JP2012528736A - シリコンペンナノリソグラフィー - Google Patents
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Abstract
チップが金属、半金属、および/または半導体材料を含有でき、バッキング層が弾性重合体を含有できる、バッキング層に付着された複数のペンを有するチップアレイを用いる、リソグラフィーの方法を開示する。このチップアレイを使用して、基板表面とのチップの接触中に基板上に堆積されるインク(例えばパターン形成用組成物)でチップが被覆される、リソグラフィープロセスを実行することができる。チップは、基板上に容易に水平化でき、基板表面とのチップの接触中における、バッキング層のおよび/またはチップ付近の光反射の変化によって、光学的に監視できる。
【選択図】なし
【選択図】なし
Description
関連出願との相互参照
2009年6月5日に出願された米国仮出願第61/184,578号および2010年6月1日に出願された米国仮出願第61/350,349号の利益が請求されており、それぞれの開示は、参照により本明細書内にその全体が組み込まれる。
2009年6月5日に出願された米国仮出願第61/184,578号および2010年6月1日に出願された米国仮出願第61/350,349号の利益が請求されており、それぞれの開示は、参照により本明細書内にその全体が組み込まれる。
米国政府の支援の表明
本発明は、宇宙・海洋戦闘システムセンター付与番号第N66001−08−1−2044として、米国政府の支援により行われた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
本発明は、宇宙・海洋戦闘システムセンター付与番号第N66001−08−1−2044として、米国政府の支援により行われた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
シリコン業界において、フィーチャの大きさおよびレジストレーションを削減するための研究は、毎年約1億ドルであり、これらの製造戦略は、急激に、研究者にとってコストがかさみ、かつ手の出しにくいものになってきている。代替として、走査プローブリソグラフィー(SPL)が、そのコスト的な利点、高い解像度、既存の技術の大部分をしのぐ整列精度を実現できるということ、さらに、信頼性のために、ナノスケール構造の製造において急速に普及してきている。特に、チップベースの走査プローブを介した、分子スケール上の少なくとも1つのフィーチャ寸法による、表面への直接の分子の堆積として定義される分子印刷は、高い解像度および低コストで、ナノスケールのフィーチャを作成するための代替のアプローチを提供する。しかしながら、SPLの利点を維持しながらスループットを増加させることは、大きな難題となっている。
分子印刷における最近の進歩は、バイオテクノロジー、材料サイエンス、およびエレクトロニクスにおいて重要な進歩につながり、これにより、ラボチップアッセイ等のデバイス、汎用およびプロテオームアレイ、および新規のメモリデバイスアーキテクチャがもたらされたが、これらの応用は、分子印刷技術の開発スピードが速い性質、およびスループット向上またはこれらの方法によって生じるフィーチャの大きさの削減のための信頼できる戦略がないため、その黎明期にある。最も普及している分子印刷方法は、ソフトリソグラフィーおよびディップペンナノリソグラフィーである。ソフトリソグラフィーは、パターン化された弾性スタンプが表面に押され、スタンプのトポグラフィを映し出す分子パターンを残す、その最も広く用いられるインカネーションミクロ接触印刷(μCP)を含む、分子印刷方法の種類を指す。ソフトリソグラフィーの利点は、広い面積にパターン形成できることであるが、スタンプの機械的特性のために、μCPによって作成可能なパターンが制限される(典型的には、フィーチャの大きさは直径200nmよりも大きい必要があり、パターンは、フィーチャが互いに近すぎる場合にはスタンプの横方向の崩壊およびフィーチャが大きすぎる距離によって分離される場合にはルーフの崩壊によって制限される)。尖ったスタイラスが圧電性アクチュエータに取り付けられるSPLは、表面にパターン形成を行うために利用され、ナノパターン形成のために広く研究されてきた。AFMチップの硬い機械的強度のために、表面の擦過、エッチング、および酸化等の、表面へのエネルギー伝達を含む技術が確立されている。ディップペンナノリソグラフィー(DPN)は、表面に直接インクを転写するためのペンとして、インクで被覆された原子間力顕微鏡(AFM)のチップを使用する、走査プローブベースの分子印刷方法であり、チップと表面との間に形成される水性のメニスカスは、インク転写の溝として機能するため、表面上のチップの滞留時間とフィーチャエリアとの間に線形の関係が存在する。小さいチップ直径のため、15nm程度の狭い幅を有するラインを単結晶Au表面上に書き込むことができ、チップの移動を制御する圧電性アクチュエータの結果として、フィーチャ間のナノメートル登録による任意のパターンが、SPLの重要な機能である。ナノ粒子、DNA、たんぱく質、および種々の小さい分子のナノスケールパターンを書き込むためにDPNが用いられていることから、遺伝子チップ、HIV−1 p24抗原のアッセイ、バイオスクリーニング器具、ガス検出器、およびフォトマスク等に応用が行われているが、シングルペンDPNの書き込みスピードが遅いため、プロトタイピングへの応用を制限している。カンチレバー上に固定化された55,000本ものペンを含む大規模並列処理のペンアレイが微細加工されているが、これらのアレイは大きなコストがかかり、利用が難しいため、走査プローブリソグラフィーのスループットの向上は、いまだ研究対象となっている。
DPNおよびソフトリソグラフィーの要素を組み合わせる新しいチップベースの分子印刷方法であるポリマーペンリソグラフィー(PPL)の出現により、チップベースの分子印刷方法のスループットの問題が、最近になって解決された。PPLは、107ものピラミッド型チップを含むペンアレイを利用し、これらのアレイは、ナノスケールフィーチャの直径および登録と共に任意のパターンを作成するように、AFMの圧電性アクチュエータ上に搭載される。PPLは、DPNの時間依存のフィーチャの大きさの制御特性を維持するが、さらに、力の印加の際の弾性チップの変形のために、力依存のフィーチャの大きさの制御を使用できる。PPLの現状では、デジタル化されたパターンを、単一の書き込み動作において、80nmから、10μmを超える範囲の直径を有するフィーチャの作製を可能にする、フィーチャ直径および位置における100nm未満の制御で印刷可能である。
PPLの低コストおよび利用の容易さの特性を維持しながら、便利であり、かつPPLの制限を越えてサブミクロンのフィーチャを作成可能な、新規の大規模並列処理のチップベースの分子印刷方法を開発することが求められている。
本開示は、弾性バッキング層に固定される複数のチップを含むチップアレイに関する。チップは、金属、半金属、および/または半導体材料、例えばシリコン、硫化ガリウム、窒化ガリウム、および/またはヒ化ガリウムを含有し、各チップは、1μm未満の曲率半径を有する。いくつかの実施形態において、チップは、500nm未満、100nm未満、50nm未満、または25nm未満の曲率半径を有する。チップは、100μm未満の高さを有することができる。チップは、(バッキング層に固定される場合)100μm未満または50μm未満の、チップ底部の直径を有することができる。チップは、チップアレイ内で規則的な周期的パターンに配設できる。チップは、ピラミッド型、または特に、八角形のピラミッド型等の、同一形状にすることができる。
バッキング層は、少なくとも半透明、いくつかの場合においては、実質的に透明にすることができる。バッキング層は、例えばポリジメチルシロキサン(PDMS)等の弾性重合体を含有できる。いくつかの実施形態において、PDMSは、トリメチルシロキシ終端ビニルメチルシロキサン−ジメチルシロキサン共重合体、メチルヒドロシロキサン−ジメチルシロキサン共重合体、またはそれらの混合物を含有できる。
チップアレイは、随意には、バッキング層が接着される剛性支持体をさらに含むことができ、剛性支持体は、チップアレイのチップに対向し、かつバッキング層に平行に配置される。いくつかの実施形態において、剛性支持体は、ガラス製のスライドを含有する。種々の場合において、バッキング層および剛性支持体は、共に、少なくとも半透明または実質的に透明である。
チップおよびバッキング層は、合計で1mm未満の厚さを有することができ、剛性支持体が存在する場合、チップ、バッキング層、および剛性支持体は、合計で5mm未満または1mm未満の厚さを有することができる。
チップアレイは、随意には、チップの露出表面およびチップに隣接するバッキング層の表面上の被覆をさらに含むことができる。いくつかの場合において、被覆は導電性被覆である。チップアレイは、随意には、チップとバッキング層との間の接着層をさらに含むことができる。いくつかの場合において、接着層は、二酸化ケイ素を含有できる。
別の態様において、本明細書において、基板表面のサブミクロンスケールのパターン形成の方法が開示される。方法は、基板表面上のパターンを形成するために、本明細書内に開示されるように、基板表面を、チップアレイのチップのうちのすべてまたは実質的にすべてと接触させることを含むことができ、パターン形成は、インクの堆積、表面の陥凹形成、表面の穿刺、表面の切断、表面のエッチング、表面の酸化、表面からの材料の脱着、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される1つ以上のプロセスを含む。いくつかの場合において、チップアレイのチップのすべては、基板表面と接する。
種々の場合において、本方法は、パターン形成用組成物でチップアレイのチップを被覆することと、基板表面に接する際に、基板表面上にパターン形成用組成物を堆積させることと、被覆されたチップのうちのすべてまたは実質的にすべてによって、実質的に均一な第1の組の証印を形成することと、をさらに含むことができる。本方法は、チップアレイおよび/または基板表面の移動、および同じ大きさまたは証印の第1の組と異なる大きさにすることができる、第2の組の証印を形成するために、接触させるステップを繰り返すことをさらに含むことができる。パターン形成は、接触の間および/または1つ以上の接触させるステップの間に、チップアレイと基板表面との間の横方向の移動を制御することをさらに含むことができる。制御された移動により、例えばラインおよび/または事前に選択されたパターンを生じさせることができる。
種々の実施形態において、基板表面は、圧縮可能な材料を含有し、本方法は、基板とのチップアレイの各接触点における第1の組の陥凹および/または孔を形成することを含む。第2の組の孔および/または陥凹は、基板表面へチップを接触させる第2のステップによって形成できる。第1および第2の組の陥凹は、同じまたは異なる深さを有することができる。基板表面上に線形の擦過傷を形成するためのチップアレイおよび/または基板表面の横方向の移動。
チップアレイが導電性被覆をさらに含むいくつかの実施形態において、本方法は、基板表面とのチップの接触点において、基板表面上へ証印を形成するように、被覆されたチップを介して、基板表面へ電気エネルギーを伝送するように、チップアレイ上に電圧を印加することをさらに含むことができる。種々の特定の場合において、基板表面は、自己組織化単分子層(SAM)を含有し、本方法は、チップアレイとの接触点において、基板表面からSAMを脱着するための前記接触および印加ステップを実行することをさらに含む。いくつかの場合において、本方法は、電気エネルギーによる基板表面をエッチングすることを含む。
本明細書に記載される本方法において、本方法によって形成される証印、陥凹、または孔は、500nm未満、100nm未満、70nm未満、または50nm未満のフィーチャの大きさを有することができる。
本方法は、チップアレイのために少なくとも半透明のバッキング層材料を選択することと、入射光によってチップアレイを照射することと、をさらに含むことができ、基板表面を接触させることは、チップのうちのすべてまたは実質的にすべての付近および/または上でのバッキング層からの入射光の反射に変化が生じるまで、チップアレイおよび基板表面を互いに引き寄せることを含み、反射光における変化は、チップと基板表面との間の接触を示す。チップの水平化は、レーザーフィードバックを必要とせずに示される。
本方法は、バッキング層のために少なくとも半透明の材料を選択することと、バッキング層の内部表面、チップの後面、または両方からの入射光の内部反射を生じさせるように、入射光によってチップアレイを逆光照明することと、基板表面とのチップのサブセットの間の接触点まで、z軸に沿ってチップアレイのチップおよび基板表面を共に引き寄せることであって、接触は、基板表面に接するチップのサブセットのそれぞれに近接するバッキング層からの反射光の強化された強度によって示され、一方で、他のチップに近接する反射光の強度に変化がないことは接触していないチップを示す、引き寄せることと、基板表面と接触していないチップとの間の接触を実現するように、バッキング層の内部表面からの反射光の強度の差に応じて、互いに、チップアレイおよび基板表面の一方または両方を傾斜させることと、により、基板表面に対して、チップアレイのチップを水平化することと、をさらに含み、前記傾斜させることは、x軸、y軸および/またはz軸に沿って1回以上実行される。
