JP2012506145A

JP2012506145A - 流体分注システムのコーティング

Info

Publication number: JP2012506145A
Application number: JP2011532078A
Authority: JP
Inventors: トルスケット，ヴァン・エヌ
Original assignee: モレキュラー・インプリンツ・インコーポレーテッド
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2012-03-08
Also published as: WO2010044858A1; US20100098858A1

Abstract

コーティング層が流体流路及び外面に施された流体分注システムが説明される。コーティング層は、流体分注システムの作動流体に対して化学的に耐性であり、流体分注システムからの複数のイオンの浸出を防止する。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、アメリカ合衆国特許法第１１９条（ｅ）（１）の規定に従って、２００８年１０月１７日に出願された米国特許仮出願第６１／１０６，１８３号、及び２００９年１０月９日に出願された米国特許出願第１２／５７３，５９９号に基づく優先権を主張するものであり、これら特許出願の両方が引用により全体が本明細書に組み込まれる。

ナノファブリケーションは、１００ナノメートル又はそれより小さいオーダーの形状構造部を有する非常に小さい構造体の製造を含む。ナノファブリケーションがかなり大きな影響を及ぼした１つの用途は、集積回路の処理である。半導体処理産業は、基板上に形成される単位面積当たりの回路を増加させながら、より高い生産歩留まりを求めて努力し続けているので、ナノファブリケーションはますます重要になっている。ナノファブリケーションは、形成される構造体の最小形状構造部の寸法の継続的な低減を可能にしながら、より優れたプロセス制御機能を提供するものである。ナノファブリケーションが採用される他の開発分野には、バイオテクノロジー、光学技術、機械システムなどが含まれる。

今日使用されている例示的なナノファブリケーション技術は、一般に、インプリント・リソグラフィと呼ばれる。例示的なインプリント・リソグラフィ・プロセスは、米国特許出願公開第２００４／００６５９７６号、米国特許出願公開第２００４／００６５２５２号、米国特許第６，９３６，１９４号などの多数の刊行物に詳細に記載されており、これらの全てを引用により本明細書に組み入れる。

前述の米国特許出願公開及び米国特許の各々に開示されるインプリント・リソグラフィ技術は、重合性の層内にレリーフパターンを形成すること、及び、そのレリーフパターンに対応するパターンを下にある基板内に転写することを含む。基板は、所望の位置決めを行なってパターン形成プロセスを実行するために、可動ステージに結合される。パターン形成プロセスは、基板から離間して配置されたテンプレートと、該テンプレートと基板との間に導入される成形可能な液体を用いる。成形可能な液体が固化して、該成形可能な液体と接触するテンプレート表面の形状に適合するパターンを有する剛性層を形成する。固化した後、テンプレートを剛性層から分離し、テンプレートと基板とを離間して配置する。次に基板及び固化層に付加的なプロセスを施して、固化層内のパターンに対応するレリーフ像を基板に転写する。

本発明をより詳細に理解できるようにするために、添付図面に示される実施形態を参照して、本発明の実施形態が説明される。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を示すにすぎず、従って、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではないことに留意すべきである。

本発明によるリソフラフィ・システムの１つの実施形態の簡略化された側面図を示す。パターン形成層が上に配置された、図１に示す基板の簡略化された側面図を示す。例示的な流体分注システムの簡略化された側面図を示す。コーティング層を有する例示的な流体分注システムの簡略化された側面図を示す。コーティング層内で用いられる化合物の例を示す。コーティング層により流体分注システムを不動態化する例示的な方法のフローチャートを示す。コーティング層により流体分注システムを不動態化する例示的な方法のフローチャートを示す。

図面、特に図１、を参照すると、図には、基板１２上にレリーフパターンを形成するのに用いられるリソグラフィ・システム１０が示される。基板１２は、基板チャック１４に結合することができる。図示されるように、基板チャック１４は、真空チャックである。しかしながら、基板チャック１４は、どのような形式のチャックでもよく、これらチャックとしては、以下に限定されるものではないが、真空、ピン型、溝型、電磁式及び／又はその種の他のものがある。例示的なチャックが、引用により本明細書に組み入れられる米国特許第６，８７３，０８７号に記載されている。

