JP2013517625A - Nanopattern forming method and apparatus - Google Patents

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Abstract

本発明の実施形態は、大面積の基体のナノパターン形成において有用である方法および装置に関し、可動式のナノ構造化されたフィルムは放射線感受性材料をイメージングするために用いられる。ナノパターン形成技術は近接場フォトリソグラフィーを利用し、ナノ構造化されたフィルムは、放射線感受性層に達する光度を調節するために用いられる。近接場フォトリソグラフィーはエラストマー位相シフトマスクを利用してもよく、または、表面プラズモン技術を用いてもよく、ここで可動式のフィルムは金属ナノホールまたは金属ナノ粒子を含む。
【選択図】なし
Embodiments of the present invention relate to methods and apparatus that are useful in nanopatterning large area substrates, wherein mobile nanostructured films are used to image radiation sensitive materials. Nanopatterning technology utilizes near-field photolithography, and the nanostructured film is used to adjust the light intensity reaching the radiation sensitive layer. Near-field photolithography may utilize an elastomeric phase shift mask or may use surface plasmon technology, where the movable film includes metal nanoholes or metal nanoparticles.
[Selection figure] None

Description

本発明の実施形態は、大きい基体、または巻かれた物品として販売される可能性があるフィルムなどの基体をパターン形成するために使用することができるナノパターン形成方法に関する。本発明の他の実施形態は、基体をパターン形成するために使用されてもよい、および記載される種類の方法を含めた方法の実施形態を実施するために使用されてもよい装置に関する。   Embodiments of the present invention relate to nanopatterning methods that can be used to pattern a substrate, such as a large substrate or a film that may be sold as a rolled article. Other embodiments of the invention relate to an apparatus that may be used to pattern a substrate and that may be used to implement method embodiments, including methods of the type described.

この節は、本発明の開示された実施形態に関連する背景主題を記載する。この節で論じられる背景技術が法律的に先行技術を構成するということを、明示的にも暗示的にも表現する意図はない。   This section describes background subject matter related to the disclosed embodiments of the present invention. There is no intention to express, either explicitly or implicitly, that the background art discussed in this section legally constitutes prior art.

ナノ構造形成は、多くの用途および産業のため、および開発中の新しい技術のために必要である。効率の改善は、太陽電池およびLEDなどの領域、および例えば、そして限定としてではなく次世代のデータ記憶デバイスにおける現在の用途に対して成し遂げることができる。   Nanostructure formation is necessary for many applications and industries and for new technologies under development. Efficiency improvements can be achieved for current applications in areas such as solar cells and LEDs, and for example, but not by way of limitation, next generation data storage devices.

ナノ構造形成された基体は、例えば電子線直接描画、深紫外線リソグラフィー、ナノ粒子リソグラフィー、ナノインプリントリソグラフィー、近接場位相シフトリソグラフィー(near−filed phase shift lithography)、およびプラズモニックリソグラフィー(plasmonic lithography)などの技術を使用して製造されてもよい。   Nanostructured substrates can be produced using techniques such as direct electron beam lithography, deep ultraviolet lithography, nanoparticle lithography, nanoimprint lithography, near-filled phase shift lithography, and plasmonic lithography. May be used.

ナノインプリントリソグラフィ(NIL)は、インプリントレジストの機械的変形、それに続く後加工によってパターンを作成する。インプリントレジストは、典型的には、インプリンティングの間に熱によってまたはUV光によって硬化される単量体配合物または高分子配合物である。NILの多くのバリーションが存在する。しかしながら、このプロセスのうちの2つが最も重要であると思われる。これらは熱可塑性ナノインプリントリソグラフィー(TNIL)およびステップアンドフラッシュナノインプリントリソグラフィ(SFIL)である。   Nanoimprint lithography (NIL) creates a pattern by mechanical deformation of an imprint resist followed by subsequent processing. Imprint resists are typically monomeric or polymeric formulations that are cured by heat or UV light during imprinting. There are many variations of NIL. However, two of these processes appear to be the most important. These are thermoplastic nanoimprint lithography (TNIL) and step-and-flash nanoimprint lithography (SFIL).

TNILは、最も初期のかつ最も成熟したナノインプリントリソグラフィーである。標準的なTNILプロセスでは、インプリントレジスト(熱可塑性ポリマー)の薄層が試料基体の上へとスピンコーティングされる。次いで、所定の位相幾何学的パターンを有する型がその試料と接触するようにされ、そして与えられた圧力の下でその試料に対して押し付けられる。その熱可塑性ポリマーのガラス転移温度よりも上に加熱されるとき、この型の上のパターンは熱可塑性ポリマーフィルムの融解物へと押し付けられる。押し付けられた型を伴うこの試料が冷却された後、この型はその試料から分離され、このインプリントレジストがその試料基体表面上に残される。このパターンはそのインプリントレジストを貫通しない。試料基体表面の上に残る未変化の熱可塑性ポリマーフィルムの残留厚さが存在する。反応性イオン・エッチングなどのパターン転写プロセスを、そのレジストにあるパターンを下にある基体へと転写するために使用することができる。未変化の熱可塑性ポリマーフィルムの残留厚さのばらつきは、そのパターンを基体へと転写するために使用されるエッチングプロセスの均一性および最適化に関する問題を呈示する。   TNIL is the earliest and most mature nanoimprint lithography. In the standard TNIL process, a thin layer of imprint resist (thermoplastic polymer) is spin coated onto a sample substrate. A mold having a predetermined topological pattern is then brought into contact with the sample and pressed against the sample under a given pressure. When heated above the glass transition temperature of the thermoplastic polymer, the pattern on the mold is pressed into the melt of the thermoplastic polymer film. After the sample with the pressed mold is cooled, the mold is separated from the sample, leaving the imprint resist on the sample substrate surface. This pattern does not penetrate the imprint resist. There is a residual thickness of unmodified thermoplastic polymer film remaining on the sample substrate surface. A pattern transfer process such as reactive ion etching can be used to transfer the pattern in the resist to the underlying substrate. The variation in the residual thickness of the unchanged thermoplastic polymer film presents problems with the uniformity and optimization of the etching process used to transfer the pattern to the substrate.