別の態様において、本明細書に記載されるように、チップアレイを作製するための方法が本明細書に開示され、本方法は、シリコンウエハを提供することと、構造を形成するように、弾性バッキング層をシリコンウエハへ接着することと、チップ前領域を形成するように、シリコンウエハ上にマスクパターンを形成することと、バッキング層に付着されたピラミッド型シリコンチップを形成するように、エッチング溶液で、シリコンのチップ前領域とチップ前領域との間のシリコンとをエッチングすることと、を含む。本方法は、随意には、マスク材料として酸化ケイ素層を形成するように、シリコンウエハを熱的に酸化させることをさらに含むことができる。いくつかの場合において、接着ステップは、硬化していないバッキング層へのシリコンウエハへ接着することと、次いでバッキング層を硬化させることと、を含む。本方法は、随意には、エッチングの前に、不動態化材料でシリコンウエハの縁を不動態化することをさらに含むことができる。不動態化材料は、バッキング層と同じ材料にすることができる。いくつかの場合において、バッキング材料および/または不動態化材料は、PDMSを含有する。種々の場合において、バッキング層は、チップアレイのチップに対向して、かつバッキング層に平行に配置される剛性支持体、例えばガラス製のスライドをさらに含むことができる。種々の実施形態において、シリコンウエハは、随意には、弾性バッキング層との接着を向上させるための中間層を有する。いくつかの場合において、中間層は、二酸化ケイ素層を含有する。種々の実施形態において、エッチング溶液は、水酸化カリウムを含有できる。いくつかの場合において、本方法は、KOHによるエッチングの前に、シリコン領域の表面から自然酸化物を除去するように、非緩衝化フッ酸(HF)で、チップ前領域を含むシリコンウエハをエッチングすることをさらに含む。種々の場合において、本方法は、マスクパターンを形成するように、フッ酸(HF)で、二酸化ケイ素層を選択的にエッチングすることを含むことができる。
シリコンがチップ材料のために用いられる場合に大規模並列処理のハイブリッドシリコンペンナノリソグラフィー(MPH−SPN)と称され得る、新しい、大規模並列処理のハイブリッドチップベースの分子印刷方法が本明細書に記載される。本方法および装置は、広いエリアにおいて、直径30nm程度の小さいフィーチャで、表面上に分子パターンを作成するように、バッキング層上に載置されるチップ、例えばSiチップのアレイを利用する。本明細書に記載されるチップは、シリコンまたはシリコン含有チップに関連するものとして記載されているが、本発明はそのようには制限されず、金属、半金属、半導体材料、および/またはそれらの組み合わせを含むことができる。例えば、窒化ケイ素AFMプローブ、被覆されたおよび/または官能化AFMプローブ(例えば被覆、プラズマ処理、シラン処理された金属炭化物)、ダイヤモンドAFMプローブ、ガリウム含有材料(例えば窒化ガリウム、硫化ガリウム、ヒ化ガリウム)、および他の半導体材料が、当該技術において公知である。MPH−SPNは、例えば22nmまたはそれ以下の平均曲率半径を有する、大規模並列処理のチップアレイを作製するための新しい方法を提供する。弾性バッキングは、微細加工されたカンチレバーの必要性を回避し、複雑なフィードバックスキームを必要とせずに、すべてのチップが同時に表面に接触できるように、容易な整列手順を可能にするため、作製コストが削減される。MPH−SPNは、DPNと類似の時間依存フィーチャの大きさを示すが、力とフィーチャの大きさとの間には相関関係はなく、これが、MPH−SPNとポリマーペンリソグラフィー(PPL)、別の大量に平行チップベースのリソグラフィーとの間の重要な差である。力依存性が存在しないために、MPH−SPNは、34nm程度の小さいフィーチャを書きこむことができ、さらに、チップが硬いため、これらは、PPL内の場合と同様に、変形せず、パターンを形成するように表面にエネルギーを伝達できる。
MPH−SPNの機能を示すために、ペン当たり7000ドットの任意のパターンが、5,000ペンcm−2のMPH−SPNアレイで書き込まれており、ここで、平均のフィーチャの大きさは、表面上への直接のインクの堆積による、41±7nmのみであり、ポリマー表面に機械的に陥凹形成し、表面から分子を電気的に消去することにより、さらにパターンが書き込まれている。低コストの大規模並列処理の方法で書き込み能力、50nm未満のフィーチャの大きさ、および表面へ分子と同様にエネルギーを伝達する能力により、MPH−SPNは、研究および産業コミュニティによって幅広く適用されるナノリソグラフィー戦略である。
走査プローブリソグラフィーにおける大きな進歩は、多くの場合、新規のチップ設計および作製手順の結果によるものであり、MPH−SPNを可能にする主要な革新は、すべてのチップを同時に接触させるようにし、かつ広いエリアにおいて直径が30nm程度の小さいフィーチャを作製する、ばね状の弾性層上の極端に尖ったSiチップの大規模並列処理のアレイを作製するための新しい手順である(図1a)。MPH−SPNアレイのアーキテクチャは、ガラス製のスライド上に配置される弾性層に取り付けられる大規模並列処理のSiチップからなる。自己研磨ウェットエッチング手順によって作製されるSiチップは、約22nmの曲率半径を有するため、パターン内での50nm未満のフィーチャの容易な作製を可能にする。チップアレイはガラス製のスライド上で作製できるため、これらのアレイは、正確なチップ位置および走査プローブリソグラフィーの証明である登録を提供する、従来のAFMの圧電性アクチュエータ上に容易に載置できる。アレイが載置されるエラストマーおよびガラスの両方とも、透明にすることを選択でき、これは、チップが、視覚的に観察される基板表面に触れると生じるエラストマーの圧縮を可能にし、それにより、所望の場合に、基板表面に対してチップアレイの面を水平化するための単純な光学的方法を可能にする。
本明細書に記載される好適なチップアレイ作製手順は、2つの主要なステップ、つまり、フォトリソグラフィーおよび自己研磨エッチングステップ(図1b)を含む。重要な点として、微細加工ステップが不要であるため、シングルのカンチレバー結合AFMプローブは約40の費用がかかるのに対し、1×1cmペンアレイで約10ドルまで、製造コストが大幅に削減する。意図された利用に応じ、ペンアレイのピッチは、それぞれ、10,000/cm2および2,500/cm2のチップ密度に対応する、100〜200μmに意図して設定可能であり、密度は、例えば、30μmのピッチで、111,110/cm2(4インチウエハ内で9,007,700チップ)の高さにすることができる。
本方法は、チップが形成される基板ウエハ(例えばシリコン)を提供し、構造を形成するようにウエハへ弾性バッキング層を接着し、バッキング層に取り付けられるチップを形成するように、ウエハ材料をエッチングするステップを含むことができる。好適には、マスクパターンは、チップ前領域を形成するように、エッチング前にウエハ上に形成される。
一例として、ペンアレイを作成するために、随意にはウエハの各側に二酸化ケイ素(SiO2)層(例えば1μm厚さ)を有する、Siウエハ(例えば50μmの厚さ(100)の1×1cmのピース)を、硬化していないエラストマー上に配置した。SiO2の上部層はエッチングマスク材料として機能できるが、バッキング層と接触するウエハのSiO2層は、ウエハがエッチングされると、特定のPDMS弾性バッキング材料からチップが落下しないように、2つの表面の間の接着力を向上させることができる(図5)。バッキング層のエラストマーの随意の硬化後に、シリコン(例えばチップ前領域)上における正方形のSiO2マスクのアレイが、従来のフォトリソグラフィーおよび以降の緩衝化フッ酸(HF)エッチングによって、ウエハの<110>軸に沿って、上部SiO2層から作製される。チップは、チップ前領域のSiおよびエッチング溶液(例えば、それぞれ、88および50μm/時間の速度で、ウエハの(311)および(100)面をエッチングする40%(w/v)水性カリウム水酸化(KOH)溶液)内のチップ前領域の間のSiのエッチングによって作製される。好適な一実施形態において、エッチング中に、ウエハの側面がエッチング溶液に露出しないように、エラストマーまたはバッキング層(例えばPDMS)にSiウエハが埋め込まれることにより、表面上の(100)面より高速にエッチングする側面上に露出される(110)結晶面が保護される。他の実施形態において、当業者に認識されるように、ウエハの側面を、いずれかの他の適した方法および材料によって、エッチング液から保護することができる。側壁のエッチング速度、Rw/cosθ(θは側壁のスロープである)は、尖ったSiチップを形成するために、表面のエッチング速度Rfを超える必要がある。このため、異方性比ηcおよび自己研磨点の条件は、
で表され、これは、尖ったチップを形成するために床のエッチング速度が必要とするよりも、高速な側壁のエッチング速度を示す。(311)側壁および(100)床について、70℃で、40重量%のKOH内において、実験的な
が0.56として測定され、理論的なηcは3.33である。このパラメータは、KOHの重量%および/またはエッチングが生じる温度を変えるように変更することができる。シリコンを異方的にエッチングする他のエッチング溶液は、エチレンジアミン/ピロカテコール/水および水酸化テトラメチルアンモニウムを含む。
で表され、これは、尖ったチップを形成するために床のエッチング速度が必要とするよりも、高速な側壁のエッチング速度を示す。(311)側壁および(100)床について、70℃で、40重量%のKOH内において、実験的な
が0.56として測定され、理論的なηcは3.33である。このパラメータは、KOHの重量%および/またはエッチングが生じる温度を変えるように変更することができる。シリコンを異方的にエッチングする他のエッチング溶液は、エチレンジアミン/ピロカテコール/水および水酸化テトラメチルアンモニウムを含む。
生成されたチップアレイの分析から、この作製手順が、実際に、約22nmのチップ半径を有する大規模並列処理のSiペンアレイを実現することが明らかである(図2)。大規模並列処理のSiペンアレイは、アレイの剛性支持体であり、損傷なく脆いペンアレイの処理を行うことを可能にし、アレイをAFM上へ載置するためのプラットフォームである、ガラス製のスライド(図2a)上に固定化される。好適な実施形態において、弾性バッキングおよび剛性支持体は、共に、透明であり(図2b)、これにより、表面上へのチップの視覚的な水平化整列が可能になる。160μmのピッチのチップの走査型電子顕微鏡(SEM)画像は、47±0.9μmのチップの高さに相当して、30±0.6μmの底部幅でチップは著しく均一であり、これらが弾性表面に良好に接着することを示す(図6)(図2c)。SEMにより、表面交差角α1、α2およびウエハの<100>面に対する面の交差の回転φは、それぞれ、127.2、143.3、および18.3°(図2d)であることがわかっており、これは、126.9、143.1、および18.4°の(311)の、これらのものの理論的な値と完全に対応するため、チップの側壁が(311)面であることを示す。重要な点として、アレイのSiチップ半径は、22±3nm(図2e)であることがわかっており、これは、H2O内の40%KOHのエッチング条件において、自己研磨が実現されることを示す。チップ半径は、エッチング条件を変える、例えばエッチング中のKOH濃度および溶液温度を変えることにより、5nmまで小さくできる。SiO2のエッチングマスクおよび同質のKOHエッチングによる、このエッチング手順は、99%を超えるチップ収率を提供する。この実験に用いられるウエハは10%の厚さ変動(50±5μm、Electroic Materials Ltd.,TX)を有するため、チップ高さは最大で10%変動できる。
大規模並列処理の様式で50nm未満のフィーチャ直径を有する表面上へ、直接、分子の任意のパターンを印刷する機能は、MPH−SPNを他のパターンの形成方法から際立たせる。任意のパターンを作製する機能、時間依存フィーチャ直径制御、および再現可能な50nm未満のフィーチャの反復印刷を含む、MPH−SPNの分子印刷機能が、16−メルカプトヘキサデカン酸(MHA)を熱的に蒸発された多結晶ラインAu表面上へ印刷することにより、示された。MHAがAu表面上に堆積する場合、これは、Au−S結合の形成の結果、Au表面上に自己組織化した単分子層(SAM)を形成する。重要な点として、Auは、MHAによって被覆されない領域から選択的にエッチングすることができ、Auナノ構造は、SEMによって容易に特徴付けられる。MPH−SPNチップアレイは、傾斜ステージ、湿度、特化された走査ヘッド(図3a)、およびパターン内の各フィーチャについて、位置、滞留時間、およびz−圧電拡張を制御することができるリソグラフィーソフトウェアを制御するための環境チャンバを特別に装備する、XE−150AFMプラットフォーム(Park Systems,Korea)上へ、以降載置される、ペンアレイ上へ、MHAのエタノール溶液をスピン被覆することにより、インクが付着された。DPNからの排出時、書き込み中に、レーザーフィードバックは不要であり、むしろ、表面上にチップが押される際のエラストマーの圧縮、およびそうして生じた外見上の変化が、表面にチップが接触しており、書き込みが生じていることを示すために用いられる。この光学信号は、さらに、表面の面に対してチップアレイの面を水平化するように用いられ、ペンアレイの傾斜角は、z−圧電拡張時において、すべてのチップが同時に表面に接触するまで調整される(図3b)。チップアーキテクチャの弾力性の証明として、z−圧電は、チップが表面に接した後で、および支持体を破損させずに反発するチップの後退の際に、100μmまで拡張されている。
