JP2003260861A

JP2003260861A - 単一ステップによる多色カラーの印刷方法

Info

Publication number: JP2003260861A
Application number: JP2003014127A
Authority: JP
Inventors: Hans A Biebuyck; ハンス・アンドレ・ビーブイク; Bruno Michel; ブルーノ・ミヒェル
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2003-09-16
Anticipated expiration: 2015-08-04
Also published as: JP3989380B2

Abstract

(57)【要約】【課題】多色カラーを位置合わせの必要性無しに単一の
ステップで印刷する方法を提供すること。【解決手段】弾性スタンプのマイクロコンテナの選択的
充填プロセスを単一のプリント・マスタに適用して印刷
する方法であって、前記スタンプくぼみの対応するもの
に整合する位置に開口部を有するふた層（１０１０）で
被覆された複数の種類のカラーローラ（９４１）を介し
て前記スタンプくぼみを印刷希望のカラーインク（１０
４０）で順次に充填するステップと、外力および前記ス
タンプ層の弾性力の下に、前記スタンプ面を印刷媒体
（９６，１０６０）の表面に表面形状に密接して接触さ
せると同時に前記スタンプくぼみの開口の周りを封止
し、印刷媒体へのカラーインク転写を前記くぼみ開口に
接触した媒体部分に制限するステップと、より成る多色
カラー印刷方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多色カラーを位置合わ
せの必要性無しに単一の印刷ステップで印刷する方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路（ＩＣ）および超小型機械装置
の出現以来、その大量生産のために光リソグラフィが非
常に重要なものになっている。すなわち、その便利さ、
並列操作、解像度によって巨大な市場が作られている。
貯蔵および消費の要求を満たすために必要なかなり小さ
い寸法の装置の製作では、プロセスが回折によって主に
設定された基本限界に着実に近づくと、可視光がますま
す問題になってくる。このような認識がきっかけとなっ
て、ＵＶ、Ｘ線、電子ビーム、走査プローブ（ＳＰ）リ
ソグラフィにおける熱心な研究が始まった。このような
方法は高い解像度をもたらすが、成功度は様々であり、
その経済性はよく見ても依然として不確実なままであ
る。このような不確実さの理由としては、波長依存現象
による制限、電子ビームおよびＳＰリソグラフィの書込
み速度の遅さ、適切なレジストおよびマスクを探す際の
難しさなどがある。

【０００３】現行リソグラフィの別個かつ関連の制限
は、書き込むべき所望のリソグラフィ・パターンによっ
て規定された領域の層を改変または変質するために必要
なプロセスの複雑さであり、現在のリソグラフィは、基
板の他の領域を保護するためにマスクを使用してプラズ
マからあるいは液相または気相からの反応材料のバルク
転写に依存している。

【０００４】リソグラフィに関する代替手法は、A. Kum
arおよびG. M. WhitesidesによるAppl. Phys. Lett. 19
93, 63, 2002-2004に公表されている。マイクロコンタ
クト・スタンプ・リソグラフィと呼ばれるこのプロセス
では、所望のパターンのネガによってマスタのポリ（ジ
メチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）にレプリカを鋳造する
ことにより、スタンプが製作される。リソグラフィに使
用するマイクロコンタクト・スタンプの既知の一例で
は、ＰＤＭＳスタンプがアルカンチオール、ヘキサデカ
ンチオールと結合され、スタンプと金基板との過渡的な
接触により金に転写する。このチオールは、自動非親和
反応で金と共有結合する。すなわち、チオールは、金基
板の濡れ性を改変し、バルク液相の拡散を防止し、その
結果、転写単層を弾性スタンプの隆起領域と基板との接
触領域に制限する。このようなチオールの存在により、
アルカンチオールの単層によって保護されていない金を
選択的に除去するシアン化物／酸素エッチングを使用し
た金の後続リソグラフィ処理が可能になる。このシステ
ムでは金のフィーチャを１ミクロンまで複製することが
可能であるが、その範囲は依然として有用材料の特定の
一部分、すなわち、チオールと金に限定されている。

【０００５】このようなリソグラフィ・プロセスでは、
いずれの場合も環境に対して潜在的に相当な脅威をもた
らすいくつかの薬品を使用する。したがって、ＩＣ工場
内の従業員と周辺に住む住民をこのような薬品に触れる
可能性から十分保護するために相当な努力が払われてい
る。また、ＩＣ製造の廃棄物と残留物を安全に処分する
ために莫大な資源が投じられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、接触
ベースのリソグラフィに有用な反応のタイプ、転写材
料、基板の範囲の制限を回避し、レジストの介在塗布を
行わない基板の直接処理の新戦略を実証することにあ
る。