フィンランドの技術研究センターであるVTTのTapio Makelaらは、高スループットでサブミクロンの構造体を製造するための専用の、特注の実験室スケールのロールツーロールインプリンティングツールについての情報を公開した。日立(Hitachi)等は、シートまたはロールツーロール基本型のNIL機を開発し、15メートル長のシートを加工する能力を実証した。目標は、燃料電池、バッテリおよび場合によりディスプレイ用の膜などの大きい幾何構造用途のためのポリスチレンシートをインプリントするための、ベルトモール(ニッケルメッキされた型)を使用する連続インプリントプロセスを創出することであった。   VTT's Tapio Makela et al., A Finnish technology research center, published information about a custom-made, laboratory-scale roll-to-roll imprinting tool dedicated to producing high-throughput, submicron structures. Hitachi et al. Developed a sheet or roll-to-roll basic NIL machine and demonstrated its ability to process a 15 meter long sheet. The goal is to create a continuous imprint process using a belt molding (nickel-plated mold) to imprint polystyrene sheets for large geometric applications such as fuel cells, batteries and possibly display membranes. Was to do.

プリンストン大学のHua Tanらは、ローラーナノインプリントリソグラフィーの2つの実施について出版している。すなわち、平らで固い基体上に円筒形の型をローリングすること、および、基体上に直接平らな型を押して、型の上で平滑なローラをローリングすることである。両方の方法ともTNILアプローチに基づいており、ローラ温度はガラス遷移温度、すなわちレジスト(PMMA)のTgより上に設定され、他方でプラットフォームはTg以下の温度に設定される。現在、そのプロトタイプツールは所望のスループットを提供しない。さらには、インプリントされた表面についての信頼性および再現性を改善する必要が存在する。   Hua Tan et al. At Princeton University publishes two implementations of roller nanoimprint lithography. That is, rolling a cylindrical mold on a flat, hard substrate and pressing a flat mold directly onto the substrate to roll a smooth roller over the mold. Both methods are based on the TNIL approach, where the roller temperature is set above the glass transition temperature, ie the Tg of the resist (PMMA), while the platform is set at a temperature below the Tg. Currently, the prototype tool does not provide the desired throughput. Furthermore, there is a need to improve reliability and reproducibility for imprinted surfaces.

SFILプロセスでは、UV硬化性液体レジストが試料基体へと付与され、型は溶融シリカなどの透明な基体で作られる。この型および試料基体が一緒に押し付けられた後に、レジストはUV光を使用して硬化され、固体になる。硬化されたレジスト材料からのその型の分離後、TNILで使用されたパターンと類似のパターンが、そのパターンを下にある試料基体へ転写するために使用されてもよい。韓国機械研究院のDae−Geun Choiは、フッ素化された有機−無機のハイブリッドの型を、ナノインプリントリソグラフィーのためのスタンプとして用いることを提案しており、これは、基体材料からそれを離型するための反静摩擦層(anti−stiction layer)を必要としない。   In the SFIL process, a UV curable liquid resist is applied to a sample substrate and the mold is made of a transparent substrate such as fused silica. After the mold and sample substrate are pressed together, the resist is cured using UV light and becomes a solid. After separation of the mold from the cured resist material, a pattern similar to that used in TNIL may be used to transfer the pattern to the underlying sample substrate. Dae-Geun Choi of the Korea Mechanical Research Institute has proposed using a fluorinated organic-inorganic hybrid mold as a stamp for nanoimprint lithography, which releases it from the substrate material No anti-stiction layer is required.

ナノインプリントリソグラフィーはレジストの機械的変形に基づくため、スタティックステップアンドリピートまたはロールツーロールの実施において、SFILおよびTNILプロセスの両方に多数の難題が存在する。これらの難題は、テンプレートの寿命、スループット率、インプリント層の許容差、およびそのパターンを下にある基体に転写する間の限界寸法制御が挙げられる。インプリンティングプロセス後に残る残留するインプリントされない層は、主たるパターン転写エッチングに先立ってさらなるエッチング工程を必要とする。ネガ型パターンの不十分な充填および縮小現象(これはポリマー材料についてしばしば生じる)によって欠陥が生成され得る。型と基体との間の熱膨張係数の差は、横方向の歪みを生じ、こうした歪みはパターンの角に集中する。この歪みは欠陥を誘発し、離型工程の間にこのパターンの基礎部分で破壊欠陥を引き起こす。   Since nanoimprint lithography is based on mechanical deformation of the resist, there are a number of challenges in both SFIL and TNIL processes in static step-and-repeat or roll-to-roll implementations. These challenges include template life, throughput rates, imprint layer tolerances, and critical dimension control during transfer of the pattern to the underlying substrate. The remaining non-imprinted layer that remains after the imprinting process requires an additional etching step prior to the main pattern transfer etch. Defects can be created by inadequate filling and shrinking of the negative pattern, which often occurs with polymeric materials. The difference in coefficient of thermal expansion between the mold and the substrate creates lateral distortions that are concentrated at the corners of the pattern. This distortion induces defects and causes fracture defects at the base of this pattern during the mold release process.