PPLにおいて、重合体チップの圧縮のために、ペンアレイと表面との間の力および生成されたフィーチャの縁長さの間の線形の関係が存在するが、MPH−SPNでは、Siチップは圧力で変形しないため、こうした関係は観察されない。MPH−SPNの力依存の性質が、以下の実験によって示された。ポリ(エチレングリコール)が、滞留時間0.5秒、湿度80%、およびz−圧電拡張値範囲4〜12μmで、シングルペンによって書き込まれるフィーチャの大きさに大きな偏向なく、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)で被覆されたSi表面上に書き込まれた(図7)。フィーチャの大きさの、このパターンにおいて見られる力への依存の欠如は、表面へ接触するために第1のペン上にかかる力を増加させた結果として、フィーチャの大きさに影響させずに、すべてのチップが表面に接触するまでz−圧電を拡張することにより、MPH−SPNアレイ内のすべてのペンをどのように表面に接触させることができるかを示す。DPNにおいて、インクは、チップと表面との間に形成されるメニスカス中に拡散するため、フィーチャ直径の正確な制御が実現され、これにより、フィーチャのエリアと滞留時間1/2との間に線形の相関関係が生じる。フィーチャと滞留時間との間のこの相関関係は、フィーチャの滞留時間が変動するパターンを書き込むことにより、MPH−SPN実験に関連して調査された。50%の湿度で1秒〜15秒の滞留時間で書き込まれるドットにより、それぞれ261±22〜1002±32nmの直径のフィーチャが生じ(図3c)、特定の実験条件下では13秒の滞留時間を越えるフィーチャの大きさの飽和が生じるようであるが、この線形の関係は維持されることを示す(図8)。湿度が15%に低下する場合、34±3nm程度の小さいフィーチャが、0.01秒の滞留時間(図3d)で、複製的に(reproducibly)得られる。
さらに、これらのSiペンアレイによって、材料(インク)ではなく、表面へのエネルギー伝達能力が示された(図9)。PMMA表面内の孔のアレイを作成するためにMPH−SPNが用いられた。ペンアレイが、1μmの拡張、湿度30%および0.5秒の接触時間で、ポリマーへと縮小され、これにより、5.1±0.8nmの平均深さおよび38±4nmの幅、100nmのピッチ距離の孔が生じ(図3eおよび図10)、こうして、パターン密度は65ギガバイト(Gb)in−2となる。この結果は、技術が、大規模な重合体膜上の高密度データ記憶装置の応用を作成するために用いられる場合に、特に重要である。
これらのペンアレイが、さらに、電気エネルギーを表面に伝達可能であることを示すために、ペンアレイは、Auで被覆され、電源に取り付けられ、MHAで被覆されたAu表面と接触させられた。MHASAMを選択的に除去するための、接触時間5秒、湿度30%での−5Vの印加後、Auは、電圧が印加され、孔のアレイが残る位置に相当する、SAMが除去されたエリアからエッチングされた(図3f)。
DPNおよびPPLのMPH−SPNとの違いは、直径が50nm未満であるフィーチャによる、大規模並列処理の任意のパターンを形成できるということである。これらの能力の証明として、米国ドル紙幣でのピラミッドのビットマップ表現が、画像をドットマトリクス表現に変換する、カスタムソフトウェアへロードされる。コンピュータで生成されたパターンは、対応する位置座標および各ドットに必要な必要滞留時間による、6,982個のドットからなる(図4a)。パターンは、MHAによる5,000ペンのMPH−SPNアレイ(1cm×1cm)のインク付着およびAu表面上への書き込みにより(0.01秒の接触時間および40%の湿度)、書き込まれた。図4aおよびbは、ビットマップ画像および30×33μmの生じたAuのパターン形成された画像である(図11)。それらのビットマップ画像から複雑なパターンが正確に再現され、フィーチャ間の登録は150nmであった。個別のドットを明確に分解するために、画像の大きさは、6,982ドット(0.01秒の接触時間および30%の湿度)の数を維持しながら、55×60μm(ドット間距離が270nm)に拡大された。1cm2基板において生成される約20,000の複製物(収率>99%)の代表的な部分は、それらの均一性を示す(図4c)。パターンの均一性は、表面エッチング、チップ形態、およびインク被覆の変動によって影響を受け得る。重要な点として、パターンの縁において(図4d)、個別のドットが明確に見られ、そのフィーチャの大きさは、図4内のi−ivの拡大された画像に示されるように、41±7nmであった。これらのフィーチャのすべてを作製するために必要な総時間は約50分であり、この時間は、スキャナ速度の高速化によって短縮できる。
Siで構成されるAFMスタイラスは、長期間の使用後に磨耗することが知られている。この現象を調査するために、本明細書に記載されるプロセスに従って製造された載置されるチップアレイが、チップの形状上のペンにより、表面における繰り返しの接触の影響を評価するために、SEMによって画像撮影された。事実、50,000回の接触後に大きな磨耗が生じ、ペンチップが使えなくなったことがわかった(図12)。そのため、最も小さいフィーチャ直径を実現するためには、本明細書に開示されているように新しいチップアレイのみを使用する必要がある。しかし、より古い、使用済みのペンは、より大きいフィーチャの大きさのパターンの形成には有用であり得る。加えて、または代替的に、ペンを、エッチング溶液、例えばKOHに露出させることにより、再び先鋭化させることができる。
要するに、表面への分子の直接の堆積または表面へのエネルギーの伝達のいずれかによって、連続して、34nm程度の小さい直径を有するフィーチャの大規模並列処理のパターンを作成できる、MPH−SPMと称される新しいチップベースのナノパターンの形成方法が、本明細書に示される。重要な点として、各ペンアレイのコストはシングルAFMチップのコストより少なく、従来のAFM装置を使用して実行できる。
シリコンペンチップアレイ
本明細書に開示されたチップアレイは、弾性バッキング層に固定された複数のチップ(例えばシリコンまたはシリコン含有)を含む。バッキング層は、少なくとも半透明、または好適には実質的に透明にすることができる。バッキング層は、例えば、約50μm〜約1000μm、約50μm〜約500μm、約50μm〜約250μm、または約50μm〜約200μm、または約50μm〜約100μmの範囲のいずれかの適した厚さを有することができる。
本明細書に開示されたチップアレイは、弾性バッキング層に固定された複数のチップ(例えばシリコンまたはシリコン含有)を含む。バッキング層は、少なくとも半透明、または好適には実質的に透明にすることができる。バッキング層は、例えば、約50μm〜約1000μm、約50μm〜約500μm、約50μm〜約250μm、または約50μm〜約200μm、または約50μm〜約100μmの範囲のいずれかの適した厚さを有することができる。
弾性バッキング層は、弾性重合体材料を含有する。バッキング層内の使用に適した重合体材料は、線形または分岐したバックボーンを有することができ、架橋または非架橋にすることができる。架橋剤は、ポリマー分子の間の2つ以上の共有結合を形成できる多機能モノマーを指す。架橋剤の非制限的な例は、トリメタクリル酸トリメチロールプロパン(TMPTMA)、ジビニルベンゼン、2−エポキシ、3−エポキシ、4−エポキシ、2−ビニルエステル、3−ビニルエステル、4−ビニルエーテル、およびそれらの組み合わせ等を含む。
架橋されたエラストマーができるように、熱可塑性または熱硬化性重合体を使用できる。概して、重合体は、多孔質および/または非晶質にすることができる。シリコン重合体およびエポキシ重合体の一般的な種類の重合体を含む、種々の弾性重合体材料が考えられる。例えば、25℃未満またはより好適には−50℃未満等の、低いガラス遷移温度を有する重合体を使用できる。芳香族アミン、トリアジン、および脂環式バックボーンに基づく化合物の他に、ビスフェノールAのジグリシジルエーテルを使用できる。別の例は、ノボラック重合体を含む。他の考えられる弾性重合体は、メチルクロロシラン類、エチルクロロシラン類、およびフェニルクロロシラン類、ポリジメチルシロキサン(PDMS)を含む。他の材料は、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリウレタン、ポリイソプレン、ポリアクリル酸ゴム、フルオロケイ酸ゴム、およびフルオロエラストマーを含む。
バッキング層で用いられてもよい適した重合体のさらなる例は、米国特許番号第5,776,748号、米国特許番号第6,596,346号および米国特許番号第6,500,549号に記載され、それぞれ、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。他の適した重合体は、He et al.,Langmuir2003,19,6982−6986号、Donzel et al.,Adv.Mater.2001,13,1164−1167号、およびMartin et al.,Langmuir,1998,14−15,3791−3795号によって開示されたものを含む。ポリジメチルシロキサン等の疎水性重合体は、例えば、強酸化剤の溶液または酸素プラズマへの露出により、化学的または物理的に修正できる。いくつかの場合において、弾性重合体はビニルおよびヒドロシランプレポリマーの混合物であり、ビニルプレポリマー:ヒドロシラン架橋剤の重量比は、約5:1〜約20:1、約7:1〜約15:1、または約8:1〜約12:1である。
チップアレイのチップは、いずれの所望の数にすることもでき、考えられるチップの数は、約100のチップ〜約1500万以上のチップを含む。チップアレイのチップ数は、約100万超、約200万超、約300万超、約400万超、500万チップ超、600万超、700万超、800万超、900万超、1000万超、1100万超、1200万超、1300万超、1400万超、または1500万超のチップにすることができる。
チップおよびバッキング層を含むチップアレイは、例えば約50μm〜約5mm、約50μm〜約100μm、または約1mm〜約5mmの範囲のいずれかの適した厚さを有することができる。例えば、チップアレイは、約50、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、または5000μmの最小の厚さを有することができる。例えば、バッキング層は、約50、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、または5000μmの最大の厚さを有することができる。
チップアレイは、剛性支持体に取り付けることができる。剛性支持体は、存在する場合、チップアレイのチップに対向して、かつバッキング層に平行に配置される。いくつかの場合において、剛性支持体は、少なくとも半透明、または、実質的に透明である。いくつかの場合において、バッキング層および剛性支持体は、共に、少なくとも半透明または実質的に透明である。剛性支持体の非制限的な例は、ガラス、シリコン、石英、セラミック、重合体、またはいずれかのそれらの組み合わせから形成されたを含む。剛性支持体は、好適には非常に剛性であり、その上にチップアレイを載置する非常に平坦な表面を有する。チップアレイおよび随意の剛性支持体の合計厚さは、いずれかの所望の厚さ、例えば、約50μm〜約5mmの範囲にすることができる。合計の厚さは、例えば、約5mm未満、1mm未満、約750μm未満、または約500μm未満にすることができる。
チップアレイは、カンチレバー状になっておらず、必要に応じて、それらの間にいずれかの形状または間隔(ピッチ)を有するように設計できるチップ(例えばシリコンまたはシリコン含有)を含む。各チップの形状は、アレイの他のチップと同じまたは異なるものにすることができ、好適にはチップは、共通の形状を有する。考えられるチップ形状は、球状体、半球状体、環状体、多面体、円錐、円筒、およびピラミッド(例えば三角面または正方形面または八角形面)を含む。チップは、ランダムに、または好適には規則的な周期的パターン(例えば行および列で、円形のパターンで等)で配設できる。
チップは、バッキング層に固定されたベース部分を有する。ベース部分は、好適にはチップ端部分よりも大きい。チップのベース部分は、例えば約1μm〜約50μm、または約5μm〜約50μmの範囲、または100μm未満、または50μm未満の、いずれかの適した寸法の直径を有することができる。例えば、チップのベースの最小直径は、約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、2022、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48、または50μmにすることができる。例えば、チップのベースの最大直径は、約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48、または50μmにすることができる。
チップの好適な形状は、ピラミッド型、より好適には、八角形のピラミッド型である。チップの基板接触(チップ端)部分は、それぞれ、例えば約5nm〜約1μmの範囲のいずれかの適した寸法の曲率半径を有することができる。例えば、最小曲率半径は、約5、10、15、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、または1000nmにすることができる。チップの基板接触部分は、それぞれがサブミクロンのパターン、例えば約500nm未満、100nm未満、50nm未満、または25nm未満の曲率半径を形成するためにふさわしいように、好適には尖っている。
隣接するチップの間のチップ間間隔(チップピッチ)は、例えば約1μm〜約10mm超、または約20μm〜約1mmの範囲の、いずれかの所望の寸法にすることができる。例えば、最小チップ間間隔は、約1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、または10mmにすることができる。例えば、最大チップ間間隔は、約1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、または10mmにすることができる。
