JP2009501091A - ナノパターニング方法、硬化されたレジストフィルム及び該レジストフィルムを含有する物品 - Google Patents
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Abstract
Description
本件特許出願は、2005年6月2日付で出願された、米国仮特許出願第60/686432号に関する優先権及び該特許出願のあらゆる利益を請求するものである。
米国政府は、本件特許における、支払済みの実施権を有し、また譲渡証書番号ECF0424204の下で、(米国)国立科学財団(National Science Foundation)によって授与されたものとして、妥当な時期に、他人の実施権に対して、限られた状況の下での、特許権者としての権利を請求する権限を持つ。
S-FIL法は、機械的インプリント法を基本とするが、液状レジストとしてUV硬化性の液状物質を使用する、もう一つのナノパターニング技術である。S-FILを使用する場合、該液状レジストを、基板上に液滴の状態で分配し、次いで鋳型を該基板と接触させて、該基板に対して押圧して、該液状レジストを展開させ、結果として該液状レジストのフィルムを形成する。次いで、このフィルムを、UV光に暴露して硬化させる。S-FIL法は、室温にて実施することができ、従って従来のNIL技術のように、高温の使用は必要とされない。しかし、S-FIL法は、依然として理想的な方法とはいえない。というのは、このS-FIL法において使用される従来のUV硬化性の液状物質が、典型的にはアクリル官能基を持つモノマー及びオリゴマーのラジカル重合を含むメカニズムに基くものであるからである。該UV硬化性の液状物質は、典型的に硬化後に強い収縮性を示す。更に、該UV硬化性の液状物質は、高い酸素感受性を持ち、従って酸素掃去性のフリーラジカル種となる傾向があり、また該レジストフィルム表面における重合を阻害する。結果として、該レジストフィルムは、その内部に形成される該パターン中に欠陥を発生する傾向がある。
本発明によるナノパターニング(nano-patterning)は、主としてナノテクノロジー的な研究において利用される。ナノパターニングとして特徴付けることのできる、公知の工程は、夫々ナノインプリント(nanoimprint)リトグラフィー(NIL)及びマイクロプリント(microprint)リトグラフィーとも呼ばれる、ナノ-及びマイクロ-リトグラフィー法ナノスケール接触印刷(nano-scale contact printing)、UV-補助ナノインプリントリトグラフィー、ステップ&フラッシュ(Step-and-Flash)インプリントリトグラフィー(S-FIL)、及び複合(combined)-ナノインプリント&フォトリトグラフィー技術を含むが、これらに限定されるものではない。これらの方法は、特に多数の電気並びに光デバイスの製造において、またウエハ-スケールの物品の加工において有用であることが立証されている。
典型的に、該有機シリコーン架橋剤は、以下の式:
該有機シリコーン化合物と該有機シリコーン架橋剤との間の、該ヒドロシリル化反応は、典型的に上記触媒の存在を必要とし、また以下のような反応式に従って進行する:
該平坦化フィルム16は、ポリマーから作成され、またこの平坦化フィルム16の製造工程は、より具体的には該基板14上に、該ポリマーを適用して、該基板14上に該平坦化フィルム16を形成するものとして定義される。該ポリマーは、以下において説明する理由のために、該有機シリコーン化合物と該有機シリコーン架橋剤との反応生成物の酸素プラズマエッチング速度よりも高い、酸素プラズマエッチング速度を持つ可能性がある。より具体的には、該ポリマーは、該有機シリコーン化合物及び該有機シリコーン架橋剤の酸素プラズマエッチング速度よりも、少なくとも10倍の、高い酸素プラズマエッチング速度を持つことができ、また該有機シリコーン化合物と該有機シリコーン架橋剤との反応生成物の酸素プラズマエッチング速度よりも、100倍を超える高いものであり得る。他の例においては、下方の該基板14内にパターンを転写する際のマスク材料として使用する場合には、該平坦化フィルム16が、高い酸素プラズマエッチング耐性を持つことが望ましいことであり得る。
実施例
