JP2006140493A - マイクロコンタクトプリントを含むソフトリソグラフィ用のスタンプ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マイクロコンタクトプリントを含むソフトリソグラフィ用のスタンプにおいて、アイオノマポリマから出来ていることを特徴とするスタンプおよび当該スタンプの製造方法において、表面及び外表面上のレリーフ構造を有するマスタを準備する工程とアイオノマ箔のような高分子箔を準備する工程と上記マスタを上記高分子箔に押し付け、該高分子箔に上記レリーフ構造の跡を残す工程と上記刷り込まれた高分子箔から上記マスタを剥離する工程を有するスタンプの製造方法。
【選択図】図6
Description
マスタの複製
サーリン(Surlyn:米国デュポン社の登録商標、商品名ハイミラン(Himilan))は、20MPa以上のヤング率を有する固いポリマである。このポリマは、本発明に用いられるポリマの一具体例である。この材料への構造の複製は、150μmの厚さの薄いサーリン箔を用いて、ホットエンボス法で実現される。スタンプの製造では、ガラス板で覆われた2つのSDS(ドデシル硫酸ナトリウム)の間にSiO2製のマスタ(電子ビームリソグラフィ及びその後のRIEエッチングによって作成される。)及びサーリン箔を挟み、マスタを125℃の温度で箔にプレス成形する。略完全にパターンを複製するためには、プロセス時間を約10分にすることが妥当であることが見出された。なお、プロセス時間を40分に延ばすと、複製に顕著な向上が確認された。室温まで冷却した後、マスタからスタンプを剥離すると、マスタパターンと同じ高さを有する完全なパターン転写が観察された。120℃でサーリン(商標)は、部分的に網目を形成し、これにより硬度が高まる。ヤング率は、20MPaを超えた。図2の(a)及び(b)は、滑らかで、殆ど欠陥がないスタンプ表面の光学顕微鏡及び走査電子顕微鏡(SEM)の写真を示している。
アイオノマ樹脂、例えばサーリンから形成されたスタンプによる印刷
a)分子の印刷
一例としてサーリンを用いると、アイオノマ樹脂は、μCPに適切な材料であることがわかった。転写材料としてオクタデカンエチオール(octadecanethiol)を用いて印刷実験を行った。スタンプに、コンタクトインキング(contact inking)法及びウェットインキング(wet inking)法を用いてインクを付けた。コンタクトインキングの場合、10−3Mチオール溶液(エタノール内)に一晩晒された後、乾燥されたPDMSの片(piece)上にスタンプを2分間載置した。一方、ウェットインキングの場合、少量の分子溶液(10−3M)をスタンプ上に直接滴下してスタンプを覆い、30秒後に窒素流でこれを乾燥した。そして、スタンプをAu基板に接触させた。スタンプと基板間の均一な接触を得るために、5分間、指で圧力を加えた。図3の(a)及び(b)は、コンタクトインキング法によってインクが付けられたスタンプを、Au基板に対して指で押すことによって得られた転写パターンのSEM写真を示している。構造化された領域は、完全に転写されている。更に、ある種の撓み作用(sagging effect)に起因する、分子の不特定の転写も観察され、すなわち、スタンプ表面の望ましくない領域も、基板に接触していることが観測された。これまでに、高いヤング率を有するサーリンをスタンプ材料として用いることによって、100nmまでのより小さい構造の印刷に成功した(図3b)。
修飾された基板表面上へのAu電極の印刷にもサーリンを用いることが適切であることが見出された。
修飾されていないサーリンスタンプ表面に約20nmのAuを新たに熱蒸着させた。続いて、ノナンジチオールによって覆われたAu基板にスタンプを15時間押した。チオール基は、印刷された電極のアンカポイント(anchor point)として機能する(一方のチオール基は、Au基板に結合し、他方のチオール基は、Au上部電極に結合する)。スタンプを取り除くと、分子によって覆われたAu表面への鮮明なAu転写が観察された(図4)。スタンプされた電極のSEM写真(図4)からわかるように、Au層は、均一ではなく、すなわち、この構造は、多数のAu島(island)からなっている。サーリンで印刷されたAu構造(コンタクト角度約95°)に比べて、PDMSでスタンプされたAu構造(コンタクト角度、約105°)は、島が形成されることなく、平坦で均一であることがわかる。