ソフトリソグラフィーは、マイクロファブリケーションおよびナノファブリケーションの方法としてフォトリソグラフィーに代わるものである。この技術は、自己組織化単分子層のレプリカ成形に関連する。ソフトリソグラフィーでは、表面上にパターン形成されたレリーフ構造を有するエラストマーのスタンプが使用されて、30nm〜100nmの範囲の加工寸法を有するパターンおよび構造が生成される。最も有望なソフトリソグラフィー技術は、自己組織化した単分子層(SAMS)を用いるマイクロコンタクトプリンティング(μCP)である。μCPの基本的プロセスは、以下を含む。1.ポリジメチルシロキサン(PDMS)の型が特定の物質の溶液の中へと浸漬される。この特定の物質は、自己組織化した単分子層(SAM)を形成することができる。このような特定の物質はインキと呼ばれてもよい。この特定の物質は、このPDMSのマスター表面上の突き出ているパターンに付着する。2.このPDMSの型は、この物質でコーティングされた表面を下方向に向けて、金または銀などの金属コーティングされた基体の表面と接触され、その結果、PDMSの型の表面上のパターンだけがこの金属コーティングされた基体と接触する。3.この特定の物質はその金属と化学結合を形成し、その結果、突き出ているパターン表面上にある特定の物質だけが、このPDMSの型を取り除いた後に、金属コーティングされた表面上にいまだ残る。この特定の物質は、金属コーティングされた基体上で、(まさに一片の紙の上のインキのように)その金属コーティングされた表面の上におよそ1〜2ナノメートル延在するSAMを形成する。4.このPDMSの型は、その基体の金属コーティングされた表面から取り除かれ、パターン形成されたSAMをその金属コーティングされた表面上に残す。   Soft lithography is an alternative to photolithography as a microfabrication and nanofabrication method. This technique relates to replica molding of self-assembled monolayers. In soft lithography, an elastomeric stamp having a relief structure patterned on the surface is used to produce patterns and structures having processing dimensions in the range of 30-100 nm. The most promising soft lithography technique is microcontact printing (μCP) using a self-assembled monolayer (SAMS). The basic process of μCP includes: 1. A polydimethylsiloxane (PDMS) mold is dipped into a solution of a specific substance. This particular material can form a self-assembled monolayer (SAM). Such a specific substance may be called ink. This particular material adheres to the protruding pattern on the master surface of this PDMS. 2. The PDMS mold is contacted with the surface of the metal-coated substrate, such as gold or silver, with the surface coated with this material facing down, so that only the pattern on the surface of the PDMS mold is this Contact with a metal coated substrate. 3. This specific material forms a chemical bond with the metal so that only the specific material on the protruding pattern surface still remains on the metal coated surface after removing the PDMS mold. This particular material forms a SAM that extends approximately 1-2 nanometers above the metal-coated surface (just like an ink on a piece of paper) on a metal-coated substrate. 4). The PDMS mold is removed from the metal-coated surface of the substrate, leaving a patterned SAM on the metal-coated surface.

光リソグラフィーは、ナノインプリントリソグラフィーのように、レジスト材料の機械的変形または位相変化を用いず、ソフトリソグラフィーのように材料管理の問題を有さないので、より良い加工部分のレプリケーションの精度およびさらなる製造性の高い処理を提供する。通常の光リソグラフィーは回折によって解像度に限界があるが、近接場エバネッセント効果に基づくいくつかの新しい光リソグラフィー技術は、小面積の上だけではあるが、サブ100nm構造をプリンティングすることにおいて優位点をすでに実証した。近接場位相シフトリソグラフィー(near−field phase shift lithography)NFPSLには、エラストマーの位相マスクがフォトレジストと共形接触にある間に、フォトレジスト層をそのマスクを通過する紫外(UV)光に曝露することが関与する。エラストマーの位相マスクをフォトレジストの薄層と接触させると、このフォトレジストがこのマスクの接触表面の表面を「濡らす」ということが引き起こされる。マスクがフォトレジストに接触している間にUV光にこのマスクを通過させると、そのフォトレジストは、そのマスクの表面を作り上げる光の強度の分布に露光される。透過光の位相をπだけ調節するように設計されたレリーフの深さを有するマスクの場合は、強度の局所的なゼロが、レリーフのステップのエッジに現れる。ポジ型フォトレジストが使用される場合、このようなマスクを通しての露光、それに続く現像により、強度ゼロの特徴的な幅に等しい幅を持つフォトレジストの線が得られる。従来のフォトレジストと組み合わせた365nmの(近紫外線)光については、強度ゼロの幅はおよそ100nmである。PDMSマスクは、フォトレジストの平坦な、固体層との共形の、原子スケールでの接触を形成するために使用することができる。この接触は、加えられる圧力なしに、接触の際に自然発生的に確立される。全体にわたる接着力はこのプロセスを案内し、そして完全な接触を確立するために、そのマスクをそのフォトレジスト表面に対して法線方向にある角度および位置に整列させる単純かつ簡便な方法を提供する。このフォトレジストに対する物理的間隙は存在しない。PDMSは、300nmを超える波長を有するUV光に対しては透明である。PDMSがフォトレジストの層に共形接触している間に水銀ランプ(主なスペクトル線は355〜365nmである)からそのPDMSを通って光を通過させると、そのフォトレジストは、そのマスクで生成する強度分布に曝される。   Optical lithography does not use mechanical deformation or phase change of resist material like nanoimprint lithography, and does not have material management problems like soft lithography, so better processing part replication accuracy and further manufacturability Provides high processing. While regular optical lithography has limited resolution due to diffraction, several new optical lithography techniques based on the near-field evanescent effect already have advantages in printing sub-100 nm structures, albeit only on a small area. Demonstrated. Near-field phase shift lithography NFPSL exposes a photoresist layer to ultraviolet (UV) light passing through the mask while the elastomeric phase mask is in conformal contact with the photoresist. Is involved. Contacting an elastomeric phase mask with a thin layer of photoresist causes the photoresist to “wet” the surface of the contact surface of the mask. When UV light is passed through the mask while the mask is in contact with the photoresist, the photoresist is exposed to a light intensity distribution that makes up the surface of the mask. In the case of a mask having a relief depth designed to adjust the phase of the transmitted light by π, an intensity local zero appears at the edge of the relief step. If a positive photoresist is used, exposure through such a mask followed by development yields a photoresist line having a width equal to the characteristic width of zero intensity. For 365 nm (near ultraviolet) light combined with a conventional photoresist, the width of zero intensity is approximately 100 nm. The PDMS mask can be used to form a conformal, atomic scale contact with a flat, solid layer of photoresist. This contact is established spontaneously upon contact without any applied pressure. The overall adhesion forces guide this process and provide a simple and convenient way to align the mask at an angle and position that is normal to the photoresist surface to establish full contact. . There is no physical gap for this photoresist. PDMS is transparent to UV light having a wavelength greater than 300 nm. When light passes through the PDMS from a mercury lamp (the main spectral line is 355-365 nm) while the PDMS is in conformal contact with the layer of photoresist, the photoresist is created in the mask. Exposed to the intensity distribution.