チップアレイのチップは、いずれかの所望の高さを有するように設計することができ、好適には、チップの高さは、約50nm〜100μm未満、約50nm〜約90μm、約50nm〜約80μm、約50nm〜約70μm、約50nm〜約60μm、約10μm〜約50μm、約50nm〜約40μm、約50nm〜約30μm、約50nm〜約20μm、約50nm〜約500nm、約50nm〜約400nm、約50nm〜約300nm、約50nm〜約200nm、または約50nm〜約100nmの範囲である。例えば、最小高さは、約50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、または50μmにすることができる。例えば、最大高さは、約50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、または100μmにすることができる。
チップアレイは、随意には、チップとバッキング層との間の接着強化層を含むことができる。この層は、チップ−バッキング層接着の安定性を増加させる、および/またはチップおよびバッキング層が接着される容易度を増加させることができる。接着強化層は、弾性バッキング層全体上、または随意には選択された領域のみ(例えば各チップと弾性バッキング層との間)に配置できる。接着強化層の非制限的な一例は、二酸化ケイ素層である。他の例は、エポキシ樹脂または他の接着材料を含む。
チップアレイは、随意には、チップの露出表面上、さらに随意には、チップに隣接するバッキング層の表面上に配置される被覆をさらに含むことができる。この被覆は、例えば導電性材料(例えば電気エネルギーを導電可能な材料)を含有できる。導電性被覆の非制限的な例は、金、銀、チタニウム、ニッケル、銅、導電性金属、導電性金属合金、またはそれらの組み合わせを含む。
パターンの形成方法
MPH−SPNは、本明細書に開示されるチップアレイを載置させることができる任意の適したプラットフォーム、例えば、Park AFMプラットフォーム(XEP,Park Systems Co.,Suwon,Korea)を使用して実行することができる。
MPH−SPNは、本明細書に開示されるチップアレイを載置させることができる任意の適したプラットフォーム、例えば、Park AFMプラットフォーム(XEP,Park Systems Co.,Suwon,Korea)を使用して実行することができる。
本明細書に開示されるように、チップアレイは、基板表面に接触させることができ、これにより、チップアレイのチップのすべてまたは実質的にすべてが、基板表面に接触する。基板表面とのチップの接触は、基板表面上へパターンを形成するために使用できる。これらのパターンは、いずれかの適したプロセス、例えば、パターン形成用組成物(例えばインク)の堆積、表面の陥凹形成、表面の穿刺、表面の切断、表面のエッチング、表面の酸化、表面からの材料の脱着、またはそれらの組み合わせのうちの1つ以上によって形成できる。
インクが堆積される場合、本方法は、随意には、接触させるステップの前、パターン形成用組成物(例えばインク)によるチップアレイのチップの被覆をさらに含む。いくつかの場合において、パターン形成用組成物は、基板表面をエッチングするエッチング液または成分および/または基板表面を酸化させる酸化剤または成分を含有する。チップの接触時間は、基板表面上のいずれかの特定の点における所望のパターン形成用組成物の量によって、いずれかの適した時間、例えば約0.001秒〜約60秒の範囲にすることができる。
表面の陥凹形成、穿刺、および/または切断によるパターンの形成は、基板が、開示されたチップアレイのシリコンチップにより、陥凹形成、穿刺、または切断できる圧縮または軟質材料を含有する実施形態において行うことができる。形成された陥凹は、例えば約5nm〜約1000μmの深さに形成できる。実際には、陥凹の最大の大きさは、基板厚さおよび/またはチップ寸法に依存する。
表面からの材料の脱着によるパターンの形成は、導電性被覆層を含むようにさらに修正されるチップアレイにおける電圧の印加によって生じることができる。電気エネルギーが表面へ伝達できるように、直接の接触によってまたはチップおよび基板表面が十分近い場合に、電気エネルギーは導電性材料被覆チップから基板表面へ伝達できる。基板表面上の適した材料を、次いで、電気エネルギーの伝達時に、表面から脱着できる。電気エネルギーの印加時に脱着できる材料の非制限的な例は、16−メルカプトヘキサデカン酸(MHA)またはオクタデカンチオール(ODT)である。他の非制限的な例は、アルカンチオール(例えば金の基板表面上に吸収できる)およびホスホン酸(例えば二酸化ケイ素表面上に吸収できる)を含む。いくつかの場合において、材料は基板表面から脱着され、次いで露出表面が修正される(例えば、別々のステップで、エッチング、本明細書に開示されるようにパターン形成、酸化等される)。特定の例において、露出表面が、電気エネルギーでエッチングされる。
基板表面は、複数回、チップアレイと接触でき、チップアレイ、基板表面または両方は、基板表面の異なる部分が接触できるように、互いに横方向に移動する。各接触させるステップの時間は、所望のパターンに応じて、同じまたは異なるようにできる。証印またはパターンの形状には実際的な制限はなく、ドット、ライン(例えば、個別のドットからまたは連続的に形成される直線または曲線)、事前に選択されたパターン、またはいずれかのそれらの組み合わせを含むことができる。
開示された方法から生成された証印は、高い類似度を有し、このため、大きさ、および好適には形状においても均一または実質的に均一である。個別の証印のフィーチャの大きさ(例えばドットまたはライン幅)は非常に均一であり、例えば約5%、または約1%、または約0.5%。許容差は、約0.9%、約0.8%、約0.7%、約0.6%、約0.4%、約0.3%、約0.2%、または約0.1%内の許容差内である。フィーチャの大きさおよび/または形状の非均一性は、サブミクロンタイプのパターン形成には望ましくない可能性がある、証印の粗さを生じさせる可能性がある。
フィーチャの大きさは、約10nm〜約1mm、約10nm〜約500μm、約10nm〜約100μm、約50nm〜約100μm、約50nm〜約50μm、約50nm〜約10μm、約50nm〜約5μm、または約50nm〜約1μmにすることができる。フィーチャの大きさは、1μm未満、約900nm未満、約800nm未満、約700nm未満、約600nm未満、約500nm未満、約400nm未満、約300nm未満、約200nm未満、約100nm未満、約90nm未満、約80nm未満、約70nm未満、約60nm未満、または約50nm未満にすることができる。
チップアレイのバッキング層は、少なくとも半透明の材料を含有できる。本明細書に開示された方法には、入射光によってチップアレイを照射することをさらに含むことができ、チップが基板表面と接触すると、チップのすべてまたは実質的にすべて上で、バッキング層内の入射光反射に変化が生じ、光反射内の変化は、チップと基板表面との間の接触を示す。光は、チップの後ろから、および/またはチップ付近の近くのバッキング層内で反射し、チップが基板表面に接触すると、チップおよび/またはバッキング層の後ろからの光反射に変化が生じる。基板表面上へのチップアレイの水平化を光学的に監視するために、反射のこの変化を使用できる。このため、チップアレイの水平化は、DPNチップアレイが、典型的には、それらのチップアレイの水平化の監視に役立つ必要がある、レーザーフィードバックの不在時に実行できる。
開示されたチップアレイのチップが多く、それらの大きさが小さいため、実際、チップのすべてが表面に接触するかどうかを確実に知ることは困難または不可能であり得る。例えば、チップまたは基板表面の欠陥、あるいは基板表面内の不規則性は、他のすべてのチップが均一に接触する一方で、1つのチップが接触しないという結果をもたらし得る。このため、開示された方法は、(例えば検出可能な程度まで、または材料の限度および作製許容差内で)基板表面と接触するために、チップの少なくとも実質的にすべてを提供する。例えば、チップの少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、または少なくとも99%は、基板表面と接触する。
パターン形成用組成物
開示された方法で使用するために適したパターン形成用組成物は、同質および異質の組成物の両方を含み、異質の組成物は、1つよりも多い成分を有する組成物を指す。パターン形成用組成物は、チップアレイ上に被覆される。本明細書で用いられるように「被覆」という用語は、パターン形成用組成物を指す場合に、チップアレイの被覆、およびパターン形成用組成物のチップアレイによる脱着および吸収の両方を指す。パターン形成用組成物によるチップアレイの被覆の際に、パターン形成用組成物は、チップアレイを用いて、基板表面上にパターン形成できる。
開示された方法で使用するために適したパターン形成用組成物は、同質および異質の組成物の両方を含み、異質の組成物は、1つよりも多い成分を有する組成物を指す。パターン形成用組成物は、チップアレイ上に被覆される。本明細書で用いられるように「被覆」という用語は、パターン形成用組成物を指す場合に、チップアレイの被覆、およびパターン形成用組成物のチップアレイによる脱着および吸収の両方を指す。パターン形成用組成物によるチップアレイの被覆の際に、パターン形成用組成物は、チップアレイを用いて、基板表面上にパターン形成できる。
パターン形成用組成物は、液体、固体、半固体等にすることができる。使用に適したパターン形成用組成物は、分子溶液、ポリマー溶液、ペースト、ゲル、クリーム、にかわ、樹脂、エポキシ、接着剤、金属膜、粒子状物質、はんだ、エッチング液、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに制限されない。
パターン形成用組成物は、単分子層形成種、薄膜形成種、油、コロイド、金属、金属合成物、酸化金属、セラミック、有機種(例えば小さい分子、重合体、ポリマー前駆物質、たんぱく質、抗体等の炭素・炭素結合を含む部分)、重合体(例えば、単一および二重鎖DNA、RNA等の非生物学的重合体および生物学的重合体の両方)、ポリマー前駆物質、デンドリマー、ナノ粒子、およびそれらの組み合わせ等であるが、これらに制限されない材料を含むことができる。いくつかの実施形態において、パターン形成用組成物のうちの1つ以上の成分は、基板、例えば、化学結合の形成、イオン相互作用、ファンデルワールス相互作用、静電相互作用、磁力、接着、およびそれらの組み合わせによる、基板との関連付けのために適した官能基を含む。
いくつかの実施形態において、組成は、その粘度を制御するように策定できる。インク粘度を制御できるパラメータは、溶剤組成、溶剤濃度、より濃い組成物、より濃い濃度、成分の粒子の大きさ、重合体成分の分子重量、重合体成分の架橋の度合い、成分の空隙率(つまり多孔性)、成分の膨張性、インク成分(例えば溶剤増粘剤の相互作用)間のイオン相互作用、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに制限されない。
いくつかの実施形態において、パターン形成用組成物は、溶剤、増粘剤、イオン種(例えば陽イオン、陰イオン、両性イオン等)、担体マトリクス(例えばポリエチレングリコールまたはアガロース)等の添加剤を含有し、その濃度は、粘度、誘電率、導電性、弾力性、密度等のうちの1つ以上を調整するように選択できる。
適した増粘剤は、カルボキシアルキルセルロース誘導体(例えばナトリウムカルボキシメチルセルロース)、アルキルセルロース誘導体(例えばメチルセルロースおよびエチルセルロース)、部分的に酸化されたアルキルセルロース誘導体(例えばヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースおよびひヒドロキシプロピルメチルセルロース)、でんぷん、ポリアクリルアミドゲルの金属塩、ポリ−N−ビニルピロリドンのホモポリマー、ポリ(アルキルエーテル)(例えば酸化ポリエチレン、ポリエチレングリコール、および酸化ポリプロピレン)、アガー、アガロース、キサンタンガム、ゼラチン、デンドリマー、コロイド状二酸化ケイ素、脂質(例えば脂肪、油、ステロイド、ろう、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、およびアラキドン酸等の脂肪酸グリセリド、およびホスホコリンから等の脂質二重層)およびそれらの組み合わせを含むが、これらに制限されない。いくつかの実施形態において、増粘剤は、パターン形成用組成物の重量による、約0.5%〜約25%、約1%〜約20%、または約5%〜約15%の濃度で存在する。
パターン形成用組成物に適した溶剤は、水、C1−C8アルコール(例えばメタノール、エタノール、プロパノールおよびブタノール)、C6−C12直鎖、分岐したおよび環状炭化水素(例えばヘキサンおよびシクロヘキサン)、C6−C14アリルおよびアラルキル炭化水素(例えばベンジンおよびトルエン)、C3−C10アルキルケトン(例えばアセトン)、C3−C10エステル(例えば酢酸エチル)、C4−C10アルキルエーテル、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに制限されない。いくつかの実施形態において、パターン形成用組成物の重量により、約1%〜約99%、約5%〜約95%、約10%〜約90%、約15%〜約95%、約25%〜約95%、約50%〜約95%、または約75%〜約95%の濃度で、溶剤が存在する。