修飾としては、アミノシラン又はメルカプトシラン、すなわちトリメトキシシリルプロピルエチレンジアミン(Trimethoxysilylpropylethylendiamin)又はメルカプトプロピルトリエトキシシラン(Mercaptopropyltriethoxysilan)によってそれぞれ官能化されたSiO2表面にAuを印刷することができる。
SiO2表面にAuを良好に転写させるためには、スタンプ/Auと、Au/修飾されたSiO2表面との間の界面における相互作用力が重要である。Auとサーリンスタンプとの間の粘着力が強いと、Auの転写が阻害される。Au層とサーリン表面との間に潤滑剤膜を設けることにより、この粘着力を低下させることができ、したがって、完全で問題がない転写プロセスが実現される。フルオロシランは、ポリマの表面にあるカルボキシル基を介してポリマの表面に結合されるので、潤滑剤として機能する。F原子は、高い疎水性のために、Au膜のスタンプへの粘着力を最小にする。Auをスタンプに蒸着させる前に、その表面を適切なフルオロシランで修飾する必要がある。フルオロシラン化プロセス(fluorosilanisation process)は、気相を介した真空、又は溶液のいずれにおいても実施することができる。いずれの場合も、ポリマの表面上の分子にアンカポイントを提供するために、OH基によってスタンプ表面を活性化する必要がある。
複合高分子スタンプ
パターン転写のための他の重要なパラメータは、スタンプと表面との間の接触である。従来のスタンプは、スタンプと基板間の均一な接触を得るために、表面に押される。これまで、2つの異なる種類のPDMSについて、複合高分子スタンプが提案及び開示されている。これらは、厚くて柔軟なPDMS184スラブと、設計構造を有する薄くて固いPDMS層とからなる(Schmid, H.; Michel, B.; Macromolecules 33 (2000), 3042-3049; Odom, T. W. et al.; Langmuir 18 (2002), 5314-5320)。固いPDMSは、ビニルPDMSプレポリマと、白金ジビニルテトラメチルジシロキサン(platinumdivinyltetramethyldisiloxane)触媒と、テトラメチルテトラビニルシクロテトラシロキサン(tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxane)修飾物質と、ヒドロシランプレポリマとの混合物を含む。これにより得られるポリマのヤング率は、9.7MPaである。複合高分子スタンプを用いて、50nmの形状を有する構造が実現された(Odom, T. W. et al.; J. Am.Chem.Soc.124 (2002), 12112-12113)。
Claims (30)
- マイクロコンタクトプリントを含むソフトリソグラフィ用のスタンプにおいて、
アイオノマポリマからできていることを特徴とするスタンプ。 - 上記アイオノマポリマは、エチレンメタクリル酸コポリマであることを特徴とする請求項1記載のスタンプ。
- 上記エチレンメタクリル酸コポリマは、エチレンとメタクリル酸が、10:1〜100:1の割合、好ましくは10:1以上の割合でランダム共重合されたポリマであることを特徴とする請求項2記載のスタンプ。
- 上記エチレンメタクリル酸コポリマの平均分子量は、50000〜200000、好ましくは100000〜150000であることを特徴とする請求項2又は3記載のスタンプ。
- 上記エチレンメタクリル酸コポリマのメタクリル酸カルボキシル基の幾つか又は全ては、カルボン酸亜鉛又はカルボン酸ナトリウムの形であることを特徴とする請求項2乃至4いずれか1項記載のスタンプ。
- 当該スタンプのヤング率は、20MPa以上であることを特徴とする請求項1乃至5いずれか1項記載のスタンプ。
- 硬化シリコン系材料を更に含む請求項1乃至6いずれか1項記載のスタンプ。
- 上記アイオノマポリマから形成された印刷のための第1の部分と、上記硬化シリコン系材料から形成され、印刷される基板表面に対して当該スタンプを均一に接触させる第2の部分とを備える請求項7記載のスタンプ。
- 上記硬化シリコン系材料は、ポリジメチルシロキサンポリマ、好ましくはビニルポリジメチルシロキサンポリマであることを特徴とする請求項7乃至8いずれか1項記載のスタンプ。
- 上記第1の部分は、印刷用の前面と、該前面の反対側の背面とを有し、上記第2の部分は、該第1の部分が少なくとも部分的に該第2の部分に埋め込まれるように、該第1の部分の背面上に配設されることを特徴とする請求項8乃至9いずれか1項記載のスタンプ。