2006年のthe 32nd International Conference on Micro and Nano Engineeringにおける、「Near−Field Lithography as a prototype nano−fabrication tool(基本型ナノファブリケーションツールとしての近接場リソグラフィー)」と題するプレゼンテーションで、Yasuhisa Inaoは、キャノン(Canon,Inc.)によって開発されたステップアンドリピート近接場ナノリソグラフィーを説明した。マスクとパターンが転写されることになるフォトレジストとの間の距離ができるだけ近いところでは、近接場リソグラフィー(NFL)が使用される。このマスクとウェーハ基体との間の最初の距離は約50μmに設定された。このパターン形成技術は、非常に薄いフォトレジストを使用する「3層レジストプロセス」として説明された。パターン転写マスクが圧力容器の底部に取り付けられ、そのマスクとウェーハ表面との間の「完全な物理的接触」を成し遂げるために、加圧された。このマスクは、「そのウェーハにフィットするように変形され」た。このマスクとウェーハとの間の最初の50μmの距離は、このマスクが5mm×5mmを超える面積の露光およびパターニングのための別の位置へと移動することを可能にすると言われている。このパターニングシステムは、光源としての水銀ランプからのi線(365nm)放射線を利用した。50nmよりも小さい構造を有する4インチ(約10cm)のシリコンウェーハの成功裏のパターニングは、このようなステップアンドリピート法によって成し遂げられた。   In 2006, the 32nd International Conference on Micro and Nano Engineering, “Near-Field Lithography as a non-fabrication tool as a near-field nanolithography tool. A step-and-repeat near-field nanolithography developed by (Canon, Inc.) has been described. Near field lithography (NFL) is used where the distance between the mask and the photoresist to which the pattern is to be transferred is as close as possible. The initial distance between the mask and the wafer substrate was set to about 50 μm. This patterning technique has been described as a “three-layer resist process” using very thin photoresist. A pattern transfer mask was attached to the bottom of the pressure vessel and pressurized to achieve "perfect physical contact" between the mask and the wafer surface. This mask was “deformed to fit the wafer”. The initial 50 μm distance between the mask and the wafer is said to allow the mask to move to another position for exposure and patterning of areas greater than 5 mm × 5 mm. This patterning system utilized i-line (365 nm) radiation from a mercury lamp as a light source. Successful patterning of a 4 inch silicon wafer having a structure smaller than 50 nm has been accomplished by such a step-and-repeat method.

非特許文献1において、Kunzらは、近接場位相シフトマスクリソグラフィーを、剛直な溶融シリカマスクおよび深UV波長の露光を使用する柔軟性のあるシート(ポリイミドフィルム)のナノパターン形成に適用した。非特許文献2において、Mariaらは、フォトレジストの層と共形接触にある2成分からなるエラストマーマスクを使用する位相シフトフォトリソグラフィー技術の実験による研究およびコンピュータによる研究を提示した。この研究は、SiO2/Si上の単結晶シリコンの異方的にエッチングされた構造に接してプレポリマーをキャストし、それをエラストマーポリ(ジメチルシロキサン)へと硬化することによって形成された最適化されたマスクを組み込む。著者らは、マスク上のレリーフの幾何構造全体の中にレジスト加工部を形成するためにそのPDMS位相マスクが使用できるということについて報告する。   In Non-Patent Document 1, Kunz et al. Applied near-field phase shift mask lithography to nanopatterning of flexible sheets (polyimide films) using a rigid fused silica mask and deep UV wavelength exposure. In Non-Patent Document 2, Maria et al. Presented experimental and computational studies of phase shift photolithography technology using a two-component elastomer mask in conformal contact with a layer of photoresist. This study was optimized by casting the prepolymer in contact with the anisotropically etched structure of single crystal silicon on SiO2 / Si and curing it to elastomeric poly (dimethylsiloxane). Incorporate a mask. The authors report that the PDMS phase mask can be used to form resist features in the overall relief geometry on the mask.