基板１２及び基板チャック１４は、ステージ１６により更に支持することができる。該ステージ１６は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿って動くことができる。ステージ１６、基板１２、及び基板チャック１４は、基部（図示せず）上に配置することもできる。

テンプレート１８が、基板１２から離間して配置される。該テンプレート１８は、一般に、該テンプレートから基板１２に向かって延びるメサ（段丘部）２０を含み、メサ２０は、その上にパターン形成面２２を有する。更に、メサ２０は、モールド２０と呼ぶこともできる。テンプレート１８及び／又はモールド２０は、これらに限定されるものではないが、溶融シリカ、水晶、シリコン、有機ポリマー、シロキサンポリマー、ホウケイ酸ガラス、フッ化炭素ポリマー、金属、硬化サファイア、及び／又はその種の他のものを含む材料から形成することができる。図示されるように、パターン形成面２２は、離間配置された複数の凹部２４及び／又は突出部２６により定められた構造部を含むが、本発明の実施形態はこのような構成に限定されるものではない。パターン形成面２２は、基板１２上に形成されるパターンの基礎を形成する任意のオリジナル・パターンを定めることができる。

テンプレート１８は、チャック２８に結合することができる。チャック２８は、これらに限定されるものではないが、真空、ピン型、溝型、電磁式及び／又は他の類似のチャック型式として構成することができる。例示的なチャックは、引用により本明細書に組み入れられる米国特許第６，８７３，０８７号に更に記載される。更に、チャック２８をインプリント・ヘッド３０に結合することができ、テンプレート１８の移動を容易にするようにチャック２８及び／又はインプリント・ヘッド３０を構成することができる。

システム１０は、流体分注（ディスペンス）システム３２を更に含むことができる。流体分注システム３２を用いて、重合性材料３４を基板１２上に配置することができる。重合性材料３４は、液滴分注、スピンコーティング、浸漬コーティング、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、薄膜堆積、厚膜堆積及び／又は同様のものなどの技術を用いて、基板１２上に配置することができる。設計の考慮事項に応じて、モールド２０と基板１２との間に所望の容積が定められる前及び／又は定められた後に、重合性材料３４を基板１２上に配置することができる。重合性材料３４は、米国特許第７，１５７，０３６号および米国特許出願公開第２００５／０１８７３３９号に記載されるようにモノマーを含むことができ、これら特許文献の全ては引用により本明細書に組み込まれる。米国特許第７，１５７，０３６号から引用により組み入れられる重合性コーティング３４の例示的な組成物は、組成物のおよそ５５％を構成するイソボルニルアクリレートと、およそ２７％を構成するｎ−ヘキシルアクリレートと、組成物のおよそ１５％を構成するエチレングリコールジアクリレートと、組成物のおよそ３％を構成する開始剤である２−ヒドロキシ−２−メチル１−フェニル−プロパン−１−オンとを含むことができる。開始剤は、ニューヨーク州タリータウン所在のＣＩＢＡにより商品名ＤＡＲＯＣＵＲ１１７３で販売されている。また、組成物の１％未満で、Ｒ１Ｒ２の一般構造を有する界面活性剤を含むことができ、ここでＲ１＝Ｆ（ＣＦ２ＣＦ２）ｙであり、ｙは１から７までの範囲にあり、Ｒ２＝ＣＨ２ＣＨ２Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ＸＨであり、Ｘは０から１５まで（０及び１５を含む）の範囲にある。上述の組成物はまた、化学技術分野において周知であり、組成物の有効寿命を延ばす安定剤を含む。１つの代替的な実施形態において、上述の組成物は界面活性剤を含まなくてもよい。米国特許出願公開第２００５／０１８７３３９号から引用により組み入れられる第２の例示的な組成物は、関連付けられた粘度を有し、界面活性剤と、重合性成分と、刺激に応答して粘度を変化させる刺激応答性の開始剤とを含み、該組成物は、液体状態では、１００センチポワズ未満の粘度と、２０トル未満の蒸気圧とを有し、硬化した固体状態では、１００ＭＰａよりも大きい引張係数と、３ＭＰａよりも大きい破断応力と、２％より大きい破断点伸びとを有する。