PMMAを包含する平坦化フィルム16を、先ずシリコーン基板14上に形成する。より詳しくは、該PMMAをトルエンに溶解して、平坦化溶液を生成し、これを、該シリコーン基板14上に回転塗布して、該平坦化フィルム16を生成する。該平坦化フィルム16は、約400nmなる厚みを持つ。次いで、有機シリコーン化合物、有機シリコーン架橋剤、触媒、触媒阻害剤、及び添加剤を含む混合物を製造する。より詳しくは、この混合物は、約1850ダルトンなる数平均分子量を持つ、ジビニル末端を持つポリ(ジメチルシロキサン)10g、3個のSi-H基を持ち、かつ約1200ダルトンなる数平均分子量を持つ、シリルハイドライドをベースとするジメチルシロキサン1.09g、シリコーン流体中に分散させた、プラチナ-ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体0.27g(0.054質量%なる量のPt)、及びジメチルマレエート28mgを含む。この混合物を、該平坦化フィルム16上に回転塗布して、約300nmなる厚みを持つレジストフィルム12を形成する。様々なナノ及びミクロンスケールのパターンを、NJ州、モンマンスジャンクション(Monmouth Junction)のナノネックス社(Nanonex, Inc.)から市販品として入手できる、NX-1000インプリンタを使用して、該レジストフィルム12内に形成する。これら例示パターンの走査型電子顕微鏡(SEM)写真を、添付した図1及び2に示す。これらのパターンは、該レジストフィルム12を介して、該平坦化フィルム16全体に渡らないように、インプリントすることによって形成する。インプリント法は、約0.01〜約1.4MPa(約0.1〜約14 bar)なる範囲の圧力下で行われる(例えば、図1を参照)。次いで、該レジストフィルム12を、約80℃の温度にて、約1分間硬化して、該触媒の存在下及び更に該触媒阻害剤の存在下での反応により得た、該有機シリコーン化合物と該有機シリコーン架橋剤との反応生成物を含む、該レジストフィルム12を生成する。インプリント後に、該金型並びに該基板14を分離し、また該金型のパターンのレプリカを、該レジストフィルム12内に捺印する。
Claims (70)
- ナノパターニング方法であって、
(1) 少なくとも2個のビニル基を有する有機シリコーン化合物、
前記有機シリコーン化合物とは異なる有機シリコーン架橋剤、
触媒、及び
触媒阻害剤、
を含むレジストフィルム(12)を形成する工程、及び
(2) 該レジストフィルム(12)にパターンを形成する工程、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記触媒阻害剤が、アセチレン性アルコール、フマレート、マレエート、及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項1記載の方法。
- 前記触媒阻害剤が、該有機シリコーン化合物、該有機シリコーン架橋剤、該触媒、及び該触媒阻害剤の全質量を基準として、0.1〜2質量部の量で存在する、請求項1記載の方法。
- 該触媒が、遷移金属化合物に基づくものである、請求項1記載の方法。
- 該触媒が、プラチナをベースとする化合物、ロジウムをベースとする化合物、コバルトをベースとする化合物、及びこれらの組合せからなる群から選択される、第VIII族元素をベースとする化合物を含む、請求項4記載の方法。
- 該触媒が、該有機シリコーン化合物、該有機シリコーン架橋剤、該触媒、及び該触媒阻害剤の全質量を基準として、2〜500ppmの量で存在する、請求項1記載の方法。
- 該触媒が、該有機シリコーン化合物、該有機シリコーン架橋剤、該触媒、及び該触媒阻害剤の全質量を基準として、60〜100ppmの量で存在する、請求項6記載の方法。
- 該有機シリコーン化合物が、(SiRR'O)基、(SiRO2/3)基、及びこれらの組合せからなる群から選択される、シリコーン基を含み、ここで、R及びR'各々は、アミノ基、ヒドロキシル基、エーテル基、カルボキシル基、水素原子、フェニル基、炭化水素基、フルオロカーボン基、及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項1記載の方法。
- 該有機シリコーン化合物が、10,000ダルトン以下の数平均分子量を持つ、請求項9記載の方法。
- 該有機シリコーン化合物が、5,000ダルトン以下の数平均分子量を持つ、請求項10記載の方法。
- 該有機シリコーン化合物が、該有機シリコーン化合物、該有機シリコーン架橋剤、該触媒、及び該触媒阻害剤の全質量を基準として、94質量部以下で存在する、請求項1記載の方法。
- 該有機シリコーン架橋剤が、少なくとも2個のSi-H基を含む、請求項1記載の方法。
- 該有機シリコーン化合物が、少なくとも3個のビニル基を含んでいる、請求項12記載の方法。
- 該有機シリコーン架橋剤が、少なくとも3個のSi-H基を含む、請求項1記載の方法。
- 該有機シリコーン架橋剤の少なくとも1.2個のSi-H基が、該有機シリコーン化合物の各ビニル基に対して存在する、請求項14記載の方法。