【０００７】本発明の他の目的は、多色カラーを位置合
わせの必要性無しに単一のステップで印刷する方法を提
供することである。

【０００８】上記のように、リソグラフィ・プロセスは
印刷分野でも使用されている。特に、カラー印刷は、半
導体素子用のリソグラフィで見られるようにいくつかの
単独印刷ステップ中に位置合せに関して同様の問題に直
面することが分かっている。４色カラー印刷では、シア
ン、マジェンタ、黄色、黒の各色が４つの個別の印刷ロ
ーラに塗布され、このローラが４つの単独印刷ステップ
で紙にリソグラフィ・パターンを転写する。４つの印刷
ステップ間の位置合せにより、最大解像度と、特に安く
て低品質の紙上のカラー・イメージの品質が制限され
る。印刷は、安い紙上での不良位置合せ（〜０．１ｍ
ｍ）かつ不良イメージ品質か、または高品質の紙上での
優良位置合せ（〜０．０１ｍｍ）かつ優良イメージ品質
のいずれかで行うことができる。ラスター寸法は、位置
合せに適合してなければならず、したがって、低品質の
紙の場合は＞０．１ｍｍ（＜３００ｄｐｉ）、最高品質
の紙の場合は＞０．０１ｍｍ（＜３０００ｄｐｉ）にな
る。これに対して、写真複製は、ミクロン程度（＜０．
００１ｍｍ）の粒子サイズで行うことができる。したが
って、高品質印刷では、数メートルに渡って１０ミクロ
ンの許容誤差を維持できるような高価な機器を必要とす
る。したがって、特に、複数のカラーを印刷するために
必要な位置合せ手順を促進するために、従来のカラー印
刷手順を改良することが本発明の他の目的であると見な
される。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、弾性ス
タンプのマイクロコンテナの選択的充填プロセスを単一
のプリント・マスタに適用する構想ことにより、請求の
範囲に記載した方法およびスタンプによって達成され
る。ここで使用する基板という用語は、リソグラフィ・
プロセスによって変質または変形すべき材料の層の同義
語として使用する。反応という用語は、化学反応、エッ
チングまたは溶解反応、ならびに拡散などの物理プロセ
スによる改変などを含むものとする。変形可能または弾
性層は、１０^４、より好ましくは、０．２５＊１０^６〜
５＊１０^６ダイン／ｃｍ^２という範囲のヤング係数を有
する層として定義されることが好ましい。この特性を有
する適当な材料としては、ポリ（ブチルジエン）、ポリ
（ジメチルシロキサン）、ポリ（アクリルアミド）、ポ
リ（ブチルスチレン）、およびそのコポリマーまたはブ
ロックポリマーなどが考えられる。２つの表面同士の共
形接触は、両方の面のでこぼこに対処するものである。
スタンプは、弾性層に加え、サポート構造または剛性材
料の層あるいはその両方を含むことができる。本発明に
よるスタンプは、基本的に平らな形に制限されるもので
はない。これは、ローラまたは半球など、その他の形状
を取ることもできる。本発明によるプロセスは、エッチ
ングなどの化学反応またはドーパントの拡散のいずれか
によって基板材料を変形させる。したがって、改変すべ
き基板または層は、大気、プラズマにさらされないか、
または反応基板またはドーパントを含むバルク溶液に浸
漬されない。本発明は、浸漬または湿潤したスタンプに
よる接触印刷によって、反応基板またはドーパントが基
板の表面に転写されることを特徴とする。この反応
は、いくつかの方法により所望のリソグラフィ・パター
ンに制限することができる。

【００１０】本発明の第１の変形態様では、スタンプ
は、所望の精度範囲内で平らな表面を有し、その結果、
そのサポート表面全体に沿って基板と接触する。このス
タンプは、反応物をスタンプと基板との境界面に厳密に
制限する。反応物は周囲には一切放出されない。パター
ン規模の反応は、パターン領域だけが後で塗布される反
応物の影響を受けるように前のリソグラフィ・ステップ
で基板をパターン化するか、またはスタンプから基板の
一部を覆うマスクを使用し、残りの未保護部分だけを反
応物にさらすことにより、達成される。

【００１１】境界面層自体の内部では、前のリソグラフ
ィ・ステップまたはマスクによって反応物から保護され
ていない基板領域で反応が始まる。基板の他の領域は不
活性であるかまたは保護されているが、このような領域
では、非常に短い期間後にスタンプから基板への反応物
の転写が停止する。反応によってマスクがエッチングで
除去される場合、反応物が露出時間内に保護領域で基板
と接触しないようにその厚さを選ぶように注意する必要
がある。基板の未保護領域は、ただちにマスク内の穴か
ら反応物にさらされる。

【００１２】この新しい反応プロセスは、スタンプ材
料、スタンプに塗布するために反応に関与するもの、レ
ジスト材またはマスクを適切に選択することによって制
御される。このプロセスは、スタンプによって反応ゾー
ンに供給される反応物の量、スタンプに加えられる圧
力、接触時間、スタンプと基板との境界面での温度によ
ってさらに制御される。このようなパラメータを調節す
ることにより、たとえば、エッチング反応の浸透深さを
エッチングすべき層の厚さに適合させることが可能にな
る。特に、基板の第１の分子層がスタンプによって供給
された反応物と反応するときに発生するセルフパッシベ
ーションを利用し、その下の基板材料用の保護層を形成
することができる。このパッシベーション層の厚さが拡
散によって左右されるので、非常に便利なことに反応プ
ロセスを温度によって制御することができる。また、反
応ゾーンを制限するために自動非親和反応を使用するこ
ともできる。改変すべき層が薄い場合、たとえば、１０
０ｎｍ未満の場合にこの新しいプロセスを適用できるこ
とは好ましいことである。