図１及び図２を参照すると、システム１０は、経路４２に沿ってエネルギー４０を導くように結合されたエネルギー源３８を更に含むことができる。テンプレート１８と基板１２を経路４２と重ね合わせた状態で配置するように、インプリント・ヘッド３０及びステージ１６を構成することができる。システム１０は、ステージ１６、インプリント・ヘッド３０、流体分注システム３２、及び／又はエネルギー源３８と通信状態にあるプロセッサ５４により調整することができ、メモリ５６内に格納されたコンピュータ可読プログラム上で動作することができる。

インプリント・ヘッド３０及びステージ１６の何れか又は両方が、これらの間に重合性材料３４により充填される所望の容積を定めるように、モールド２０と基板１２との間の距離を変化させる。例えば、インプリント・ヘッド３０がテンプレート１８に力を加え、モールド２０を重合性材料３４に接触させることができる。重合性材料３４で所望の容積を充填した後、エネルギー源３８は、例えば、広帯域紫外線放射のようなエネルギー４０を生成し、重合性材料３４を固化及び／又は架橋させて、基板１２の表面４４及びパターン形成面２２の形状に適合させ、図２に示すように、パターン形成された層４６を、基板１２上に定める。このパターン形成層４６は、残留層４８と、突出部５０及び凹部５２として示される複数の形状構造部とを含むものであり、突出部５０は厚さｔ１を有し、残留層は厚さｔ２を有する。

上述のシステム及びプロセスは、米国特許第６，９３２，９３４号、米国特許出願公開第２００４／０１２４５６６号、米国特許出願公開第２００４／０１８８３８１号、米国特許出願公開第２００４／０２１１７５４号に記載されたインプリント・リソグラフィ・プロセス及びシステムにおいても用いることができ、これら特許文献の全ては、その全体が引用により本明細書に組み入れられる。

上述のように、重合性材料３４は、流体分注システム３２を用いて、テンプレート１８と基板１２との間の定められた容積に導入することができる。例示的な流体分注システム３２は、これらに限定されるものではないが、プリントヘッド、マイクロジェットチューブ、シリンジ、又は流体の液滴を射出することができる類似のシステムを含むことができる。例えば、≦５０ピコリットルの流体の液滴を射出することができるシステムが挙げられる。

図３は、流体分注システム３２の例示的な実施形態を示す。流体分注システム３２は、分注ヘッド６０とノズルシステム６２とを含むことができる。ノズルシステム６２は、設計の考慮事項に応じて、単一の先端部６４又は複数の先端部６４を含むことができる。例えば、図３は、複数の先端部６４を含むノズルシステム６２を示す。一般に、重合性材料３４は、入口弁６１に入り、流路６７に沿ってチャネル６３を通って伝わり、ノズルシステム６２の先端部６４から出る。先端部６４は、分注軸６５を定め、その分注軸のところで基板１２上に重合性材料３４を配置することができる。先端部６４と基板１２との間の距離ｄｓは、はねを最小にするか又は防止するように選択することができ、ガスの存在を最小にするか又は防止するように選択することができ、及び／又は他の類似の設計の考慮事項に応じて選択することができる。

重合性材料３４は、流体分注システム３２により、液滴６６として基板１２上に配置することができる。重合性材料３４を基板１２上に配置するための例示的な液滴技術は、米国特許出願公開第２００５／０２７０３１２号、米国特許出願公開第２００５／０１０６３２１号において詳細に説明され、これら特許文献の全ては、引用により本明細書に組み入れられる。

流体分注システム３２は、更に視覚システム７０を含むことができる。視覚システムは、基板１２上の液滴６６の微視的及び／又は巨視的な視野を与える顕微鏡７２（例えば、光学顕微鏡）を含むことができる。分注ヘッド６０及び／又は顕微鏡７２は、プロセッサ５４により調整することができ、更にメモリ５６内に格納されたコンピュータ可読プログラム上で動作することができる。