パターン形成用組成物は、エッチング液を含有できる。本明細書で用いられるように、「エッチング液」は、表面の一部を除去するように、表面と反応できる成分を指す。このため、エッチング液は、表面との反応、および基板から除去可能な揮発性および/または水溶性材料のうちの少なくとも1つの形成、または例えば清浄あるいは消毒方法によって、基板から除去可能な残留物、粒子状物質または残留物質によって、減法(subtractive)フィーチャを形成するために用いられる。いくつかの実施形態において、パターン形成用組成物の重量により、約0.5%〜約95%、約1%〜約90%、約2%〜約85%、約0.5%〜約10%、または約1%〜約10%の濃度で、エッチング液が存在する。
本明細書に開示された方法で使用するために適したエッチング液は、酸性エッチング液、塩基性エッチング液、フッ化ベースのエッチング液、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに制限されない。本発明での使用に適した酸性エッチング液は、硫酸、トリフルオロメタンスルホン酸、フルオロスルホン酸、トリフルオロ酢酸、フッ酸、塩酸、カルボラン酸、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに制限されない。本発明での使用に適した塩基性エッチング液は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、テトラアルキルアンモニウム水酸化アンモニア、エタノールアミン、エチレンジアミン、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに制限されない。本発明での使用に適したフッ化ベースのエッチング液は、フッ化アンモニウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化ルビジウム、フッ化セシウム、フッ化フランシウム、フッ化アンチモン、フッ化カルシウム、テトラフルオロホウ酸アンモニウム、テトラフルオロホウ酸カリウム、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに制限されない。
いくつかの実施形態において、パターン形成用組成物は、反応成分を含む。本明細書で用いられるように、「反応成分」は、基板との化学的相互作用を有する合成物または種を指す。いくつかの実施形態において、インク内の反応成分は、基板に浸透または拡散する。いくつかの実施形態において、反応成分は、基板の表面上の露出された官能基との結合を、変質、結合または促進させる。反応成分は、イオン、活性酸素、金属、酸、塩基、金属塩、有機試薬、およびそれらの組み合わせを含むことができるが、これらに制限されない。反応成分は、制限なく、チオール、水酸化物、アミン、シラノール、シロキサン等の単分子層形成種、および当業者に公知の他の単分子層形成種をさらに含む。反応成分は、パターン形成用組成物の、約0.001%〜約100%、約0.001%〜約50%、約0.001%〜約25%、約0.001%〜約10%、約0.001%〜約5%、約0.001%〜約2%、約0.001%〜約1%、約0.001%〜約0.5%、約0.001%〜約0.05%、約0.01%〜約10%、約0.01%〜約5%、約0.01%〜約2%、約0.01%〜約1%、約10%〜約100%、約50%〜約99%、約70%〜約95%、約80%〜約99%、約0.001%、約0.005%、約0.01%、約0.1%、約0.5%、約1%、約2%、または約5%重量の濃度で存在できる。
パターン形成用組成物は、導電性および/または半導電性成分をさらに含有できる。本明細書で用いられるように、「導電性成分」は、電荷を伝達または移動できる合成物または種を指す。導電性および半導電性成分は、金属、ナノ粒子、重合体、クリームはんだ、樹脂、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに制限されない。いくつかの実施形態において、導電性成分は、パターン形成用組成物の重量により、約1%〜約100%、約1%〜約10%、約5%〜約100%、約25%〜約100%、約50%〜約100%、約75%〜約99%、約2%、約5%、約90%、約95%の濃度で存在する。
パターン形成用組成物内での使用に適した金属は、遷移金属、アルミニウム、シリコン、リン、ガリウム、ゲルマニウム、インジウム、すず、アンチモン、鉛、ビスマス、それらの合金、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに制限されない。
いくつかの実施形態において、パターン形成用組成物は、半導電性重合体を含有する。本発明での使用に適した半導電性重合体は、ポリアニリン、ポリ(3、4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリ(スチレンスルホン酸塩)、ポリピロール、アリーレンビニレン重合体、ポリフェニレンビニレン、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリイミダゾール、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに制限されない。
パターン形成用組成物は、絶縁成分を含むことができる。本明細書で用いられるように、「絶縁成分」は、電荷の移動または伝達に耐える合成物または種を指す。いくつかの実施形態において、絶縁成分は、約1.5〜約8約1.7〜約5、約1.8〜約4、約1.9〜約3、約2〜約2.7、約2.1〜約2.5、約8〜約90、約15〜約85、約20〜約80、約25〜約75、または約30〜約70の誘電率を有する。本明細書に開示された方法で使用するのに適した絶縁成分には、重合体、酸化金属、金属炭化物、金属窒化物、それらの単量前駆物質、それらの粒子、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに制限されない。適した重合体は、ポリジメチルシロキサン、シルセスキオキサン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに制限されない。いくつかの実施形態において、例えば、絶縁成分は、パターン形成用組成物の重量により、約1%〜約95%、約1%〜約80%、約1%〜約50%、約1%〜約20%、約1%〜約10%、約20%〜約95%、約20%〜約90%、約40%〜約80%、約1%、約5%、約10%、約90%、または約95%の濃度で存在する。
パターン形成用組成物は、マスキング成分を含むことができる。本明細書で用いられるように、「マスキング成分」は、反応の際、周囲の表面と反応できる種に対して耐える表面フィーチャを形成する合成物または種を指す。本発明での使用に適したマスキング成分は、「レジスト」(例えばフォトレジスト、化学的レジスト、自己組織化単分子層等)として、従来のフォトリソグラフィー方法で通常利用される材料を含む。開示された方法での使用に適したマスキング成分は、ポリビニルピロリドン、ポリ(エピクロロヒドリン−共−エチレンオキシド)、ポリスチレン、ポリ(スチレン−共−ブタジエン)、ポリ(4−ビニルピリジン−共−スチレン)、アミン終端ポリ(スチレン−共−ブタジエン)、ポリ(アクリロニトリル−共−ブタジエン)、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−エチレン−ブチレンブロック線形共重合体、ポリスチレン−ブロック−ポリ(エチレン−ラン−ブチレン)−ブロック−ポリスチレン、ポリ(スチレン−共−無水マレイン酸)、ポリスチレン−ブロック−ポリ(エチレン−ラン−ブチレン)−ブロック−ポリスチレン−グラフト−無水マレイン酸、ポリスチレン−ブロック−ポリイソプレン−ブロック−ポリスチレン、ポリスチレン−ブロック−ポリ(エチレン−ラン−ブチレン)−ブロック−ポリスチレン、ポリノルボルネン、ジカルボキシ終端ポリ(アクリロニトリル−共−ブタジエン−共−アクリル酸)、ジカルボキシ終端ポリ(アクリロニトリル−共−ブタジエン)、ポリエチレンイミン、ポリ(炭酸ウレタン)、ポリ(アクリロニトリル−共−ブタジエン−共−スチレン)、ポリ(ビニル塩化)、ポリ(アクリル酸)、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリ(メチルメタクリレート−共−メタクリル酸)、ポリイソプレン、ポリ(1,4−テレフタル酸ブチレン)、ポリプロピレン、ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(1,4−硫化フェニレン)、ポリリモネン、ポリ(ビニルアルコール−共−エチレン)、ポリ[N、N’−(1、3−フェニレン)イソフタルアミド]、ポリ(1,4−フェニレンエーテル−エーテル−スルホン)、ポリ(エチレンオキシド)、ポリ[テレフタル酸ブチレン−共−テレフタル酸ポリ(アルキレングリコール)]、ポリ(エチレングリコール)ジアクリレート、ポリ(4−ビニルピリジン)、ポリ(DL−ラクチド)、ポリ(3,3’、4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボキシ酸二無水物−共−4,4’−オキシ二アニリン/1,3−フェニレンジアミン)、アガロース、ポリビニリデンフッ化ホモポリマー、スチレンブタジエン共重合体、石炭酸樹脂、ケトン樹脂、4,5−ジフルオロ−2,2−ビス(トリフルオロメチル)−1,3−ジオキサン、それらの塩、およびそれらの組み合わせ等の重合体を含むが、これらに制限されない。いくつかの実施形態において、マスキング成分は、パターン形成用組成物の重量により、約1%〜約10%、約1%〜約5%、または約2%の濃度で存在する。
パターン形成用組成物は、導電性成分および反応成分を含むことができる。例えば、反応成分は、導電性成分の表面への浸透、導電性成分と表面との間の反応、導電性フィーチャと表面との間の接着、導電性フィーチャと表面との間の電気接触の促進、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つを促進できる。このパターン形成用組成物の反応によって形成される表面フィーチャは、添加剤の非浸透、添加剤の浸透、減法浸透、および等角浸透(conformal penetrating)表面フィーチャからなる群から選択される導電性フィーチャを含む。
パターン形成用組成物は、例えば、導電性フィーチャを中に挿入させた減法表面フィーチャを作成するために適した、エッチング液および導電性成分を含有できる。
パターン形成用組成物は、絶縁成分および反応成分を含有できる。例えば、反応成分は、表面への絶縁成分の浸透、絶縁成分と表面との間の反応、絶縁フィーチャと表面との間の接着、絶縁フィーチャと表面との間の電気接触の促進、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つを促進できる。このパターン形成用組成物の反応によって形成される表面フィーチャは、添加剤の非浸透、添加剤の浸透、減法の浸透、および等角の浸透の表面フィーチャでなる群から選択される絶縁のフィーチャを含む。
パターン形成用組成物は、例えば、絶縁フィーチャ中に挿入させた減法の表面フィーチャを作製するために適した、エッチング液および絶縁成分を含有できる。
パターン形成用組成物は、例えば、表面上に電気導電性マスキングを作製するために適した、導電性成分およびマスキング成分を含有できる。
開示された方法で使用するために適したパターン形成用組成物の他の考えられる成分は、チオール、1,9−ノナンジチオール溶液、シラン、シラザン、アルキンシスタミン、N−Fmoc保護アミノチオール、生体分子、DNA、たんぱく質、抗体、コラーゲン、ペプチド、ビオチン、およびカーボンナノチューブを含む。