【００１３】本発明の他の好ましい実施例では、基板の
表面上に所望のパターンを複製するようにスタンプの表
面をパターン化することにより、反応がリソグラフィ・
パターンに制限される。スタンプ上のパターンのフィー
チャは、突出部として形成され、反応物で浸漬または湿
潤される。本発明のこの実施例の利点の１つは、基板上
に所望のパターンを形成するためにマスクまたは保護コ
ーティングが一切不要であることである。反応物は、改
変すべき基板領域に制限されるので、反応剤の塗布量が
削減される。パターンは、電子ビーム・リソグラフィ、
ＵＶ−ＶＩＳリソグラフィ、走査プローブ顕微鏡を使用
したリソグラフィ（ＳＰＭリソグラフィ）を含む既知の
リソグラフィ・プロセス、Kumar他に記載された方法、
または本明細書に記載するスタンプ・リソグラフィ・プ
ロセスを使用することによって、スタンプに書き込むこ
とができる。本発明のこの実施例のもう１つの利点は、
フォトレジスト・コーティングを塗布する必要なしに、
材料、特に薄膜ディスプレイに使用されているような有
機材料を直接改変できることである。反応剤は、基板
に所望のフィーチャをエッチングするために使用するエ
ッチング液であることが好ましい。さらに別の好ましい
実施例では、スタンプのパターン化表面が触媒を帯びて
おり、その結果、触媒が存在する近接領域に反応ゾーン
を制限する。

【００１４】本発明のさらに別の実施例では、表面同士
の共形接触を使用してパターン転写するための新しい手
法を使用する。これまでの実施例では、スタンプの表面
が反応物を帯びていたが、本発明のこの実施例では、理
想的なことに、表面には反応物質がなく、むしろ、ウェ
ル、トレンチ、くぼみ、またはへこみなどのマイクロコ
ンテナに反応物が満たされている。このようなマイクロ
コンテナは、所望のマイクロコンテナのネガを含むリソ
グラフィで形成されたマスタのレプリカとして、任意の
複雑さのパターンでしかもマスタの突出部のサイズによ
って設定された個々の容積で、形成することができる。
このようなマイクロコンテナは、エラストマから優先的
に形成されるが、エッチング液、反応物、または後続の
並列科学処理のための材料を保持する。このような容器
内の物質は、容器内外の差別的湿潤を使用して所定の位
置に保持されることが好ましい。たとえば、その内部を
親水性にし、周囲の表面領域を疎水性にすることによっ
て、容器の内部に物質を制限する。

【００１５】弾性マイクロコンテナのアレイが表面に接
触すると、ChaudhuryおよびWhitesides（Science 1992,
Vol. 255, 1230-1232）が記載するように、マイクロコ
ンテナを形成する起伏間のエラストマ領域が基板と分子
接触する。この分子接触または共形接触により、マイク
ロコンテナと基板との間がしっかり封止され、マイクロ
コンテナの中身はマイクロコンテナの開口部のみを通っ
て基板を侵食することになる。処理ステップの制限は、
Kumar他に記載された自動非親和反応によるのではな
く、エラストマと基板との分子シールの結果発生するの
で、金、アルミニウム、シリコン、チタン酸ストロンチ
ウム、プラスチック、ガラスを含みかつこれらに限定さ
れない広範囲の反応物と処理戦略が様々な基板上で可能
である。マイクロコンテナを使用する直接処理ではレジ
スト層を必要としないので、この形式のリソグラフィ
は、既知のスタンピングに基づく接触リソグラフィや、
光または電子ビームに基づく他の従来のリソグラフィよ
り単純なものになる。マイクロコンテナは接触に依存す
るので、光の波長は、この技法により最終的な解決を達
成する際の制限にはならない。

【００１６】アレイ内の各マイクロコンテナの容積は互
いに無関係なので、基板に対して局部的に転写される材
料の量はマイクロコンテナのサイズに抑えられ、隣接領
域で様々な程度まで処理を行うことができる。したがっ
て、マイクロコンテナによって、不均一トポロジが必要
な応用分野で基板に対して従来の３次元処理を行うこと
ができる。マイクロコンテナの中身は互いに無関係なの
で、アレイ内の１つのサブセットのマイクロコンテナは
１つのタイプの薬品を保持することができ、他のサブセ
ットの容器は他の薬品を保持する。このタイプのマイク
ロコンテナの差別的充填は、基礎をなすマイクロコンテ
ナに応じて調節した開口部を備えたパターン化した弾性
のふたを使用して、容易に達成される。このようなふた
のパターンにより、マイクロコンテナに選択的にアクセ
スすることができ、その結果、一連のパターン化したふ
たを使用して差別的に容器が充填される。したがって、
様々な薬品または薬品の組合せを伴うマイクロコンテナ
の中身は単一処理ステップで同時に基板に転写される。

【００１７】このため、本発明のこの実施例では、スタ
ンプの表面のへこみまたはくぼみを反応に関与するもの
を貯蔵するためのマイクロコンテナとして使用するが、
この表面はいかなる薬品も帯びていない。スタンプが基
板の表面に押し付けられたときに反応ゾーンがスタンプ
の表面の突出部によって本質的に封止されることは、本
発明のこの実施例の主な利点と見なされる。この方法に
は、既知の方法および上記の実施例に比べ、改善された
解像度を引き渡すという潜在能力がある。本発明のこの
実施例の使用は、表面の改変に限定されないが、基板に
材料を付着させるために十分応用することができる。形
状の調節などの選択的充填手順の使用によるかまたはマ
イクロコンテナの各面の特性を改変するか、あるいは上
記のように選択した容器を覆うためにマスクまたはふた
を使用することにより、様々な材料を基板に同時に接触
させることができる。リソグラフィ・プロセスの加速に
加え、この実施例は、超伝導素子用の新しい化合物また
は薬品などの多数のサンプルの同時調製、スクリーニン
グ、またはテストにも応用することができる。さらに、
弾性スタンプのマイクロコンテナの選択的充填は、従来
のカラー印刷にも有利に使用できることが分かってい
る。