- 上記第2の部分は、上記第1の部分、好ましくは該第1の部分全体を回って広がり、印刷される表面に対して均一な接触を可能とするへりを有することを特徴とする請求項10記載のスタンプ。
- 上記前面は、印刷のための構造表面を有することを特徴とする請求項10乃至11いずれか1項記載のスタンプ。
- マイクロコンタクトプリントを含むソフトリソグラフィ用のスタンプの製造方法において、
(a)表面及び該表面上のレリーフ構造を有するマスタを準備する工程と、
(b)高分子箔を準備する工程と、
(c)上記マスタを上記高分子箔に押し付け、該高分子箔に上記レリーフ構造の跡を残す工程と、
(d)上記刷り込まれた高分子箔から上記マスタを剥離する工程とを有するスタンプの製造方法。 - 上記工程(c)は、80℃〜150℃、好ましくは100℃〜135℃、より好ましくは120℃〜130℃、最も好ましくは約125℃の高温下で実施されることを特徴とする請求項13記載のスタンプの製造方法。
- 上記マスタ又は上記高分子箔、若しくはその両方は、上記工程(c)の間、上記高温に維持されることを特徴とする請求項14記載のスタンプの製造方法。
- 上記エチレンメタクリル酸コポリマは、エチレンとメタクリル酸が、10:1〜100:1の割合、好ましくは10:1以上の割合でランダム共重合されたポリマであることを特徴とする請求項13乃至15いずれか1項記載のスタンプの製造方法。
- 上記エチレンメタクリル酸コポリマの平均分子量は、50000〜200000、好ましくは100000〜150000であることを特徴とする請求項13乃至16いずれか1項記載のスタンプの製造方法。
- 上記エチレンメタクリル酸コポリマのメタクリル酸カルボキシル基の幾つか又は全ては、カルボン酸亜鉛又はカルボン酸ナトリウムの形であることを特徴とする請求項13乃至17いずれか1項記載のスタンプの製造方法。
- 上記高分子箔は、加熱後に20MPa以上のヤング率を達成する材料から形成されていることを特徴とする請求項13乃至18いずれか1項記載のスタンプの製造方法。
- 上記刷り込まれた高分子箔は、印刷用の前面と、該前面の反対側の背面とを有し、上記工程(d)の後に、該刷り込まれた高分子箔の背面上に硬化可能なシリコン系材料を配設し、該硬化可能なシリコン系材料を硬化させ、該刷り込まれた高分子箔を、該硬化シリコン系材料に少なくとも部分的に埋め込む工程を有する請求項13乃至19いずれか1項記載のスタンプの製造方法。
- 上記前面は、印刷のための構造表面を有することを特徴とする請求項20記載のスタンプの製造方法。
- 上記硬化可能なシリコン系材料は、ポリジメチルシロキサンプレポリマ、好ましくはビニルポリジメチルシロキサンプレポリマであり、触媒、好ましくは白金触媒、及びメチルヒドロシロキサンとジメチルシロキサンの共重合体の存在下で硬化されることを特徴とする請求項20乃至21いずれか1項記載のスタンプの製造方法。
- 上記工程(d)の後に、上記刷り込まれた高分子箔の前面を含む表面を更に修飾する工程を有する請求項13乃至22いずれか1項記載のスタンプの製造方法。
- 上記表面は、プラズマ処理、化学修飾及び界面活性剤による処理から選択される処理によって修飾されることを特徴とする請求項23記載のスタンプの製造方法。
- 請求項13乃至24いずれか1項記載のスタンプの製造方法によって製造されたスタンプ。
- 請求項1乃至12及び請求項25いずれか1項記載のスタンプを、マイクロコンタクトプリントを含むソフトリソグラフィに使用する使用方法。
- 上記スタンプは、コンタクトインキング又はウェットインキングによってインクが付けられることを特徴とする請求項26記載の使用方法。
- 導電リード線又は経路、特に格子構造又はクロスバー構造のマイクロコンタクトプリントに用いられ、該導電リード線又は経路の幅は、10nm〜200nmであり、好ましくは該格子構造又はクロスバー構造は、バッドを含み、該パッドのエッジ長は、好ましくは約100μmであることを特徴とする請求項26乃至27いずれか1項記載の使用方法。
- e)請求項12及び1乃至25いずれか1項記載のスタンプを製造する工程と、
f)コンタクトインキング又はウェットインキングを含む手法によって上記スタンプにインクを付ける工程と、
g)上記インクが付けられたスタンプを基板に押す工程とを有するマイクロコンタクトプリント方法。 - 請求項1乃至6いずれか1項に定義されているアイオノマ高分子材料を、マイクロコンタクトプリントを含むソフトリソグラフィに使用する使用方法。
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