パターン形成合成物およびパターン形成用組成物、およびそれらの調製および使用については、Xia and Whitesides,Angew.Chem.Int.Ed.,37,550−575(1998)および本明細書で引用される参考文献、Bishop et al.,Curr.Opinion Colloid & Interface Sci.,1,127−136(1996)、Calvert,J.Vac.Sci.Technol.B,11,2155−2163(1993)、Ulman,Chem.Rev.,96:1533(1996)(金上のアルカンチオール)、Dubois et al.,Annu.Rev.Phys.Chem.,43:437(1992)(金上のアルカンチオール)、Ulman,Introduction to Ultrathin Organic Films: From Langmuir−Blodgett to Self−Assembly(Academic,Boston,1991)(金上のアルカンチオール)、Whitesides,Proceedings of the Robert A.Welch Foundation 39th Conference On Chemical Research Nanophase Chemistry,Houston,Tex.,pages 109−121(1995)(金に付着したアルカンチオール)、Mucic et al.Chem.Commun.555−557(1996)(金表面との3’チオールDNAの付着の方法について記載)、米国特許番号第5,472,881号(オリゴヌクレオチド−ホスホロチオアートの金表面との結合)、Burwell,Chemical Technology,4,370−377(1974)およびMatteucci and Caruthers,J.Am.Chem.Soc.,103,3185−3191(1981)(オリゴヌクレオチド−アルキルシロキサンのシリカおよびガラス表面との結合)、Grabar et al.,Anal.Chem.,67,735−743(アミノアルキルシロキサンの結合およびメルカプトアルキルシロキサンの同様の結合のための)、Nuzzo et al.,J.Am.Chem.Soc.,109,2358(1987)(金上の二硫化)、Allara and Nuzzo,Langmuir,1,45(1985)(アルミニウム上のカルボキシ酸)、Allara and Tompkins,J.Colloid Interfate Sci.,49,410−421(1974)(銅上のカルボキシ酸)、Iler,Chemistry Of Silica,Chapter 6,(Wiley 1979)(シリカ上のカルボキシ酸)、Timmons and Zisman,J.Phys.Chem.,69,984−990(1965)(白金上のカルボキシ酸)、Soriaga and Hubbard,J.Am.Chem.Soc.,104,3937(1982)(白金上の芳香族合成物)、Hubbard,Acc.Chem.Res.,13,177(1980)(白金上のスルホラン、スルホキシドおよび他の機能的溶剤)、Hickman et al.,J.Am.Chem.Soc.,111,7271(1989)(白金上のイソニトリル)、Maoz and Sagiv,Langmuir,3,1045(1987)(シリカ上のシラン)、Maoz and Sagiv,Langmuir,3,1034(1987)(シリカ上のシラン)、Wasserman et al.,Langmuir,5,1074(1989)(シリカ上のシラン)、Eltekova and Eltekov,Langmuir,3,951(1987)(二酸化チタニウムおよびシリカ上の芳香族カルボキシ酸、アルデヒド、アルコールおよびメトキシ基)、およびLec et al.,J.Phys.Chem.,92,2597(1988)(金属上の剛性リン酸塩)、Lo et al.,J.Am.Chem.Soc.,118,11295−11296(1996)(超電導体とのピロールの付着)、Chen et al.,J.Am.Chem.Soc.,117,6374−5(1995)(超電導体とのアミンおよびチオールの付着)、Chen et al.,Langmuir,12,2622−2624(1996)(超電導体とのチオールの付着)、McDevitt et al.,米国特許番号第5,846,909号(超電導体とのアミンおよびチオールの付着)、Xu et al.,Langmuir,14,6505−6511(1998)(超電導体とのアミンの付着)、Mirkin et al.,Adv.Mater.(Weinheim,Ger.),9,167−173(1997)(超電導体とのアミンの付着)、Hovis et al.,J.Phys.Chem.B,102,6873−6879(1998)(シリコンとのオレフィンおよびジエンの付着)、Hovis et al.,Surf.Sci.,402−404,1−7(1998)(シリコンとのオレフィンおよびジエンの付着)、Hovis et al.,J.Phys.Chem.B,101,9581−9585(1997)(シリコンとのオレフィンおよびジエンの付着)、Hamers et al.,J.Phys.Chem.B,101,1489−1492(1997)(シリコンとのオレフィンおよびジエンの付着)、Hamers et al.,米国特許番号第5,908,692号(シリコンとのオレフィンおよびジエンの付着)、Ellison et al.,J.Phys.Chem.B,103,6243−6251(1999)(シリコンとのイソチオシアン酸塩の付着)、Ellison et al.,J.Phys.Chem.B,102,8510−8518(1998)(アゾアルカンのシリコンとの付着)、Ohno et al.,Mol.Cryst.Liq.Cryst.Sci.Technol.,Sect.A,295,487−490(1997)(チオールのGaAsとの付着)、Reuter et al.,Mater.Res.Soc.Symp.Proc.,380,119−24(1995)(チオールのGaAsとの付着)、Bain,Adv.Mater.(Weinheim,Fed.Repub.Ger.),4,591−4(1992)(チオールのGaAsとの付着)、Sheen et al.,J.Am.Chem.Soc.,114,1514−15(1992)(チオールのGaAsとの付着)、Nakagawa et al.,Jpn.J.APPL.Phys.,Part 1,30,3759−62(1991)(チオールのGaAsとの付着)、Lunt et al.,J.APPL.Phys.,70,7449−67(1991)(チオールのGaAsとの付着)、Lunt et al.,J.Vac.Sci.Technol.,B,9,2333−6(1991)(チオールのGaAsとの付着)、Yamamoto et al.,Langmuir ACS ASAP,web release number Ia990467r(チオールのInPとの付着)、Gu et al.,J.Phys.Chem.B,102,9015−9028(1998)(チオールのInPとの付着)、Menzel et al.,Adv.Mater.(Weinheim,Ger.),11,131−134(1999)(二硫化物の金との付着)、Yonezawa et al.,Chem.Mater.,11,33−35(1999)(二硫化物の金との付着)、Porter et al.,Langmuir,14,7378−7386(1998)(二硫化物の金との付着)、Son et al.,J.Phys.Chem.,98,8488−93(1994)(金および銀との二トリルの付着)、Steiner et al.,Langmuir,8,2771−7(1992)(金および銅との二トリルの付着)、Solomun et al.,J.Phys.Chem.,95,10041−9(1991)(金との二トリルの付着)、Solomun et al.,Ber.Bunsen−Ges.Phys.Chem.,95,95−8(1991)(金との二トリルの付着)、Henderson et al.,Inorg.Chim.Acta,242,115−24(1996)(金との二トリルの付着)、Huc et al.,J.Phys.Chem.B,103,10489−10495(1999)(金との二トリルの付着)、Hickman et al.,Langmuir,8,357−9(1992)(白金との二トリルの付着)、Steiner et al.,Langmuir,8,90−4(1992)(アミンおよびホスフィンの金との付着およびアミンの銅との付着)、Mayya et al.,J.Phys.Chem.B,101,9790−9793(1997)(アミンの金および銀との付着)、Chen et al.,Langmuir,15,1075−1082(1999)(カルボン酸塩の金との付着)、Tao,J.Am.Chem.Soc.,115,4350−4358(1993)(カルボン酸塩の銅および銀との付着)、Laibinis et al.,J.Am.Chem.Soc.,114,1990−5(1992)(チオールの銀および銅との付着)、Laibinis et al.,Langmuir,7,3167−73(1991)(チオールの銀との付着)、Fenter et al.,Langmuir,7,2013−16(1991)(チオールの銀との付着)、Chang et al.,Am.Chem.Soc.,116,6792−805(1994)(チオールの銀との付着)、Li et al.,J.Phys.Chem.,98,11751−5(1994)(チオールの銀との付着)、Li et al.,Report,24 pp(1994)(チオールの銀との付着)、Tarlov et al.,米国特許番号第5,942,397号(チオールの銀および銅との付着)、Waldeck,et al.,PCT application WO/99/48682(チオールの銀および銅との付着)、Gui et al.,Langmuir,7,955−63(1991)(チオールの銀との付着)、Walczak et al.,J.Am.Chem.Soc.,113,2370−8(1991)(チオールの銀との付着)、Sangiorgi et al.,Gazz.Chim.Ital.,111,99−102(1981)(アミンの銅との付着)、Magallon et al.,Book of Abstracts,215th ACS National Meeting,Dallas,Mar.29−Apr.2,1998,COLL−048(アミンの銅との付着)、Patil et al.,Langmuir,14,2707−2711(1998)(アミンの銀との付着)、Sastry et al.,J.Phys.Chem.B,101,4954−4958(1997)(アミンの銀との付着)、Bansal et al.,J.Phys.Chem.B.102,4058−4060(1998)(アルキルリチウムのシリコンとの付着)、Bansal et al.,J.Phys.Chem.B,102,1067−1070(1998)(アルキルリチウムのシリコンとの付着)、Chidsey,Book of Abstracts,214th ACS National Meeting,Las Vegas,Nev.,Sep.7−11,
1997,I&EC−027(アルキルリチウムのシリコンとの付着)、Song,J.H.,Thesis,University of California at San Diego(1998)(アルキルリチウムの二酸化ケイ素との付着)、Meyer et al.,J.Am.Chem.Soc.,110,4914−18(1988)(アミンの半導体との付着)、Brazdil et al.J.Phys.Chem.,85,1005−14(1981)(アミンの半導体との付着)、James et al.,Langmuir,14,741−744(1998)(たんぱく質およびペプチドのガラスとの付着)、Bernard et al.,Langmuir,14,2225−2229(1998)(たんぱく質のガラス、ポリスチレン、金、銀およびシリコンウエハとの付着)、Pereira et al.,J.Mater.Chem.,10,259(2000)(シラザンのSiO2との付着)、Pereira et al.,J.Mater.Chem.,10,259(2000)(シラザンのSiO2との付着)、Dammel,Diazonaphthoquin Based Resists(1st ed.,SPIE Optical Engineering Press,Bellingham,Wash.,1993)(シラザンのSiO2との付着)、Anwander et al.,J.Phys.Chem.B,104,3532(2000)(シラザンのSiO2との付着)、Slavov et al.,J.Phys.Chem.,104,983(2000)(シラザンのSiO2との付着)を参照されたい。
1997,I&EC−027(アルキルリチウムのシリコンとの付着)、Song,J.H.,Thesis,University of California at San Diego(1998)(アルキルリチウムの二酸化ケイ素との付着)、Meyer et al.,J.Am.Chem.Soc.,110,4914−18(1988)(アミンの半導体との付着)、Brazdil et al.J.Phys.Chem.,85,1005−14(1981)(アミンの半導体との付着)、James et al.,Langmuir,14,741−744(1998)(たんぱく質およびペプチドのガラスとの付着)、Bernard et al.,Langmuir,14,2225−2229(1998)(たんぱく質のガラス、ポリスチレン、金、銀およびシリコンウエハとの付着)、Pereira et al.,J.Mater.Chem.,10,259(2000)(シラザンのSiO2との付着)、Pereira et al.,J.Mater.Chem.,10,259(2000)(シラザンのSiO2との付着)、Dammel,Diazonaphthoquin Based Resists(1st ed.,SPIE Optical Engineering Press,Bellingham,Wash.,1993)(シラザンのSiO2との付着)、Anwander et al.,J.Phys.Chem.B,104,3532(2000)(シラザンのSiO2との付着)、Slavov et al.,J.Phys.Chem.,104,983(2000)(シラザンのSiO2との付着)を参照されたい。
パターン形成される基板
本明細書に開示された方法での使用に適した基板は、金属、合金、合成物、結晶質材料、非晶質材料、伝導体、半導体、光学、線維、無機材料、ガラス、セラミック(例えば金属酸化物、金属窒化物、金属ケイ化物、およびそれらの組み合わせ)、ゼオライト、重合体、プラスチック、有機材料、鉱物、生体材料、生体組織、骨、それらの膜、それらの薄膜、それらの積層品、それらの箔、それらの合成物、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに制限されない。基板は、結晶質シリコン、多結晶ラインシリコン、非晶質シリコン、p−ドープシリコン、n−ドープシリコン、シリコン酸化、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化ヒ化ガリウム、酸化インジウムスズ、およびそれらの組み合わせ等であるが、これらに制限されない半導体を含有できる。基板は、非ドープシリカガラス(SiO2)、フッ素化シリカガラス、ホウケイ酸ガラス、ホウリンシリケートガラス、有機ケイ酸ガラス、多孔性有機ケイ酸ガラス、およびそれらの組み合わせ等であるが、これらに制限されないガラスを含有できる。基板は、熱分解炭素、強化された炭素−炭素合成物、炭素フェノール樹脂等、およびそれらの組み合わせ等の、非平坦な基板にすることができる。基板は、炭化ケイ素、水素化炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、高温度再使用可能表面絶縁、線維性耐火性合成物絶縁タイル、硬質単一ピース繊維性絶縁、低温再使用可能表面絶縁、高度な再使用可能表面絶縁、およびそれらの組み合わせ等であるが、これらに制限されないセラミックを含有できる。基板は、プラスチック、金属、それらの合成物、それらの積層物、それらの薄膜、それらの箔、およびそれらの組み合わせ等であるが、これらに制限されない可撓性材料である。