【００１８】さらに、本明細書に記載した方法を基板の
表面にドーパントを転写するために使用することが企図
されている。スタンプと基板との境界面を加熱すること
により、ドーパントは基板のバルク材料内に拡散する。
この方法は耐熱マトリックスまたはスタンプ材料を必要
とする。しかし、スタンプの加熱は、低温で基板材料内
に拡散する非常に高濃度のドーピング剤を転写すること
によって、回避することができる。その後、スタンプは
除去され、ドーパントがより深く基板のバルク材料内に
拡散するように基板が加熱される。

【００１９】本発明に特有と思われる上記およびその他
の新規の特徴は、請求の範囲に記載する。しかし、本発
明自体ならびに好ましい使用態様と、その他の目的およ
び利点については、以下に示す実施例の詳細な説明を添
付図面に関連して読むと最もよく理解できるだろう。

【００２０】

【実施例】第１Ａ図および第１Ｂ図を参照すると、同図
には本発明による第１の例が示されており、この例で
は、エタノール中のヘキサデカンチオール溶液でインク
を付けたパターン化スタンプを使用して、ヘキサデカン
チオールの保護層１１０が金の基本層１０１に転写され
ている。この手順の詳細については、上記の先行技術に
記載されている。その後、ほぼ平らな接触域を備えた別
のスタンプ１５をシアン化物（ＣＮ）と水酸化カリウム
（ＫＯＨ）の混合物１４で湿潤する。スタンプ１５を基
板１０上まで下げることにより、この薬品が保護コーテ
ィング１１０と接触する。スタンプは、固体ベース・プ
レート１５１と、弾性ポリマーであるポリジメチルシロ
キサン（ＰＤＭＳ）の層１５２とを含み、この層が基板
のでこぼこを吸収する。ＰＤＭＳ層１５２は、それが酸
または反応プラズマと短時間接触することによって親水
性にした後で、エッチング液１４で湿潤する。コーティ
ング１１０と接触した状態で、エッチング・プロセスは
未保護領域１１１から始まり、残りのコーティングは少
なくとも大部分はエッチング液１４に対して不活性のま
まになる。エッチング・プロセスが終了すると、スタン
プ１５は持ち上げられ、残骸を除去するために基板は水
ですすがれる。すすぎ後の基板は第１Ｂ図に示す。未保
護領域では、金の層１０１が約１０ｎｍ／分の速度で除
去される。既知のどのエッチング・プロセスよりも、こ
のプロセスの方が環境に放出するエッチング液の量がか
なり少なくなっている。

【００２１】本発明によるエッチング・プロセスの別の
例を第２Ａ図に示す。この例では、パターンはパターン
化表面層２５２を備えたスタンプ２５によってエッチン
グ液２４とともに基板２０に転写されるので、パターン
化コーティングまたはマスクが一切不要である。パター
ン化層２５２は、パターン化フォトレジスト層のレプリ
カとして製作される。ＰＤＭＳエラストマは、このフォ
トレジスト層の上で硬化し、次に適当な基板２５１に固
着し、フォトレジストを剥離する。この方法を使用する
と、ミクロン未満のリソグラフィ・パターンを複製する
ことができる。スタンプ３５のパターンは、硝酸（ＨＮ
Ｏ_３）と塩酸（ＨＣｌ）との混合物２４で慎重に湿潤す
る。突出パターン・フィーチャを湿潤または浸漬するた
めに必要なエッチング液の量は、前の例より少なくな
る。エッチングのため、スタンプは金で覆ったシリコン
基板３０としっかり接触させる。エッチング後、第２Ｂ
図に示すように、金のパターン２１０がシリコン２０１
の表面上に残される。

【００２２】第３Ａ図および第３Ｂ図が示す例でもパタ
ーン化スタンプを使用する。本発明のこの例では、白金
の層３４によってパターンが覆われている。シリコン基
板３０１は、アジ化物を末端基とする単層（１６−アジ
ドヘキサデカンチオール，ＨＳ−（ＣＨ_２）_１６−
Ｎ_３）３１０によって覆われている。白金被覆スタンプ
３５は、水素で飽和したイソプロパノールの溶液中でシ
リコン基板３０と接触する。白金が表面３１１に直接接
触する場合のみ、白金触媒３４によって覆われた突出部
と基板との過渡的な接触により、アジ化物の官能基がア
ミンに転換される。この触媒反応はパターン化表面のす
べての部分で同時に起こるので、任意の大きさの領域３
１１上で有効な転換を確実に行うためには、１秒で十分
である。比較のため、アミノを末端基とするチオールか
らなるリソグラフィ・パターンを生成するための方法で
あって、Science 268 (1995), 272-273に公表されたMul
ler他の方法は、本質的に逐次であり、金属触媒を位置
決めするためにＳＴＭ制御に依存するが、１００ｍｍ^２
の領域を転換するのに１２６分を必要とする。