2004年6月22日に発行された、発明の名称「Transparent Elastomeric,Contact−Mode Photolithography Mask,Sensor,and Wavefront Engineering Element(透明なエラストマーの、接触様式フォトリソグラフィマスク、センサ、および波面工学要素)」のRogersらに対する特許文献1は、複数のくぼみおよび突起を有する回折表面を備える接触様式フォトリソグラフィー位相マスクを記載する。この突起は、ポジ型フォトレジストの表面と接触するようにされ、この表面は位相シフトマスクを通して電磁放射線に曝される。突起と対向しているくぼみを通過する放射線に起因する位相シフトは実質的に完結している。これにより、電磁放射線の強度の最小値は、そのくぼみと突起との間の境界で生成される。このエラストマーマスクはこのフォトレジストの表面によく一致し、このフォトレジストの現像後、100nmより小さい加工部を得ることができる(要約)。1つの実施形態では、その基体および接触マスクの外部で反射性プレートが使用され、そのため、放射線は、シフトした位相で所望の場所へと跳ね返されるであろう。別の実施形態では、この基体は、位相シフトマスクの変形を引き起こして露光の間の位相シフトマスクの挙動に影響を及ぼす様式で形作られてもよい。   Title of the invention “Transparent Elastomeric, Contact-Mode Photographic Mask, Sensor, and Wavefront Engineering Element, Wave Forming Elements and Elements” issued on June 22, 2004. U.S. Patent No. 5,637,097 to Rogers et al. Describes a contact mode photolithographic phase mask comprising a diffractive surface having a plurality of indentations and protrusions. The protrusion is brought into contact with the surface of the positive photoresist, and the surface is exposed to electromagnetic radiation through a phase shift mask. The phase shift due to radiation passing through the indentation facing the protrusion is substantially complete. Thereby, a minimum value of the intensity of the electromagnetic radiation is generated at the boundary between the indentation and the protrusion. The elastomer mask matches well with the surface of the photoresist, and after development of the photoresist, processed features smaller than 100 nm can be obtained (summary). In one embodiment, a reflective plate is used outside the substrate and contact mask so that the radiation will be bounced back to the desired location with a shifted phase. In another embodiment, the substrate may be shaped in a manner that causes deformation of the phase shift mask and affects the behavior of the phase shift mask during exposure.

近接場表面プラズモンリソグラフィー(Near Field Surface Plasmon Lithography、NFSPL)は、ナノ構造を製造するための光化学的変化または光物理的変化を誘発するために近接場励起を利用する。主な近接場技術は、表面プラズモン共鳴周波数で照射されたときの、金属ナノ構造の周りの局所場での増強に基づく。プラズモンプリンティング(plasmon printing)は、金属ナノ構造の下の層に光化学的変化または光物理的変化を生成するための、その金属ナノ構造を通る、プラズモンに案内されたエバネッセント波の使用からなる。特に、g線フォトレジスト(ドイツ、ウルム(Ulm)のマイクロケミカルズ(MicroChemicals GmbH)、エーゼット−エレクロトニック・マテリアルズ(AZ−Electronic Materials)から入手できるAZ−1813)の薄膜にごく近接した銀ナノ粒子の可視光への露光(λ=410nm)は、λ/20よりも小さい直径を有する選択的に露光された領域を生成することができる。W.Srituravanichらは、非特許文献3において、励起光波長に比べて効果的により短い波長を用いてサブ波長の周期的な開口部を通る透過を増強するための、金属基体上のSPを励起するための近紫外光(λ=230nm〜350nm)の使用を記載する。UV範囲でのリソグラフィー用に設計されたプラズモンマスクは、二次元の周期的な穴のアレイで穿孔したアルミニウム層および2つの囲む誘電体層(各側に1つある)から構成される。アルミニウムはUV範囲でSPを励起できるため、アルミニウムが選択される。マスク支持基体として石英が用いられ、これとともに、このアルミニウム箔に対する接着剤としておよびアルミニウムと石英との間の誘電体として作用するポリ(メタクリル酸メチル)スペーサ層も用いられる。ポリ(メタクリル酸メチル)は石英と組み合わせて使用される。なぜなら、露光波長(365nmのi線)においてはUV光に対してそれらは透明であり、かつ同等の誘電率(石英およびPMMA、それぞれ2.18および2.30)を有するからである。170nmの周期でサブ100nmのドットアレイパターンが、365nm波長の露光放射線を使用して成功裏に生成された。見かけ上、パターニングの総面積は約5μm×5μmであったが、規模拡大可能性の論点は上記論文では論じられていない。   Near-field surface plasmon lithography (NFSPL) utilizes near-field excitation to induce photochemical or photophysical changes to produce nanostructures. The main near-field technology is based on local field enhancement around metal nanostructures when irradiated at the surface plasmon resonance frequency. Plasmon printing consists of the use of plasmon-guided evanescent waves through the metal nanostructure to create photochemical or photophysical changes in the underlying layer of the metal nanostructure. In particular, a silver nanometer in close proximity to a thin film of g-ray photoresist (AZ-1813 available from Micro Chemicals GmbH, Ulm, Germany, AZ-Electronic Materials). Exposure of the particles to visible light (λ = 410 nm) can produce selectively exposed areas having a diameter smaller than λ / 20. W. Srituravanich et al. In Non-Patent Document 3 to excite SP on a metal substrate to enhance transmission through a periodic sub-wavelength opening using a wavelength that is effectively shorter than the excitation light wavelength. The use of near ultraviolet light (λ = 230 nm to 350 nm) is described. A plasmon mask designed for lithography in the UV range consists of an aluminum layer drilled with a two-dimensional periodic array of holes and two surrounding dielectric layers (one on each side). Aluminum is chosen because it can excite SP in the UV range. Quartz is used as the mask support substrate, along with a poly (methyl methacrylate) spacer layer that acts as an adhesive to the aluminum foil and as a dielectric between aluminum and quartz. Poly (methyl methacrylate) is used in combination with quartz. This is because at the exposure wavelength (i-line at 365 nm) they are transparent to UV light and have equivalent dielectric constants (quartz and PMMA, 2.18 and 2.30, respectively). A sub-100 nm dot array pattern with a period of 170 nm was successfully generated using 365 nm wavelength exposure radiation. Apparently, the total patterning area was about 5 μm × 5 μm, but the issue of scalability is not discussed in the above paper.