流体分注システム３２は、重合性材料３４にイオンを浸出させる材料で形成される場合がある。インプリントプロセス材料は、低いイオン含量（例えば、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｓｎ及びＰｂのイオンについて、≦２５ｐｐｂの電子工学的グレード又は≦１０ｐｐｂの半導体グレード）を有するように製造することができるので、浸出により重合性材料３４の純度レベルが実質的に変化して、インプリントプロセスを汚染することがある。

本明細書においては、流体分注システム３２は、インプリントプロセスに適用されるものとして詳細に説明されるが、流体分注システム３２は、他の用途に用いることができることを留意すべきである。例えば、バイオ関連の用途においては、流体分注システム３２を通って流れる生体機能性化合物は、流体分注システム３２から浸出した汚染物質を吸収することがある。更に、生体機能性化合物が、流体分注システム３２の濡れた表面上に吸着し、流体の活性成分の濃度を減少させる可能性がある。そのため、生体機能性化合物の分注は、検知及び／又は検出用途としては不十分な特性しかもたらさないことがある。

流体分注システム３２を通って流れる液体は、腐食性であることがあり、流体の流れを目詰まりさせ、及び／又は妨げることがある。説明を簡単にするために、以下、重合性材料３４について説明するが、任意の液体が流体分注システム３２を通って流れることができる。

不動態化流体分注システム３２は、流体分注システム３２を形成するのに用いられた材料の汚染物質から重合性材料３４を保護することができる。更に、不動態化流体分注システム３２は、流体分注システム３２が目詰まりしないよう保護することができる。一般に、流体分注システム３２の内面及び外面、並びに、管系、継手、弁、及び液体リザーバといった関連する流体供給構成部品を覆って、コーティング層８０を分布させることができる。例えば、図４に示すように、流体分注システム３２の流路６７内のチャネル６３の壁上にコーティング層８０を分布させることができる。更に、流体分注システム３２の外側部分を覆ってコーティング層８０を分布させることができる。例えば、コーティング層８０は、先端部６４の外側部分、分注ヘッド６０、顕微鏡７０、プロセッサ５４などの外側部分を覆って分布させることができる。更に、コーティング層８０は、無線又は有線の通信リンク８３ａ乃至８３ｃを覆って分布させることができる。

一例において、コーティング層８０は、化学気相堆積により施すことができるが、コーティング層８０を施すための他のプロセスを用いることができることに留意すべきである。コーティング層８０は厚さｔ３を有するものとすることができる。例えば、厚さｔ３は１００ミクロンより薄くすることができ、又は、１つの実施形態におけるように、１５ミクロンに等しいか、又はこれより薄くすることができる。コーティング層８０は、置換及び非置換のポリ（ｐ−キシリレン）及びポリ（ハロ−ｐ−キシリレン）（例えば、ポリ（クロロ−ｐ−キシリレン）、ポリ（フルオロ−ｐ−キシリレン）、及びポリ（ヨード−ｐ−キシリレン））のような、置換及び非置換ポリ（ｐ−キシリレン）を含むことができる。置換ポリ（ｐ−キシリレン）は、例えば、スルホン化、アミノメチル化、及びアミドメチル化ポリ（ｐ−キシリレン）及びポリ（ハロ−ｐ−キシリレン）、プラズマ処理された形態のポリ（ｐ−キシリレン）及びポリ（ハロ−ｐ−キシリレン）、スルホン化、アミノメチル化、又はアミドメチル化による湿式化学改質されたポリ（ｐ−キシリレン）、ポリ（クロロ−ｐ−キシリレン）及びポリ（フルオロ−ｐ−キシリレン）、及び／又はその種の他のものを含むことができる。

ポリ（ｐ−キシリレン）は、インディアナ州インディアナポリス所在のＳｐｅｃｉａｌｔｙＣｏａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓにより製造される商品名Ｐａｒｙｌｅｎｅ（パリレン）としても知られている。ポリ（クロロ−ｐ−キシリレン）はまた、インディアナ州インディアナポリス所在のＳｐｅｃｉａｌｔｙＣｏａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓにより製造される商品名ＰａｒｙｌｅｎｅＣ（パリレンＣ）又はＰａｒｙｌｅｎｅＤ（パリレンＤ）としても知られている。ポリ（ｐ−キシリレン）のフッ素誘導体の１つは、インディアナ州インディアナポリス所在のＳｐｅｃｉａｌｔｙＣｏａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓにより製造される商標名ＰａｒｙｌｅｎｅＨＴ（パリレンＨＴ）としても知られている。コーティング層８０のための例示的な材料は図５に示される。