【００２３】直接化学反応の応用を制御するための代替
方法は、第４Ａ図および第４Ｂ図に示すようにマイクロ
コンテナ４５３に反応物４４を充填する方法である。こ
のようなマイクロコンテナは、スタンプ４５の表面４５
２のウェル、トレンチ、へこみまたはくぼみである。反
応物溶液はスタンプの表面を汚染しないが、スタンプの
表面にパターン化したウェルまたはトレンチ内に付着す
る。マイクロコンテナ４５３は、ミクロン未満の範囲で
少なくとも１つの寸法、すなわち、長さ、幅、または深
さを備えていることが好ましい。スタンプの弾性マトリ
ックス４５２に組み込まれているため、すべてのマイク
ロコンテナを同時に基板の表面と接触させることが可能
である。このようなマイクロコンテナを充填するための
特に便利な方法は、表面の濡れ性の差に基づいてこのよ
うな容器に液体を自動集成する方法である。たとえば、
マイクロコンテナが親水性のベースまたは側壁を含み、
スタンプの周囲の表面を疎水性にすることができる。し
たがって、液体は、親水性領域の毛管力によって保持さ
れ、せん断力などによって疎水性領域から容易に除去さ
れる。

【００２４】このような容器は、第５Ａ図に示すような
複合スタンプ構造を使用して、優先的に実現することが
できる。この複合スタンプは２層の材料を含み、マイク
ロコンテナ５５３のベースを形成する第１の層５５１は
親水性であり、マイクロコンテナ５５４の側壁とスタン
プの表面を形成する第２の層５５２は疎水性である。こ
の表面は、第５Ａ図に示すように水溶液５４によって湿
潤される。

【００２５】本発明のこの変形態様のさらに他の実施例
では、予備成形されたマイクロコンテナの濡れ性は、マ
スク５１を介し、露出領域の化学的特性を変化させるよ
うな反応種の蒸気またはプラズマ５４１に容器をさらす
ことによって、直接制御される（第５Ｂ図）。マスク
は、この蒸気またはプラズマの直接通過のための開口部
５１１をもたらすか、あるいは表面または反応ガスを活
性化するような光の選択的通過を可能にし、このガスは
表面を改変するために使用する。マスク５１は、基礎を
なすスタンプと共形接触し、その結果、漏れ止めシール
を確立するような、適切な開口部を備えたエラストマか
ら優先的に作られる。

【００２６】別の表面に押し付けられたときに漏れ止め
シールを形成するための弾性層の特性は、マイクロコン
テナを備えたスタンプ５５が基板５０と接触するときに
も利用される。スタンプの表面は、マスクとして機能
し、共形接触が行われている表面を保護し、それをマイ
クロコンテナの中身５４から封止する。スタンプ上の適
度な鉛直力により、液体フィルムの表面が基板とパター
ン接触し、プロセスが開始される（第５Ｃ図）。マイク
ロコンテナの充填物が、たとえば、エッチング剤からな
る場合、基板の露出領域にはくぼみが残される（第５Ｄ
図）。

【００２７】同様に、層５５１がイオンまたは金属導体
である場合、電気化学プロセスを実行できるはずであ
る。パターン化電極を調製する便利な方法は、金属、導
電性ポリマー、またはイオン・ゲルの上にエラストマの
薄いパターン化層を形成する方法である。このエラスト
マの薄い層は、この場合も最下部の電極と基板との間に
共形接触をもたらし、その結果、漏れ止めシールをもた
らし、これらの領域を同時に電気的に絶縁する。

【００２８】エッチング液の浸透深さ、または一般にこ
の方法によって誘発される表面反応の影響は、マイクロ
コンテナの充填容積によってさらに制御することができ
る。このタイプの制御の結果、第６Ａ図に示すように、
充填レベルが変化するかまたは深さが変化するトレンチ
６５２が形成されたスタンプ設計が得られる。この新し
いプロセスは、単一リソグラフィ処理ステップを使用し
て基板６０に完全に３次元のトポロジまたはプロファイ
ルを形成するための方法を提供する（第６Ｂ図）。

【００２９】このような３Ｄ構造形成の別の例として
は、基板の上に固体材料を付着させる化学反応または電
気化学反応がある。マイクロコンテナ内の反応物の容積
とマイクロコンテナの形状の両方を使用すると、その結
果得られるフィーチャの形を決定することができる。

【００３０】新しい接触プロセスを使用すると、基板上
の構造の構築または除去に加え、基板の露出領域におけ
る濡れ性あるいはドーパント濃度または化学的同一性の
ような材料特性を改変することができる。というのは、
反応のタイプは、反応に関与するもの、すなわち、所与
の基板ではへこみまたはマイクロコンテナの充填物にの
み依存するからである。化学反応用の上記の新規容器
は、液体を必要とするプロセスに加え、広範囲の基板タ
イプ上でガス、ゲル、固体を必要とするプロセスにも適
用可能である。容器の容積は、反応の程度とタイプを厳
密かつ柔軟に制御する。また、容器の形状はパターン化
転写を制御する。

【００３１】さらに、第７Ａ図ないし第７Ｄ図に概略を
示すように、後で基板７０に転写するために予備成形し
た固体部分７４の明確な自動集成にマイクロコンテナを
使用することが企図されている。このような固体の形状
認識は、マイクロコンテナの壁面７５２および底面７５
３の選択的改変によってさらに洗練できるはずである。
たとえば、固体上の親水性／疎水性の面７４１により、
マイクロコンテナの同様の親水性／疎水性の整合面７５
３とともに、この固体の事前配向が強化されるはずであ
る。特定の配位子／受容体複合体の使用により、さらに
洗練されるはずである。ＤＮＡの相補鎖は、マイクロコ
ンテナ内に配向されたように予備成形固体を取り付ける
ための「接着剤」として使用する、このタイプの配位子
／受容体間の相互作用の特に確固たる例を示す。固体７
４自体は、基板７０に転写する前に付着または反応プロ
セスによってマイクロコンテナ内で成形できるはずであ
る（第７Ｃ図、第７Ｄ図）。