本明細書に開示された方法での使用に適した基板は、金属、合金、合成物、結晶質材料、非晶質材料、伝導体、半導体、光学、線維、無機材料、ガラス、セラミック(例えば金属酸化物、金属窒化物、金属ケイ化物、およびそれらの組み合わせ)、ゼオライト、重合体、プラスチック、有機材料、鉱物、生体材料、生体組織、骨、それらの膜、それらの薄膜、それらの積層品、それらの箔、それらの合成物、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに制限されない。基板は、結晶質シリコン、多結晶ラインシリコン、非晶質シリコン、p−ドープシリコン、n−ドープシリコン、シリコン酸化、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化ヒ化ガリウム、酸化インジウムスズ、およびそれらの組み合わせ等であるが、これらに制限されない半導体を含有できる。基板は、非ドープシリカガラス(SiO2)、フッ素化シリカガラス、ホウケイ酸ガラス、ホウリンシリケートガラス、有機ケイ酸ガラス、多孔性有機ケイ酸ガラス、およびそれらの組み合わせ等であるが、これらに制限されないガラスを含有できる。基板は、熱分解炭素、強化された炭素−炭素合成物、炭素フェノール樹脂等、およびそれらの組み合わせ等の、非平坦な基板にすることができる。基板は、炭化ケイ素、水素化炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、高温度再使用可能表面絶縁、線維性耐火性合成物絶縁タイル、硬質単一ピース繊維性絶縁、低温再使用可能表面絶縁、高度な再使用可能表面絶縁、およびそれらの組み合わせ等であるが、これらに制限されないセラミックを含有できる。基板は、プラスチック、金属、それらの合成物、それらの積層物、それらの薄膜、それらの箔、およびそれらの組み合わせ等であるが、これらに制限されない可撓性材料である。
いくつかの場合において、基板は、圧縮可能な材料を含有する。圧縮可能な材料は、本明細書に記載されるように、基板上部に層形成できる。圧縮可能な材料の例は、重合体、金属(例えば軟質金属)、箔、膜等を含むが、これらに制限されない。圧縮可能な層の非制限的な例は、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ニトロセルロース、およびそれらの組み合わせを含む。
いくつかの場合において、基板は、電気エネルギーの印加時に脱着できる材料を含有する。かかる材料の非制限的な例は、16−メルカプトヘキサデカン酸(MHA)およびオクタデカンチオール(ODT)、アルカンチオール、およびホスホン酸を含む。
Siエッチングマスクの作製
厚いSiO2層の10,000ű5%を有する、50±5μmのSiウエハの厚さ(NOVA Electronic Materials Ltd.,TX、抵抗率1〜10Ωcm、(100)配向)が、ペンアレイの作製のために用いられた。ウエハをアセトン、エタノールで消毒し、水ですすいだ。50μmの厚さのSiは非常に脆いため、慎重に行った。PDMSの調製時、PDMSベースおよび硬化剤(SYLGARD184シリコン)を重量比20:1で混合し、真空下で脱気水した。酸素プラズマ処理されたウエハを、消毒されたガラス製のスライド上の硬化していないPDMS上に配置し、次に、24時間、70℃で硬化した。生成されたウエハ/PDMS/ガラス製のスライド試料は、50μmの厚さのウエハと比較して、取り扱いがより容易であった。
厚いSiO2層の10,000ű5%を有する、50±5μmのSiウエハの厚さ(NOVA Electronic Materials Ltd.,TX、抵抗率1〜10Ωcm、(100)配向)が、ペンアレイの作製のために用いられた。ウエハをアセトン、エタノールで消毒し、水ですすいだ。50μmの厚さのSiは非常に脆いため、慎重に行った。PDMSの調製時、PDMSベースおよび硬化剤(SYLGARD184シリコン)を重量比20:1で混合し、真空下で脱気水した。酸素プラズマ処理されたウエハを、消毒されたガラス製のスライド上の硬化していないPDMS上に配置し、次に、24時間、70℃で硬化した。生成されたウエハ/PDMS/ガラス製のスライド試料は、50μmの厚さのウエハと比較して、取り扱いがより容易であった。
特定のマスク材料の選択は、多数の考慮すべき点に依存する。主な問題は、材料の利用可能性、プロセスの容易さ(プロセス時間、プロセスの複雑性、および信頼性)、および/またはエッチングプロセスの選択性である。金、クロミウム、白金、銀、銅、およびチタニウム等の金属は、KOHに対して耐性があることがわかっている。KOHが、熱的に蒸発したAu/Tiをエッチングできることがわかった。実際に、1時間、75℃にて、KOHのエッチングにおいてAu(500nm)/Ti(100nm)マスクを使用すると、マスク内のピン孔のために、チップの作製に大きな障害が生じた。熱的に成長したSiO2は、およそ500:1で、金属材料よりも大きい、Si:SiO2のエッチング選択性を有することから、適したマスク材料であることがわかった。厚さ50±5μmを有するSiウエハは、10,000ű5%の厚いSiO2層を生じさせるために熱的に酸化され(NOVA Electronic Materials Ltd.,TX)、ウエハ湾曲は見られなかった。40重量%KOH内の75℃でのSi(100)のエッチング速度は50μm/時間であるため、SiO2の最小限必要な厚さは250nmであった。エッチングマスク作製のために、<110>方向に沿った正方形のマスクを、9分間のフォトレジスト(AZ1518、MicroChem,Inc.)および等方性緩衝化HF(Transene,Inc.)エッチングによるフォトリソグラフィーにより、SiO2層へ転写した。フォトレジストを除去するために、アセトン、次いで、エタノールでウエハを消毒し、窒素で乾燥させた。次いで、ウエハを、最後に、酸素プラズマ内で消毒した。Siエッチング前のこれらの消毒手順は、チップ形成の均一性を向上させ、微細マスキングを低減させることがわかった。
Siチップアレイの作製
Si領域の表面から自然酸化物を除去するために、非緩衝化HF(時間エッチング、Transene,Inc.)を用いて、1分間ウエハをエッチングし、水ですすぎ、窒素で乾燥させた。試料を、75℃で40重量%KOH溶液へ直ちに転写し、Teflon容器において、エッチング液の中心に保持した。溶液を、Si表面での反応時に生じる水素泡により、微細マスキングの影響を低減するように、連続的に攪拌した。60〜65分後、エッチング液から試料を除き、水ですすぎ、窒素を用いて乾燥させた。PDMSに接触する底部SiO2層の使用により、エッチング中のPDMSとのチップ接着力が大幅に向上する。例えば、界面SiO2層が利用されていない場合、エッチング中に、多数のチップがPDMS表面から落下した(図5)。PDMSは、24時間(膨張率約1.00±0.01)室温のKOH溶液と適合できることが知られているが、比較的高い温度でのKOH溶液へのPDMSの直接の露出は、PDMSとSiチップとの間の界面に応力を加え得るPDMSの膨張を生じさせ、チップ分離を促進するようである。この実験で使用される特定のウエハにより、ウエハ自体が10%の厚さ変動を有するため(50±5μm)、チップ高さは、最適化された条件で最大10%まで変化し得る。
Si領域の表面から自然酸化物を除去するために、非緩衝化HF(時間エッチング、Transene,Inc.)を用いて、1分間ウエハをエッチングし、水ですすぎ、窒素で乾燥させた。試料を、75℃で40重量%KOH溶液へ直ちに転写し、Teflon容器において、エッチング液の中心に保持した。溶液を、Si表面での反応時に生じる水素泡により、微細マスキングの影響を低減するように、連続的に攪拌した。60〜65分後、エッチング液から試料を除き、水ですすぎ、窒素を用いて乾燥させた。PDMSに接触する底部SiO2層の使用により、エッチング中のPDMSとのチップ接着力が大幅に向上する。例えば、界面SiO2層が利用されていない場合、エッチング中に、多数のチップがPDMS表面から落下した(図5)。PDMSは、24時間(膨張率約1.00±0.01)室温のKOH溶液と適合できることが知られているが、比較的高い温度でのKOH溶液へのPDMSの直接の露出は、PDMSとSiチップとの間の界面に応力を加え得るPDMSの膨張を生じさせ、チップ分離を促進するようである。この実験で使用される特定のウエハにより、ウエハ自体が10%の厚さ変動を有するため(50±5μm)、チップ高さは、最適化された条件で最大10%まで変化し得る。
材料およびエネルギー伝達によるナノパターンの作製
SPNは、フィードバックがオフであり、15〜50%の相対湿度および約25℃の温度の市販されているPPLソフトウェア(Park System,Inc.,Korea)によって駆動される環境チャンバ(アクティブ湿度制御)を備える、Park Systemのナノリソグラフィープラットフォーム(Park System,Inc.,Korea)で実行された。Au表面上のMHAにパターンを形成するために、MHA(5〜10mm)を、酸素プラズマ消毒されたSiペンアレイ(1分)内でスピン被覆した(1mL、1000rpm、30秒)。インクが付着したSiペンアレイを、Au表面と接触させることで、熱的に蒸発した多結晶性Au表面(Si上に被覆された5nmのTi接着層を有する25nm Au)上にMHAドットパターンを生成させるために用いた。このMHAにパターン形成された表面上の露出されたAuは、約25nmの高さでありSEMによって容易に画像作成される高さのある構造を生じさせるために、以降、エッチングされた(水における20mmチオ尿素、30mm硝酸鉄、20mm塩酸、および2mmオクタノール)。
SPNは、フィードバックがオフであり、15〜50%の相対湿度および約25℃の温度の市販されているPPLソフトウェア(Park System,Inc.,Korea)によって駆動される環境チャンバ(アクティブ湿度制御)を備える、Park Systemのナノリソグラフィープラットフォーム(Park System,Inc.,Korea)で実行された。Au表面上のMHAにパターンを形成するために、MHA(5〜10mm)を、酸素プラズマ消毒されたSiペンアレイ(1分)内でスピン被覆した(1mL、1000rpm、30秒)。インクが付着したSiペンアレイを、Au表面と接触させることで、熱的に蒸発した多結晶性Au表面(Si上に被覆された5nmのTi接着層を有する25nm Au)上にMHAドットパターンを生成させるために用いた。このMHAにパターン形成された表面上の露出されたAuは、約25nmの高さでありSEMによって容易に画像作成される高さのある構造を生じさせるために、以降、エッチングされた(水における20mmチオ尿素、30mm硝酸鉄、20mm塩酸、および2mmオクタノール)。
ナノ孔を、機械的にパターン形成するために、クロロベンジン(1gのPMMA:2.5gのクロロベンジン)内に希釈されたPMMA(495PMMA C3、MicroChem,Inc.)を、45秒間、3,000rpmで、Si基板上にスピン被覆し、1分間、180℃で熱的にアニールした。典型的な膜厚は約30nmであった。z−圧電スキャナ位置を制御することにより、室温での膜内のSiペンの陥凹形成により、パターンが生成された。
ナノ孔の電気的パターン形成を行うには、Siペンアレイは、まず、導電性となるように、Au(50nm)/Ti(5nm)の堆積を行った。1時間、1mMのMHAエタノール溶液に基板を浸漬することにより、Au薄膜上にMHA分子のSAMを調製し、次いで、エタノールおよび水ですすぎ、N2で乾燥させた。−10Vのバイアス電圧のSiペンアレイが、周囲条件(約30%湿度、23℃)下で、MHA SAM表面の一部を選択的に脱着するように、MHA SAM表面と接触した。
AFMの地形的および水平力顕微鏡(LFM)の画像が、ナノスコープIIIコントローラが備えられたVEECO BIOSCOPEで記録され、SEM画像が、HITACHI S−4800(HITACHI High Technologies)を用いて撮影された。
上記で、本発明の説明を行い、典型的な実施例を示したが、以下の特許請求の範囲によって定義される本発明を制限することを意図するものではない。開示および請求された本明細書の方法のすべては、本開示に照らして、過度な実験を行うことなく、実施および実行できる。特定の実施形態に関して本発明の材料および方法が記載されているが、当業者には、その変形を、本発明の概念、精神、および範囲から逸脱せずに、本材料および/または方法ならびに明細書に記載される方法のステップまたは一続きのステップに適用し得ることが明らかであろう。特に、同じまたは同様の結果を実現しながら、化学的および生理的の両方に関連する特定の薬剤を、本明細書に記載される薬剤と置き換えてもよいことが明らかであろう。
本明細書および以下の特許請求の範囲全体において、文脈によりそうではないことが必要とされるのではない限り、「を含む/含有する」という用語および「を含む/含有する」ならびに「を含む/含有する」等の変形語は、いずれかの他の整数またはステップ、あるいは整数またはステップの群の除外ではなく、述べられた整数またはステップ、あるいは整数またはステップの群の含有を示唆することが理解される。