図６は、コーティング層により流体分注システム３２を不動態化する方法の例示的な実施形態（８０）を示す。ステップ８２において、入口ポート６１から複数のノズル６２へと流体を供給するように構成された流体流路６７を含む流体分注システム３２を受け取る。ステップ８４において、流体分注システム３２の流体流路６７及び外面に対してコーティング層８０を施すことができる。

図７は、コーティング層８０により流体分注システム３２を不動態化する方法の例示的な実施形態８６を示す。ステップ８８において、入口ポート６１から複数のノズル６２へと流体を供給するように構成された流体流路６７を含む流体分注システム３２を受け取る。ステップ９０において、第１のフィルム層８０を流体流路６７に施すことができる。ステップ９２において、第２のフィルム層８０を流体分注システム３２の外面に施すことができる。

１２基板；３４重合性材料；５４プロセッサ；５メモリ；
６０分注ヘッド；６２ノズルシステム；６３チャネル；
６４ノズルシステムの先端部；６６液滴；６７流路；
８０コーティング層；８３ａ、８３ｂ、８３ｃ通信リンク；
７０視覚システム；７２顕微鏡。

Claims

ナノインプリント・リソグラフィ流体分注システムをコーティングする方法であって、
第１のコーティング組成物を、前記ナノインプリント・リソグラフィ流体分注システムの、入口ポートを複数のノズルと結合する流体流路に施し、前記第１のコーティング組成物が前記流体流路の表面上に層を形成するステップと、
第２のコーティング組成物を、前記ナノインプリント・リソグラフィ流体分注システムの外面に施し、前記第２のコーティング組成物が該ナノインプリント・リソグラフィ流体分注システムの前記外面上に層を形成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
前記第１のコーティング組成物及び前記第２のコーティング組成物がポリ（ｐ−キシリレン）を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記ポリ（ｐ−キシリレン）がポリ（ハロ−ｐ−キシリレン）であることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
前記ポリ（ハロ−ｐ−キシリレン）が、ポリ（クロロ−ｐ−キシリレン）、ポリ（フルオロ−ｐ−キシリレン）、及びポリ（ヨード−ｐ−キシリレン）からなる群から選択されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記ポリ（ｐ−キシリレン）は置換されていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
前記置換ポリ（ｐ−キシリレン）が、スルホン化（ｐ−キシリレン）、アミノメチル化ポリ（ｐ−キシリレン）、及びアミドメチル化ポリ（ｐ−キシリレン）からなる群から選択されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
前記層のうちの少なくとも１つをプラズマ処理するステップを更に含むことを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
前記表面上の前記層の厚さが、約１５マイクロメートルより薄いことを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
前記ノズルのうちの少なくとも１つは、約５０ピコリットルより少ないか又はこれと等しい容量を有する流体の液滴を射出するように構成されることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
前記流体分注システムから流体組成物を分注するステップを更に含み、
前記組成物は、界面活性剤と、重合性成分と、刺激に応答して該組成物の粘度を変化させる刺激応答性の開始剤とを含み、前記流体組成物は、約２０℃から約２５℃までの間の温度範囲における約１００センチポワズ未満の粘度と、約２０トル未満の蒸気圧とを有し、前記組成物は、硬化した固体状態において、約１００ＭＰａより大きい引張り弾性率と、約３ＭＰａより大きい破断応力と、約２％より大きい破断点伸びとを有することを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
前記流体分注システムが、流体リザーバと、管系、弁、及び継手を含む流体分散マニホルドとを含むことを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
前記各層が、前記流体分注システム内の前記流体に対して化学的に耐性であることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
前記各層が、前記流体分注システムからのイオンの浸出を抑止するように作用可能であることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
前記イオンが、アルミニウム、カルシウム、クロム、銅、鉄、リチウム、マグネシウム、マンガン、ニッケル、カリウム、ナトリウム、スズ、及び鉛からなる群から選択されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。