【００３２】これまでの説明では、固有のマイクロコン
テナの容積内で実行される不均一反応を中心にしてき
た。しかし、このようなマイクロコンテナの選択的充填
により、様々な反応を同時に実行することもさらに可能
である。この選択的充填は、第８Ａ図ないし第８Ｃ図に
示すように、マイクロコンテナのアレイの上にパターン
化した「ふた」８１を配置することにより、達成するこ
とができる。このようなパターン化したふたの開口部８
１１により、マイクロコンテナのサブセットへガス、液
体、または固体を選択的に通過させることができる。開
口部のサイズを制御することにより、様々なマイクロコ
ンテナ内への材料の流れが単一処理ステップで制御され
る。パターン化したふた８１を変更すると、マイクロコ
ンテナの代替サブセットへのアクセスが可能になり（第
８Ｂ図、第８Ｃ図）、その結果、アレイ全体が差別的に
充填される。

【００３３】第８図の例では、アレイの３つの隣接する
マイクロコンテナのそれぞれが異なる物質で充填されて
いる。これらの物質は、たとえば、光の放射が異なる蛍
光体にすることができる。容器の中身は、さらに処理す
るか、または基板に直接転写することができる。追加の
マスキング・ステップにより、メッキ溶液の移転または
噴出源からの蒸発による差別的な１組の電気接点が得ら
れるはずである。ふたとパターンは１ミクロン未満の解
像度で生成できるので、この方法は、高密度のフラット
・パネルの製造などに使用することができる。

【００３４】弾性スタンプのマイクロコンテナの選択的
充填は、従来のカラー印刷にも適用することができる。
上記の選択的充填プロセスを使用する場合は、黒ととも
に、シアン、マジェンタ、黄色の各色を帯びた４通りの
プリント・マスタの代わりに、マイクロコンテナを備え
たプリント・マスタが１つだけ必要になる。印刷プロセ
スのセットアップの概略については、第９図および第１
０図に示す。印刷マスタ・ローラ９５は、マイクロコン
テナを含む弾性層９５１を備えているが、マスタ・ロー
ラの直径の半分を有する４つのカラー・ローラ９４１〜
９４４と、４つのクリーニング・ローラ９４５とに囲ま
れている。各カラー・ローラは、ふた層９１を介してシ
アン、マジェンタ、黄色、黒の各色を印刷ローラ９５に
移転する。ふた層には、印刷ローラのマイクロコンテナ
のみに通じる開口部があり、それぞれのカラーで充填さ
れている。クリーニング・ローラ９４５は印刷ローラの
表面をふき取る。マイクロコンテナの装填後、それぞれ
の中身が用紙９６に転写される。

【００３５】したがって、カラー印刷は１つのステップ
で行われるので、マスタと４つのふたローラとの間を除
き、位置合せの必要性はほとんど除去される。この位置
合せについては、両方のタイプのローラ上の互いに対応
する突出部とへこみなど、自動または固有位置合せ手段
の使用が可能である。

【００３６】充填および印刷手順については、第１０Ａ
図ないし第１０Ｆ図にさらに示す。これらの図は、印刷
ローラ９５の中心軸と４つのカラー・ローラ９４１〜９
４４のそれぞれの中心軸とを含む平面を、両方のローラ
間のそれぞれの接触線に沿って示している。各カラー
（黒を含む）１０４０ごとに、カラー・ローラのふた層
１０１０が印刷マスタ・ローラ１０５０内のそれぞれの
マイクロコンテナ１０５１への通路を開く。第１０図の
マイクロコンテナは、各種のカラーを区別するために異
なる形状になっている。第１０Ｅ図および第１０Ｆ図
は、用紙バンド１０６０へのカラー転写を示している。

【００３７】この実施例の変形態様では、それぞれの中
身が用紙に転写される前にそれぞれの容器内でカラー混
合が行われるように、同一組のマイクロコンテナへのア
クセスを可能にする様々なカラー・ドラム上のふたによ
ってカラー混合が行われる。

【００３８】転写したカラーの量はマイクロコンテナの
直径だけでなくその深さによって決定することもできる
ので、印刷イメージの最大コントラストを強化すること
ができる。マイクロコンテナの直径比が１：８の場合の
典型的なコントラストは、６４ではなく、５１２であ
る。マイクロコンテナのサイズは、自動位置合せによる
０．３ミクロンから３ミクロンの範囲で変化することが
できる。この結果、十分カラー写真の範囲内である８５
００ｄｐｉの解像度と１：１０００のコントラストが得
られる。このような機器の許容誤差と精度に関する要件
は、従来の計器より厳しいものであるが、４つのインク
・ローラを備えた１組の印刷ローラに限定される。

【００３９】本発明の主な関心事である接触リソグラフ
ィにより、半導体製作のプロセスの大部分を印刷状のス
テップに削減することができるので、スタンプは、輸送
媒体に取り付けられたウェハに接触する印刷ローラの形
状を取ることができる。特に、フラット・パネルのポリ
マーＬＥＤディスプレイの印刷など、自動位置合せ前の
粗位置合せ精度が１０ミクロンを上回る必要がない応用
分野は、上記の用紙の印刷と同様にこのプロセスで処理
できるはずである。

