプとしての、本発明によるインプリント材料（本発明による第五の使用形態）の概略的な横断面図を示す。 接触型リソグラフィーにおける、本発明によるインプリント材料（本発明による第六の使用形態）の概略的な横断面図を示す。 位置的に制限され、完全にエッチングされた絶縁層としての、本発明によるインプリント材料（本発明による第七の使用形態）の概略的な横断面図を示す。 転写エッチングマスクとしての、本発明によるインプリント材料（本発明による第八の使用形態）の概略的な横断面図を示す。

図１は、機能性ユニット３を封入及び／又は保護するため、基材１上で、第一のインプリント形状４を成形することによる、本発明によるインプリント材料２の使用を示す。

図２は、第二のインプリント形状４’を成形することによる、基礎材料及び構成材料としての、本発明によるインプリント材料２の第二の使用を示す。

図３は、機能性ユニット３にわたって光学要素６を製造するための、本発明によるインプリント材料２の使用を示す。ここで光学要素６は好適には、機能性要素３にわたって直接、第三のインプリント形状４”を成形することによって、インプリントできる。

図４は、第四のインプリント形状４'''を成形することによって、既に存在する貫通接触部７とともに、エッチングマスクとしての、本発明によるインプリント材料２の第四の使用を示す。貫通接触部７は、エッチング層５の表面５ｏまで達している。

図５は、第五のインプリント形状４^IVを成形することによって、スタンプ８としての、本発明によるインプリント材料２の第五の使用を示す。

図６は、第六のインプリント形状４^Vにおける、スタンプ８’のインプリント構造９上でのスタンプ材料としての、本発明によるインプリント材料２の第六の使用を示す。

図７は、本発明によるインプリント材料２の第七の使用を示す。第一の工程段階（インプリント工程）では、基材１上に施与したインプリント材料２の構造化を、インプリント材料２が、まだ開放されていない接触導入部１１を、導電性接触部１０にわたって有するように行う。接触部１０は例えば、機能性ユニット３と接続している。第二の工程段階（エッチング工程）では、インプリント材料２を、まだ開口していない接触導入部１１が、接触導入部１１’へと完全にエッチングされるまでエッチングする。接触導入部１１’は、接触部１０に達する。図示されていないさらなる加工段階において、その後、インプリント材料２’の被覆は、接触部１０をインプリント材料２’の表面と接続させる伝導性材料によって、又は各接触部への接続を可能にする伝導性材料によって行うことができる。

図８は、転写エッチングマスクとしての、本発明によるインプリント材料２の第八の使用を示す。第一の工程段階では、本発明によるインプリント材料２が構造化される。図８では例示的な構造化を、複数のレンズ６の形で見ることができる。構造化された本発明によるインプリント材料２は本来、エッチングすべき基材１上にある。図示されていないエッチング段階によって、基材１はエッチングされた基材１’になる。本発明によるインプリント材料２の形状は、インプリント材料を完全に犠牲にして、基材１に転写された。ここに示した例では、インプリント材料２と基材１において、エッチングの種類が同じである。エッチングの種類が異なる場合には、転写に際して、レンズ６の具体的な例では、構造の形状が変わる。

１ 基材、 ２、２’ インプリント材料、 ３、３’ 機能性ユニット ４、４’、４”、４'''、４^IV、４^V、４^VI、４^VII インプリント形状、 ５ 層、 ６ 光学素子、 ７ 貫通接続部、 ８、８’ スタンプ、 ９ インプリント構造、 １０ 接触部、 １１、１１’ 接触導入部

Claims (7)

1. インプリントリソグラフィーに使用可能で、硬化可能なインプリント材料であって、
   ・重合可能な主成分少なくとも１種、及び
   ・副成分少なくとも１種
   から構成される混合物から成る、前記インプリント材料。
2. 特に無機の、好適には二酸化ケイ素系の主成分が、以下の材料少なくとも１種：
   ・多面体オリゴマーシルセスキオキサン（ＰＯＳＳ）
   ・ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）
   ・テトラエチルオルトケイ酸塩（ＴＥＯＳ）
   ・ポリ（オルガノ）シロキサン（シリコーン）
   ・ペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）
   から形成されている、請求項１に記載のインプリント材料。
3. 特に有機の副成分が、以下の化合物少なくとも１種：
   ・アクリル
   ・エポキシド
   ・エポキシ樹脂
   ・フェノール
   ・アルカン
   ・アルケン
   ・アルキン
   ・ベンゼン
   から成る、
   請求項１又は２に記載のインプリント材料。
4. 重合されたモノマーの鎖から成る、特に少なくとも２個のモノマー、好適には少なくとも１０個のモノマー、さらに好適には少なくとも１００個のモノマー、さらに好適には少なくとも１０００個のモノマーの鎖長を有する、重合されたモノマーの鎖から成る、請求項１から３までのいずれか１項に記載のインプリント材料。
5. 前記インプリント材料が、インプリント面で親水性のインプリントスタンプに当たる場合には疎水性に、インプリント面で疎水性のインプリントスタンプに当たる場合には、親水性に形成されている、請求項１から４までのいずれか１項に記載のインプリント材料。
6. 前記インプリント材料は、主成分の質量割合が、５０％〜１００％未満、好適には５２％〜９０％、さらに好適には５４％〜８０％、特に好適には５６％〜７０％、とりわけ好適にはちょうど６０％であり、副成分は、１００％から前記主成分の質量割合を引いた割合である、請求項１から５までのいずれか１項に記載のインプリント材料。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載のインプリント材料の使用であって、（４，４’，４”，４'''，４^IV）というインプリント形状を成形するための、前記使用。

Images