Joseph Martinは、特許文献2において、近接場リソグラフィーのための近接マスキング装置を提案しており、光の内部反射のために、金属フィルムで覆われた円筒形のブロックが、シリンダーの一端(シリンダの底)に対して光を案内するために用いられ、これは、近接場露出のために用いられる表面レリーフのパターンを含む。このブロックは、サンプル上のフォトレジストから一部の近い距離(「非常に僅かだがゼロではない」)に保たれている。シリンダーは、フォトレジスト領域をパターン形成するために用いられる一部の精密機械を用いて、水平方向に向けられる。   Joseph Martin has proposed a proximity masking device for near-field lithography in US Pat. No. 6,057,017, where a cylindrical block covered with a metal film is connected to one end of the cylinder (the cylinder's end) for internal reflection of light. Used to guide light against the bottom), which includes a pattern of surface relief used for near-field exposure. This block is kept some close distance (“very little but not zero”) from the photoresist on the sample. The cylinder is oriented horizontally using some precision machinery used to pattern the photoresist areas.

光リソグラフィーのためにローラを用いることについて開示された考えは、「Large Area Exposure Apparatus」と題された、1984年11月13日公開の特許文献3にのみ見出すことができる。青木寿男(Toshio Aoki)らは、透明円筒ドラムであって、内部光源、および円筒ドラムの外側に取り付けられたパターン形成されたフォトマスク材料のフィルムとともに回転および前進できる透明円筒ドラムの使用を記載する。透明な熱反射性材料のフィルムはこのドラムの内部に存在する。表面上にアルミニウム膜およびこのアルミニウム膜の上にあるフォトレジストを有する基体は、このドラム表面上のパターン形成されたフォトマスクと接触されて、イメージング光は、このフォトマスクを通過してこのアルミニウム膜の表面上のフォトレジストをイメージングする。このフォトレジストは、その後現像されて、パターン形成されたフォトレジストを与える。次いでこのパターン形成されたフォトレジストは、その基体上に存在するアルミニウム膜に対するエッチングマスクとして使用される。   The idea disclosed about using a roller for optical lithography can only be found in US Pat. No. 6,037,028, published on Nov. 13, 1984, entitled “Large Area Exposure Apparatus”. Toshio Aoki et al. Describe the use of a transparent cylindrical drum that can rotate and advance with an internal light source and a film of patterned photomask material attached to the outside of the cylindrical drum. . A film of transparent heat reflective material is present inside the drum. A substrate having an aluminum film on the surface and a photoresist overlying the aluminum film is contacted with a patterned photomask on the drum surface, and imaging light passes through the photomask and passes through the aluminum film. The photoresist on the surface of the film is imaged. This photoresist is then developed to give a patterned photoresist. This patterned photoresist is then used as an etching mask for the aluminum film present on the substrate.

フォトマスクフィルムとして、またはそのアルミニウム膜の表面上のフォトレジストとして使用された材料の種類に関する記載はない。高圧水銀ランプ光源(500W)が、アルミニウム膜の上にあるフォトレジストをイメージングするために使用された。約210mm(8.3インチ)×150mm(5.9インチ)および厚さ約0.2mm(0.008インチ)のガラス基体は、円筒ドラムパターン転写装置を使用して製造された。この技術を使用して転写されたパターンの加工寸法(feature size)は、見かけ上は約22.2μm×22.2μmの寸法を有する正方形であり約500μmであった。この加工寸法は、当該特許出願が1984年に出願された当時のLCDディスプレイのおよその画素サイズに基づいていた。この円筒ドラムの外部にあるフォトマスクフィルムは、およそ140,000パターン転写持ちこたえると言われていた。青木寿男らによって使用された接触リソグラフィースキームは、サブミクロンの加工部(feature)を製造することはできない。 There is no mention of the type of material used as a photomask film or as a photoresist on the surface of the aluminum film. A high pressure mercury lamp light source (500 W) was used to image the photoresist overlying the aluminum film. A glass substrate of about 210 mm (8.3 inches) by 150 mm (5.9 inches) and a thickness of about 0.2 mm (0.008 inches) was produced using a cylindrical drum pattern transfer apparatus. The feature size of the pattern transferred using this technique was a square with dimensions of about 22.2 μm × 22.2 μm, apparently about 500 μm 2 . This processing dimension was based on the approximate pixel size of the LCD display at the time the patent application was filed in 1984. It was said that the photomask film outside the cylindrical drum can hold about 140,000 pattern transfer. The contact lithography scheme used by Toshio Aoki et al. Cannot produce sub-micron features.