【００４０】本明細書に記載するマイクロコンテナの概
念の有用性を実証するもう１つの例は、治療薬など、液
体および固体材料の調製およびスクリーニングの分野に
見られる。効力が分かっている単一薬品は、同様のクラ
スまたは異なるクラスの化合物からなる他の薬品ととも
に使用すると、さらに有効性が増す（毒性が低下する）
場合が多い。選択的または差別的な充填により、このよ
うな広範囲の組合せを調製することができ、最適混合物
を求めて効果的な探索が可能になる。この探索は、目標
の溶液をすべてのマイクロコンテナに均一に加え、検定
を行うことにより、マイクロコンテナの容積内で直接行
われる。組合せアレイの調製またはスクリーニングのた
めには、スタンプ表面の各種領域を覆う一連のふたが必
要になる。このような１組のふたは、マイクロコンテナ
の半分、４分の１、８分の１などを覆うことができる。

【００４１】たとえば、前記一連のふたを使用して、各
マイクロコンテナ内の超伝導化合物用の先駆物質の量と
組成を変化させることにより、結果的に得られる固体
（焼結または別の反応による）は、先駆物質の元の開始
濃度を反映した化学量を備えているはずである。このよ
うなバルク固体の重要な材料特性（超伝導性、弾性率、
反射能、結晶度など）は組成によって著しく影響を受け
ることが分かっているので、この方法は、単一パラメー
タの系統的変化を含む化合物の「ライブラリ」を合成す
るための実用的な方法をもたらすものである。その後の
プロセス・ステップでは、これらのサンプルは、それぞ
れが１つのマイクロコンテナの中身であり、この基板を
マイクロコンテナのスタンプの表面に押し付けることに
より、パターンとして基板に転写することができる。各
化合物を金属接点と接触させることにより、超伝導体の
臨界温度およびその他のパラメータのバッチ測定を行う
ことができる。

【００４２】各種の反応を順番に行わなければならない
既知のプロセスと比較すると、いくつかの反応を同時に
実行する可能性により、同時プロセスの固有の位置合せ
が行われ、必要な機器が削減される。また、マイクロコ
ンテナの存在により、隣接するマイクロコンテナとの十
分な間隔を備えた組合せ合成も可能になる。最終表面上
で行われるプロセスの数が削減されるので、処理時間量
と汚染に対する感受性が低減される。

【００４３】本発明の上記の実施例と代替実施例のいく
つかを組み合わせた例を以下に示す。このようなフィー
チャのネガを使ってシリコン・マスタ上にポリジメチル
シロキサン（ＰＤＭＳ）のプレポリマーを注ぎ、そのポ
リマーを硬化することにより、深さが３００ｎｍで直径
が１０マイクロメートルの規則的な円形くぼみのアレイ
を備えたマイクロコンテナ・プレートが形成される。同
時に、円形くぼみのアレイに合わせた１組のパターン化
開口部を有する第２のシリコン基板が調製される。これ
らの開口部は、１０マイクロメートルであるこのシリコ
ン・ウェハの厚さ全体を横切り、穴あきシリコンふたを
形成する。このシリコンふたは、２ナノメートルの厚さ
の熱酸化物によって保護された単結晶であるが、これは
酸すすぎによって親水性表面として維持される。

【００４４】ガラス基板上にサポートされたＰＤＭＳマ
イクロコンテナ・プレートは、３軸機械アライナを使用
して前述のシリコンふたの開口部に位置合せされる。位
置合せすると、サポートされているＰＤＭＳマイクロコ
ンテナ・プレートは、それ自体の重みによってシリコン
ふたと接触できるようになり、弾性プレートとふたとの
間に剥離可能な接着相互作用が発生する。このアセンブ
リは、裏返しにされ、ｒｆウォータ・プラズマ（１０−
２ミリバールＨ_２Ｏ／Ａｒ）に１５分間さらすためにチ
ャンバ内に置かれ、その結果、マイクロコンテナの内部
は親水性になるが、シリコンふたによってマスクされた
容器間の領域は親水性にならない。

【００４５】アセンブリはチャンバから取り出され、１
０％緩衝ＨＦの滴がシリコンふたの開口部の上に直接置
かれる。容器は毛管作用によって充填され、超音波によ
る短時間（１０秒）の処理（超音波処理）によって一貫
した充填が確実に行われる。アライナ内にマイクロコン
テナ・プレートを保持するガラス・サポートを固定し、
シリコン・ウェハを静かに持ち上げることにより、ふた
が取り外される。厚さ２０ｎｍの化学酸化物を含むシリ
コン・ウェハは、十分な力（約０．００５Ｎ／ｃｍ^２）
によってマイクロコンテナプレートと接触し、ＰＤＭＳ
マイクロコンテナの厚さが１％変形することにより、マ
イクロコンテナ内の液体がシリコン基板に接触する。こ
の反応は３０秒間続行することができ、シリコン・ウェ
ハから圧力が解放され、ウェハが取り出され、水ですす
がれる。