- 該有機シリコーン架橋剤が、該有機シリコーン化合物、該有機シリコーン架橋剤、該触媒、及び該触媒阻害剤の全質量を基準として、5質量部以下で存在する、請求項1記載の方法。
- 更に、該有機シリコーン化合物、該有機シリコーン架橋剤、該触媒、及び該触媒阻害剤を含む混合物を、基板(14)に適用して、該レジストフィルム(12)を生成する工程をも含む、請求項1記載の方法。
- 該混合物を適用する工程が、更に該混合物の、該基板(14)への回転塗布、浸漬塗布、及び噴霧塗布の少なくとも一つのとして規定される、請求項18記載の方法。
- 該混合物を適用する工程が、更に該混合物の液滴を、該基板(14)上に適用する工程として規定される、請求項18記載の方法。
- 更に、20〜150℃の温度及び1.4MPa(14 bar)以下の圧力にて、5分間以下の期間に渡り、該樹脂フィルム(12)を硬化して、硬化されたレジストフィルム(12)を生成する工程をも含む、請求項1記載の方法。
- 基板(14)にポリマーを適用して、該基板(14)上に、平坦化フィルム(16)を形成する工程をも含む、請求項1記載の方法。
- 該ポリマーが、更に、少なくとも30℃のTgを持つアモルファスポリマーとして規定される、請求項22記載の方法。
- 該ポリマーが、ポリ(メチルメタクリレート)を含む、請求項23記載の方法。
- 更に、該有機シリコーン化合物、該有機シリコーン架橋剤、該触媒、及び該触媒阻害剤を含む混合物を、平坦化フィルム(16)上に適用して、該レジストフィルム(12)を生成する工程をも含む、請求項22記載の方法。
- 該レジストフィルム(12)が、更に安定剤、接着促進剤、離型剤、非-反応性希釈剤及びこれらの組合せからなる群から選択される添加剤をも含む、請求項1記載の方法。
- 上部に形成された、所定のパターンを持つ、硬化されたレジストフィルム(12)であって、該レジストフィルム(12)が、
触媒の存在下、及び更に触媒阻害剤の存在下での反応による、
少なくとも2個のビニル基を有する有機シリコーン化合物と、
該有機シリコーン化合物とは異なる、有機シリコーン架橋剤との反応生成物を含むことを特徴とする、硬化されたレジストフィルム(12)。 - 該触媒阻害剤が、アセチレン性アルコール、フマレート、マレエート、及びこれらの組合せからなる群から選択されるものである、請求項27記載の硬化されたレジストフィルム(12)。
- 該触媒阻害剤が、該有機シリコーン化合物、該有機シリコーン架橋剤、該触媒、及び該触媒阻害剤の全質量を基準として、0.1〜2質量部の量で存在する、請求項27記載の硬化されたレジストフィルム(12)。
- 該触媒が、遷移金属化合物をベースとするものである、請求項27記載の硬化されたレジストフィルム(12)。
- 該触媒が、プラチナをベースとする化合物、ロジウムをベースとする化合物、コバルトをベースとする化合物、及びこれらの組合せからなる群から選択されるものである、第VIII族元素をベースとする化合物を含む、請求項30記載の硬化されたレジストフィルム(12)。
- 該触媒が、該有機シリコーン化合物、該有機シリコーン架橋剤、該触媒、及び該触媒阻害剤の全質量を基準として、2〜500ppmの量で存在する、請求項27記載の硬化されたレジストフィルム(12)。
- 該触媒が、該有機シリコーン化合物、該有機シリコーン架橋剤、該触媒、及び該触媒阻害剤の全質量を基準として、60〜100ppmの量で存在する、請求項32記載の硬化されたレジストフィルム(12)。
- 該有機シリコーン化合物が、(SiRR'O)基、(SiRO2/3)基、及びこれらの組合せからなる群から選択される、シリコーン基を含み、ここでR及びR'各々は、アミノ基、ヒドロキシル基、エーテル基、カルボキシル基、水素原子、フェニル基、炭化水素基、フルオロカーボン基、及びこれらの組合せからなる群から選択されるものである、請求項27記載の硬化されたレジストフィルム(12)。
- 該有機シリコーン化合物が、10,000ダルトン以下の数平均分子量を持つ、請求項35記載の硬化されたレジストフィルム(12)。
- 該有機シリコーン化合物が、5,000ダルトン以下の数平均分子量を持つ、請求項36記載の硬化されたレジストフィルム(12)。
- 該有機シリコーン化合物が、該有機シリコーン化合物、該有機シリコーン架橋剤、該触媒、及び該触媒阻害剤の全質量を基準として、94質量部以下で存在する、請求項27記載の硬化されたレジストフィルム(12)。
- 該有機シリコーン架橋剤が、少なくとも2個のSi-H基を含む、請求項27記載の硬化されたレジストフィルム(12)。
- 該有機シリコーン化合物が、少なくとも3個のビニル基を含んでいる、請求項39記載の硬化されたレジストフィルム(12)。
- 該有機シリコーン架橋剤が、少なくとも3個のSi-H基を含む、請求項27記載の硬化されたレジストフィルム(12)。