本明細書中、組成物が成分または材料を含むものとして記載される場合、特に明記されない限り、組成物は、必ず、列挙された成分または材料のいずれかの組み合わせからなる、またはこれからなることが可能であると考えられる。本明細書に図示的に開示された本発明は、最適には、特に本明細書に開示されていないいずれかの要素またはステップの不在時においても実施し得る。
本明細書に開示された方法の実施、およびそれらの個別のステップは、手動で、および/または電気的装置によって提供される自動化の補助により実行することができる。プロセスは特定の実施形態を参照して記載されているが、当業者は、本方法に関連付けられた行為を実行する他の方法を使用してもよいことを、容易に理解されよう。例えば、特に明記されない限り、種々のステップの順序は、本方法の範囲または精神から逸脱せずに、変更してもよい。さらに、個別のステップのうちのいくつかを、組み合わせる、省略する、またはさらなるステップにさらに分割してもよいことが理解されよう。
本明細書に引用されるすべての特許、出版物、および参考文献は、参照により、すべてが本明細書に組み込まれる。本開示と組み込まれた特許、出版物、および参考文献との間で不一致が生じる場合には、本開示が優先されるものとする。
Claims (65)
- 弾性バッキング層に固定された複数のチップを含むチップアレイであって、前記チップは、金属、半金属(随意にはシリコン)、半導体材料、またはそれらの組み合わせを含有し、各チップは1μm未満の曲率半径を有する、チップアレイ。
- 前記バッキング層は少なくとも半透明である、請求項1に記載のチップアレイ。
- 前記バッキング層は実質的に透明である、請求項2に記載のチップアレイ。
- 前記バッキング層は弾性重合体を含有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のチップアレイ。
- 前記弾性重合体はポリジメチルシロキサン(PDMS)を含有する、請求項4に記載のチップアレイ。
- 前記PDMSは、トリメチルシロキシ終端ビニルメチルシロキサン−ジメチシロキサン共重合体、メチルヒドロシロキサン−ジメチルシロキサン共重合体、またはそれらの混合物を含有する、請求項5に記載のチップアレイ。
- 前記チップは、規則的な周期的パターンに配設される、請求項1〜6のいずれか1項に記載のチップアレイ。
- 前記チップは、同一の形状である、請求項1〜7のいずれか1項に記載のチップアレイ。
- 前記チップはピラミッド型である、請求項8に記載のチップアレイ。
- 前記チップは八角形のピラミッド型である、請求項9に記載のチップアレイ。
- 随意には二酸化ケイ素を含有する、前記チップと前記バッキング層との間の接着強化層をさらに備える、請求項1〜10のいずれか1項に記載のチップアレイ。
- 前記チップは約500nm未満の曲率半径を有する、請求項1〜11のいずれか1項に記載のチップアレイ。
- 前記チップは100nm未満の曲率半径を有する、請求項12に記載のチップアレイ。
- 前記チップは50nm未満の曲率半径を有する、請求項13に記載のチップアレイ。
- 前記チップは25nm未満の曲率半径を有する、請求項14に記載のチップアレイ。
- 前記チップは、100μm未満の高さを有する、請求項1〜15のいずれか1項に記載のチップアレイ。
- 前記チップは、100μm未満の、前記弾性バッキング層に固定された前記チップの底部における直径を有する、請求項1〜16のいずれか1項に記載のチップアレイ。
- 前記チップは、50μm未満の、前記弾性バッキング層に固定された前記チップの前記底部における直径を有する、請求項17に記載のチップアレイ。
- 前記チップおよびバッキング層は、合計で1mm未満の厚さを有する、請求項1〜18のいずれか1項に記載のチップアレイ。
- 前記バッキング層が接着される剛性支持体をさらに備え、前記剛性支持体は、前記チップアレイの前記チップに対向して、かつ前記バッキング層に平行に配置される、請求項1〜19のいずれか1項に記載のチップアレイ。
- 前記剛性支持体はガラス製のスライドを含む、請求項20に記載のチップアレイ。
- 前記バッキング層および剛性支持体は少なくとも半透明である、請求項20または21に記載のチップアレイ。
- 前記バッキング層および剛性支持体は実質的に透明である、請求項22に記載のチップアレイ。
- 前記チップ、バッキング層、および前記剛性支持体は、合計で5mm未満の厚さを有する、請求項20〜23のいずれか1項に記載のチップアレイ。
- 前記チップ、バッキング層、および前記剛性支持体は、合計で1mm未満の厚さを有する、請求項24に記載のチップアレイ。
- 前記チップの露出表面および前記チップに隣接する前記バッキング層の表面上の被覆をさらに備える、請求項1〜25のいずれか1項に記載のチップアレイ。
- 前記被覆は、導電性被覆を含む、請求項26に記載のチップアレイ。
- 前記チップは、シリコン、窒化ケイ素、ガリウム、窒化ガリウム、硫化ガリウム、ヒ化ガリウム、またはそれらの混合物を含有する、請求項1〜27のいずれか1項に記載のチップアレイ。
- 基板表面のサブミクロンスケールのパターンを形成する方法であって、
前記基板表面上にパターンを形成するように、前記基板表面を、請求項1〜28のいずれか1項に記載されたチップアレイのチップのうちのすべてまたは実質的にすべてに接触させることを含み、
前記パターンを形成することは、インクの堆積、前記表面の陥凹形成、前記表面の穿刺、前記表面の切断、前記表面のエッチング、前記表面の酸化、前記表面からの材料の脱着、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される1つ以上のプロセスを含む、方法。 - 前記チップアレイのために少なくとも半透明のバッキング層材料を選択することと、入射光で前記チップアレイを照射することと、をさらに含み、
前記基板表面を接触させることは、前記チップのうちのすべてまたは実質的にすべての上での前記バッキング層からの前記入射光の反射に変化が生じるまで、前記チップアレイおよび基板表面を互いに引き寄せることを含み、反射光における前記変化は、チップと基板表面との間の接触を示す、請求項29に記載の方法。 - 前記基板表面との前記チップの接触が、レーザーのフィードバックの不在時に示される、請求項30に記載の方法。
- 接触の間および/または1つ以上の接触させるステップの間に、前記チップアレイと前記基板表面との間の横方向の移動を制御することを含む、請求項29〜31のいずれか1項に記載の方法。
- 前記チップアレイの各チップを前記基板表面に接触させることを含む、請求項29〜32のいずれか1項に記載の方法。
- 前記チップアレイの前記チップの露出表面をパターン形成用組成物で被覆することをさらに含み、前記接触させることは、前記基板表面上へ前記パターン形成用組成物を堆積させることと、前記被覆されたチップのすべてまたは実質的にすべてによって、実質的に均一な第1の組の証印を形成することを含む、請求項29〜33のいずれか1項に記載の方法。
- 前記チップアレイ、前記基板表面、またはそれらの両方を移動させるステップと、第2の組の証印を形成するように、前記接触させるステップを繰り返すことと、をさらに含む、請求項34に記載の方法。
- 前記第1および第2の組の証印は同じ大きさである、請求項35に記載の方法。
- 前記第1および第2の組の証印は異なる大きさである、請求項36に記載の方法。
- ラインおよび事前に選択されたパターンのうちの1つ以上を含む証印を形成するように、接触の間ならびに/または接触および堆積ステップの1つ以上の組の間に、前記チップアレイと前記基板表面との間の横方向の移動を制御することを含む、請求項34〜37のいずれか1項に記載の方法。
- 前記基板表面は、圧縮可能な材料を含有し、前記接触させることは、前記基板との前記チップアレイの各接触点において、前記基板内の第1の組の陥凹または孔を形成することを含む、請求項29〜33のいずれか1項に記載の方法。
- 前記チップアレイ、前記基板表面、または両方を移動させることと、第2の組の陥凹を形成するように、前記接触させるステップを繰り返すことと、を含む、請求項39に記載の方法。
- 前記第1および第2の陥凹は異なる深さを有する、請求項39に記載の方法。
- 前記第1および第2の陥凹は同じ深さを有する、請求項39に記載の方法。
- 陥凹を形成することを含み、前記基板表面内に線形の擦過傷を形成するように、接触中に前記チップアレイと前記基板表面との間の横方向の移動を制御することを含む、請求項39〜42のいずれか1項に記載の方法。
- 前記チップアレイは、導電性被覆を含み、前記基板表面との前記チップの接触点において、前記基板表面上に証印を形成するために、前記被覆されたチップを介して電気エネルギーを前記基板表面へ伝送するように、前記チップアレイにわたって電圧を印加することをさらに含む、請求項29〜33のいずれか1項に記載の方法。
- 前記基板表面は、自己組織化単分子層(SAM)を含み、前記チップアレイとの接触点において、前記基板表面から前記SAMを脱着するように、前記接触するステップおよび適用するステップを実行することをさらに含む、請求項44に記載の方法。
- 前記電気エネルギーで前記基板表面をエッチングすることを含む、請求項44に記載の方法。
- 前記証印または陥凹は、500nm未満のフィーチャの大きさを有する、請求項29〜46のいずれか1項に記載の方法。
- 前記証印または陥凹は、100nm未満のフィーチャの大きさを有する、請求項47に記載の方法。
- 前記証印または陥凹は、70nm未満のフィーチャの大きさを有する、請求項48に記載の方法。
- 前記証印または陥凹は、50nm未満のフィーチャの大きさを有する、請求項49に記載の方法。
- 前記バッキング層のために少なくとも半透明の材料を選択することと、
前記バッキング層の内部表面、前記チップの後面、または両方からの入射光の内部反射を生じさせるように、前記入射光によって前記チップアレイを逆光照明することと、
前記基板表面との前記チップのサブセットの間の接触点まで、z軸に沿って前記チップアレイの前記チップおよび前記基板表面を共に引き寄せることであって、接触は、前記基板表面に接するチップのサブセットのそれぞれに近接する前記バッキング層からの反射光の強化された強度によって示され、一方で、他のチップに近接する反射光の強度に変化がないことは、接触していないチップを示す、引き寄せることと、
前記基板表面と接触していないチップとの間の接触を実現するように、前記バッキング層の前記内部表面からの前記反射光の強度の差に応じて、前記チップアレイおよび前記基板表面の一方または両方を、もう一方に対して傾斜させることと、により、前記基板表面に対して、前記チップアレイの前記チップを水平化することと、をさらに含み、
前記傾斜させることは、x軸、y軸および/またはz軸に沿って1回以上実行される、請求項29〜50のいずれか1項に記載の方法。 - 請求項1〜28のいずれか1項に記載のチップアレイを作製する方法であって、
(a)シリコンウエハを提供することと、
(b)構造を形成するように、弾性バッキング層を前記シリコンウエハへ接着することと、
(c)チップ前領域を形成するように、前記シリコンウエハ上にマスクパターンを形成することと、
(d)前記バッキング層に付着されたピラミッド型シリコンチップを形成するように、エッチング溶液で、前記シリコンのチップ前領域とチップ前領域の間のシリコンをエッチングすることと、を含む、方法。 - マスク材料として酸化ケイ素層を形成するように、前記シリコンウエハを熱的に酸化させることを含む、請求項52に記載の方法。
- 前記シリコンウエハへ弾性バッキング層を接着させることは、前記シリコンウエハを硬化していないバッキング層へ接着させ、次いで前記バッキング層を硬化させることを含む、請求項52または53に記載の方法。
- 前記バッキング層は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)を含有する、請求項52〜54のいずれか1項に記載の方法。
- エッチングの前に、前記シリコンウエハの縁を不動態化材料で不動態化することをさらに含む、請求項52〜55のいずれか1項に記載の方法。
- 前記不動態化材料は、前記バッキング層と同じ材料を含有する、請求項56に記載の方法。
- 前記不動態化材料は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)を含有する、請求項57に記載の方法。
- 前記バッキング層は、前記チップアレイの前記チップに対向し、かつ前記バッキング層に平行に配置された剛性支持体をさらに備える、請求項52〜58のいずれか1項に記載の方法。
- 前記剛性支持体はガラス製のスライドを含む、請求項59に記載の方法。
- 前記弾性バッキング層への接着を向上させるように、前記シリコンウエハに中間層を提供することをさらに含む、請求項52〜60のいずれか1項に記載の方法。
- 前記中間層は酸化ケイ素層を含む、請求項61に記載の方法。
- 前記のエッチング溶液は、水酸化カリウム(KOH)を含有する、請求項52〜62のいずれか1項に記載の方法。
- KOHによるエッチングの前に、前記シリコン領域の前記表面から自然酸化物を除去するように、非緩衝化フッ酸(HF)でチップ前領域を含む前記シリコンウエハをエッチングすることをさらに含む、請求項63に記載の方法。
- 前記マスクパターンを形成するように、フッ酸(HF)で、前記二酸化ケイ素層を選択的にエッチングすることを含む、請求項53〜64のいずれか1項に記載の方法。
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