【００４６】エッチングした酸化物層により、第１図に
関連して説明したベースにさらした後で基礎をなすシリ
コンの差別的なエッチングを可能にするのに適したパタ
ーン化マスクが得られる。ＳｉＯ_２保護層を開くために
使用するＨＦの容積は、１つの穴につき約１００フェム
トリットルまたは１００万個の穴につき０．１マイクロ
リットルである。基板のパターン化酸化物層は、１：１
のイソプロパノール／（３０％ＫＯＨ水）に浸漬され、
弾性率が１０^５ダイン／ｃｍ^２のＰＤＭＳから作ったパ
ターンなし親水性スタンプに３０分間さらされる。この
反応は、酸化物層の開口部のパターンと一致するパター
ン状に深さ２００ｎｍの１組の穴をシリコンにエッチン
グするために、７０℃で１分間続行することができる。
この「バルク」処理ステップで必要になるのは、わずか
数百マイクロリットルである。

【００４７】上記の方法の延長として、高さが変化する
シリコン突出部を含むウェハの上で弾性率が５＊１０^６
ダイン／ｃｍ^２のＰＤＭＳを硬化することにより、マイ
クロコンテナスタンプが形成される。したがって、スタ
ンプ内のマイクロコンテナは、第６図に示すマスタの突
出部の高さを反映した様々な容積を備えている。上記の
ように、パターン化した穴あきふたが形成され、マイク
ロコンテナプレートに接触し、親水性になる。マイクロ
コンテナには、１０％ＫＯＨの水溶液が充填される。緩
衝ＨＦに１分間さらすことによってその熱酸化物が除去
されたパターンなしシリコン・ウェハは、マイクロコン
テナプレートに接触し、０．００５Ｎ／ｃｍ^２の力で保
持される。基礎をなすシリコンの溶解は、最も深い容器
内のＫＯＨの容積を使い果たすまで続行することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるエッチング・プロ
セスの概略を示す図である。

【図２】本発明の第２の実施例によるエッチング・プロ
セスの概略を示す図である。

【図３】本発明の第３の実施例による触媒反応の概略を
示す図である。

【図４】マイクロコンテナを使用する、本発明の第４の
実施例によるエッチング・プロセスの概略を示す図であ
る。

【図５】本発明の第４の実施例の変形態様によるエッチ
ング・プロセスの概略を示す図である。

【図６】様々な深さのマイクロコンテナを使用する、本
発明の第４の実施例の変形態様によるエッチング・プロ
セスの概略を示す図である。

【図７】基板上の選択的付着のためにマイクロコンテナ
を使用する、第４の実施例の変形態様によるプロセスの
概略を示す図である。

【図８】基板上の選択的付着のためにマイクロコンテナ
を使用する、第４の実施例の変形態様による別のプロセ
スの概略を示す図である。

【図９】カラー印刷用の用紙上の選択的付着のためにマ
イクロコンテナを使用する、第４の実施例の変形態様に
よるプロセスの使い方の概略を示す図である。

【図１０】カラー印刷用の用紙上の選択的付着のために
マイクロコンテナを使用する、第４の実施例の変形態様
によるプロセスの使い方の概略を示す図である。

【符号の説明】

９１ふた層９５印刷マスタ・ローラ９６印刷媒体９４４−９４４カラー・ローラ９４５クリーニング・ラー９５１変形可能な層１０１０ふた層１０４０カラー１０５０印刷マスタ・ローラー１０５１マイクロコンテナ１０６０用紙

フロントページの続き (72)発明者ハンス・アンドレ・ビーブイクスイスシーエイチ8800 タールヴィルミテンシュトラーセ８ (72)発明者ブルーノ・ミヒェルスイスシーエイチ8136 ガッティコンオープストガルテンヴェーク 13 Ｆターム(参考） 2H113 AA01 AA04 BA03 BA31 BB02 DA54 EA23 FA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性樹脂材料のスタンプ層（９５１）の表
面に任意の被印刷パターンを表わす複数のスタンプくぼ
み（１０５１）を有する印刷ローラ（９５）を準備する
ステップと、前記複数のスタンプくぼみの対応するものに整合する位
置に開口部を有するふた層（１０１０）で被覆されたカ
ラーインクを含有する複数のカラーローラ（９４１）を
用いて前記複数のスタンプくぼみをそれぞれ対応する前
記カラーインク（１０４０）で順次に充填するステップ
と、外力および前記スタンプ層の弾性力の下に、前記スタン
プ面を印刷媒体（９６，１０６０）の表面に表面形状に
密接して接触させると同時に前記スタンプくぼみの開口
の周りを封止し、印刷媒体へのカラーインク転写を前記
くぼみ開口に接触した媒体部分に制限するステップと、を含む単一ステップによる多色カラーの印刷方法。
【請求項２】前記スタンプ層が１０^４、好ましくは０．
２５Ｘ１０^６ないし５Ｘ１０^６ダイン／ｃｍ^２のヤン
グ係数を有する樹脂材料から成る請求項１に記載の方
法。
【請求項３】前記樹脂材料がポリブチルジエン、ポリジ
メチルシロキサン、ポリアクリルアミド、ポリブチルス
チレンおよびそのコポリマーまたはブロックポリマーか
ら成る群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項４】前記カラーインク充填ステップが個別の前
記スタンプくぼみを前記複数種類の個別のカラーインク
で充填するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】前記スタンプ面を表面形状に密接して接触
するのに先立って少なくとも２種類のカラーインクを１
つの前記スタンプくぼみ内で混合するステップを含む請
求項１に記載の方法。