ナノインプリンティング方法(熱硬化またはUV硬化)またはSAM材料を用いたプリンティングを用いるソフトリソグラフィーが製造性の高いプロセスであるようにはみえない。一般に、インプリンティング方法は、熱処理(例えば熱NIL)に起因する基体材料の変形、またはポリマーが硬化するとなるパターン加工部(UV硬化した高分子の加工部)の収縮を生み出す。スタンプと基体との間の圧力(ハードコンタクト)が付与されることに起因して、実質的に、欠陥は回避することはできず、スタンプは非常に限られた寿命を有する。ソフトリソグラフィーは、それが熱および負荷のない(無応力の)プリンティング技術であるという点でたしかに利点を有する。しかしながら、100nm未満のパターンのための「インク」としてのSAMの使用は、表面上の分子の移動(drafting)に起因して非常に問題含みであり、大面積への適用は実験的にも確認されていない。   Soft lithography using nanoimprinting methods (thermal curing or UV curing) or printing using SAM materials does not appear to be a highly manufacturable process. In general, imprinting methods produce deformation of the substrate material due to heat treatment (eg, thermal NIL), or shrinkage of patterned features (UV cured polymer features) where the polymer cures. Due to the application of pressure (hard contact) between the stamp and the substrate, virtually no defects can be avoided and the stamp has a very limited lifetime. Soft lithography has certain advantages in that it is a heat and load free (stressless) printing technique. However, the use of SAM as an “ink” for sub-100 nm patterns is very problematic due to molecular drifting on the surface, and application to large areas has also been confirmed experimentally It has not been.

初期の研究者は、特許文献4および特許文献5において記載された近接場光リソグラフィーに基づいて、大面積の剛性かつ可撓性の基体材料をナノパターン形成する方法を提案している。ここで回転可能な円筒形または円錐形のマスクは放射線感受性材料をイメージングするために用いられる。このナノパターン形成技術は近接場フォトリソグラフィーを用い、基体をパターン形成するために用いられるマスクは、基体と接触する。近接場フォトリソグラフィーは、エラストマー位相シフトマスクを利用してもよく、あるいは、表面プラズモン技術を利用してもよく、ここで回転シリンダー表面は金属のナノホールまたはナノ粒子を含む。   Early researchers have proposed a method for nanopatterning large area rigid and flexible substrate materials based on near-field photolithography described in US Pat. Here, a rotatable cylindrical or conical mask is used for imaging the radiation sensitive material. This nanopatterning technique uses near-field photolithography, and a mask used to pattern the substrate contacts the substrate. Near-field photolithography may utilize an elastomeric phase shift mask, or may utilize surface plasmon technology, where the rotating cylinder surface contains metal nanoholes or nanoparticles.

米国特許第6,753,131号US Pat. No. 6,753,131 米国特許第5,928,815号US Pat. No. 5,928,815 特開59200419AJP 592004419A 国際公開第2009094009号International Publication No. 20099094009 米国特許出願第20090297989号US Patent Application No. 2009029789

「Large−area patterning of 50 nm structures on flexible substrates using near−field 193 nm radiation(近接場193nm放射線を使用するフレキシブル基板上の50nm構造の大面積パターニング)」JVST B 21(2002),ページ78−81“Large-area patterning of 50 nm structures on flexible substituting using near-field 193 nm radiation” (large area patterning of 50 nm structures on flexible substrates using near-field 193 nm radiation), JVST B 21 page 78 「Experimental and computational studies of phase shift lithography with binary elastomeric masks(2成分からなるエラストマーマスクを用いる位相シフトリソグラフィーの実験による研究およびコンピュータによる研究)」、JVST B 24(2)(2006)ページ828−835"Experimental and computational studies of phase shift lithography with binary elastomeric masks (experimental and computational studies of phase shift lithography using two-component elastomer masks)", JVST B 24, page 5 (page 28). 「Plasmonic Nanolithography(プラズモンナノリソグラフィー)」、Nanoletters V4,N6(2004),pp.1085−1088“Plasmonic Nanolithography”, Nanoletters V4, N6 (2004), pp. 1085-1088