- 該有機シリコーン架橋剤の少なくとも1.2個のSi-H基が、該有機シリコーン化合物の各ビニル基に対して存在する、請求項27記載の硬化されたレジストフィルム(12)。
- 該有機シリコーン架橋剤が、該有機シリコーン化合物、該有機シリコーン架橋剤、該触媒、及び該触媒阻害剤の全質量を基準として、5質量部以下で存在する、請求項27記載の硬化されたレジストフィルム(12)。
- 該レジストフィルム(12)が、更に安定剤、接着促進剤、離型剤、非-反応性希釈剤、及びこれらの組合せからなる群から選択される添加剤をも含む、請求項27記載の硬化されたレジストフィルム(12)。
- 基板(14)層及び該基板(14)層上に形成され、かつその上に形成された所定のパターンを持つ、硬化されたレジストフィルム(12)を含み;かつ
該硬化されたレジストフィルム(12)が、
触媒の存在下、及び更に触媒阻害剤の存在下における、
少なくとも2個のビニル基を持つ有機シリコーン化合物と、該有機シリコーン化合物とは異なる、有機シリコーン架橋剤との反応生成物を含む、
ことを特徴とする、物品(10)。 - 該触媒阻害剤が、アセチレン性アルコール、フマレート、マレエート、及びこれらの組合せからなる群から選択されるものである、請求項46記載の方法。
- 該触媒阻害剤が、該有機シリコーン化合物、該有機シリコーン架橋剤、該触媒、及び該触媒阻害剤の全質量を基準として、0.1〜2質量部の量で存在する、請求項46記載の物品(10)。
- 該触媒が、遷移金属化合物をベースとする、請求項46記載の物品(10)。
- 該触媒が、プラチナをベースとする化合物、ロジウムをベースとする化合物、コバルトをベースとする化合物、及びこれらの組合せからなる群から選択される、第VIII族元素をベースとする化合物を含む、請求項49記載の物品(10)。
- 該触媒が、該有機シリコーン化合物、該有機シリコーン架橋剤、該触媒、及び該触媒阻害剤の全質量を基準として、2〜500ppmの量で存在する、請求項50記載の物品(10)。
- 該触媒が、該有機シリコーン化合物、該有機シリコーン架橋剤、該触媒、及び該触媒阻害剤の全質量を基準として、60〜100ppmの量で存在する、請求項51記載の物品(10)。
- 該有機シリコーン化合物が、(SiRR'O)基、(SiRO2/3)基、及びこれらの組合せからなる群から選択される、シリコーン基を含み、ここで、R及びR'各々は、アミノ基、ヒドロキシル基、エーテル基、カルボキシル基、水素原子、フェニル基、炭化水素基、フルオロカーボン基、及びこれらの組合せからなる群から選択されるものである、請求項46記載の物品(10)。
- 該有機シリコーン化合物が、10,000ダルトン以下の数平均分子量を持つ、請求項54記載の物品(10)。
- 該有機シリコーン化合物が、5,000ダルトン以下の数平均分子量を持つ、請求項55記載の物品(10)。
- 該有機シリコーン化合物が、該有機シリコーン化合物、該有機シリコーン架橋剤、該触媒、及び該触媒阻害剤の全質量を基準として、94質量部以下の量で存在する、請求項46記載の物品(10)。
- 該有機シリコーン架橋剤が、少なくとも2個のSi-H基を含む、請求項46記載の物品(10)。
- 該有機シリコーン化合物が、少なくとも3個のビニル基を含む、請求項58記載の物品(10)。
- 該有機シリコーン架橋剤が、少なくとも3個のSi-H基を含む、請求項46記載の物品(10)。
- 該有機シリコーン架橋剤の少なくとも1.2個のSi-H基が、該有機シリコーン化合物の各ビニル基に対して存在する、請求項60記載の物品(10)。
- 該有機シリコーン架橋剤が、該有機シリコーン化合物、該有機シリコーン架橋剤、該触媒、及び該触媒阻害剤の全質量を基準として、5質量部以下の量で存在する、請求項46記載の物品(10)。
- 該混合物を適用する工程が、更に該基板(14)上に該混合物の液滴を適用する工程として規定される、請求項61記載の物品(10)。
- 更に、ポリマーから生成され、該基板(14)上に配置された、平坦化フィルム(16)をも含む、請求項46記載の物品(10)。
- 該ポリマーが、更に、少なくとも30℃のTgを持つアモルファスポリマーとして規定される、請求項65記載の物品(10)。
- 該ポリマーが、ポリ(メチルメタクリレート)を含む、請求項23記載の物品(10)。
- 該レジストフィルム(12)が、該平坦化フィルム(16)上に配置されている、請求項66記載の物品(10)。
- 該レジストフィルム(12)が、更に安定剤、接着促進剤、離型剤、非-反応性希釈剤、及びこれらの組合せからなる群から選択される添加剤をも含む、請求項46記載の物品(10)。
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