本発明の実施形態は、大面積の基体、剛性で平らな、または湾曲した物体、あるいは可撓性のフィルムをナノパターン形成することにおいて有用である方法および装置に関する。ナノパターン形成技術は、近接場UVフォトリソグラフィーを利用し、ここで基体をパターン形成するために用いられるマスクは、基体と接触する。近接場フォトリソグラフィーは、位相シフトマスクまたは表面プラズモン技術を含んでもよい。近接場マスクは、可撓性のフィルムから製造され、これは、所望されるパターンに従ってナノ構造化されていない。位相シフトの方法において、例えばポリジメチルシロキサン(PDMS)のフィルムなどのナノ構造化されていないエラストマーフィルムを用いることができる。ナノ構造化は、レーザ処理、選択エッチング、または他の利用可能な技術を用いてなすことができ、あるいは、公知のナノファブリケーション方法(電子線描画、ホログラフィックリソグラフィー、レーザ直接描画、またはナノインプリントステップアンドリピート、あるいは、ロールツーロールリソグラフィー等)を用いて作られる、ナノ構造化された「マスター」からのレプリケーション(モールディング、キャスティング)によってなすことができる。このフィルムは別の透明な可撓性フィルム(キャリア)によってサポート可能である。プラズモン方法において、上述の方法の1つを用いて、または、例えば、コロイド溶液から堆積された金属ナノ粒子を堆積させることによって作られた、ナノホール構造を有する金属層を用いるフィルムを用いることができる。近接場リソグラフィーのための均一の接触領域を提供するために、我々は、基体上において、エラストマーのフィルムとフォトレジスト層との間の静摩擦のファンデルワールス力に依拠する。あるいは、透明シリンダーが、ナノ構造化されたフィルムと基体との間の制御可能な接触を提供するために用いられる。このようなシリンダーは、可撓性の壁を有してもよく、かつ、ナノ構造化されたフィルムと基体との間の制御可能な圧力を提供するためにガスによって加圧されることができる。   Embodiments of the present invention relate to methods and apparatus that are useful in nanopatterning large area substrates, rigid, flat or curved objects, or flexible films. Nanopatterning technology utilizes near-field UV photolithography, where the mask used to pattern the substrate is in contact with the substrate. Near-field photolithography may include a phase shift mask or surface plasmon technology. The near-field mask is manufactured from a flexible film, which is not nanostructured according to the desired pattern. In the method of phase shift, an elastomer film that is not nanostructured, such as a film of polydimethylsiloxane (PDMS), can be used. Nanostructuring can be done using laser processing, selective etching, or other available techniques, or known nanofabrication methods (electron beam writing, holographic lithography, laser direct writing, or nanoimprinting steps). This can be done by replication (molding, casting) from a nanostructured “master” made using and repeat or roll-to-roll lithography. This film can be supported by another transparent flexible film (carrier). In the plasmon method, a film using a metal layer having a nanohole structure made using one of the methods described above or, for example, by depositing metal nanoparticles deposited from a colloidal solution can be used. . In order to provide a uniform contact area for near field lithography, we rely on van der Waals forces of static friction between the elastomeric film and the photoresist layer on the substrate. Alternatively, a transparent cylinder is used to provide controllable contact between the nanostructured film and the substrate. Such cylinders may have flexible walls and can be pressurized with a gas to provide a controllable pressure between the nanostructured film and the substrate. .

本発明の例示的な実施形態が達成される方法は、上記で提供された特定の記載を参照し、かつ、出願人が図面を提供している例示的な実施形態の詳細な記載を参照して、明らかとなり、かつ詳細に理解可能である。本発明の例示的な実施形態を理解するのに必要な場合にのみ図面が提供され、所定の周知のプロセスおよび装置は本開示の主たる事項の発明的な性質を曖昧にしないように、本明細書において図示されていないことは理解されるべきである。   The manner in which exemplary embodiments of the invention are accomplished will refer to the specific description provided above and to the detailed description of the exemplary embodiment for which applicant has provided drawings. It is clear and understandable in detail. The drawings are provided only as necessary to understand the exemplary embodiments of the present invention, and certain well-known processes and devices are described herein so as not to obscure the inventive nature of the main subject matter of the present disclosure. It should be understood that it is not illustrated in the document.

図1Aは、位相シフトマスク特性を有する、可撓性のナノ構造化されたフィルム1の実施形態の断面図を示す。表面レリーフナノ構造3は、フィルム2の表面の1つの上に作られている。図1Bは、プラズモンマスク特性を有する、可撓性のナノ構造化されたフィルム1の実施形態の断面図を示す。ナノホールのアレイがフィルムに作られるか、またはナノ粒子のアレイがその表面上に堆積される。FIG. 1A shows a cross-sectional view of an embodiment of a flexible nanostructured film 1 having phase shift mask properties. The surface relief nanostructure 3 is made on one of the surfaces of the film 2. FIG. 1B shows a cross-sectional view of an embodiment of a flexible nanostructured film 1 having plasmon mask properties. An array of nanoholes is made in the film or an array of nanoparticles is deposited on the surface. 図2は加工を開始する前の、提案されたナノパターン形成システムを示す。ナノ構造化されたフィルム1はサポートドラム4および5周囲に巻きつけられている。基体6はその表面上に堆積されたフォトレジスト層7を有する。FIG. 2 shows the proposed nanopatterning system before processing begins. The nanostructured film 1 is wound around support drums 4 and 5. The substrate 6 has a photoresist layer 7 deposited on its surface. 図3は別の実施形態を示し、ナノ構造化されたフィルム1は1つのロール4から別のロール5へと巻かれることができる。FIG. 3 shows another embodiment, where the nanostructured film 1 can be wound from one roll 4 to another. 図4は、フィルム1が、可動式アーム8を用いて、フォトレジスト7と接触する場合の、加工の開始点を示す。FIG. 4 shows the starting point of processing when the film 1 comes into contact with the photoresist 7 using the movable arm 8. 図5は、アーム8がフィルム−基体接触から取り除かれ、基体6が一方向に移動し、UV光源7がフィルムと基体との間の接触領域を照射する場合の、パターン形成プロセスを示す。FIG. 5 shows the patterning process when the arm 8 is removed from the film-substrate contact, the substrate 6 moves in one direction, and the UV light source 7 illuminates the contact area between the film and the substrate. 図6は別の実施形態を示し、ナノパターン形成されたフィルムが、著しく大きな表面領域において、基体に接触している。FIG. 6 illustrates another embodiment, where the nanopatterned film is in contact with the substrate at a significantly larger surface area. 図7は実施形態を示し、透明シリンダー11が、ナノ構造化されたフィルム1を、基体6上のフォトレジスト7と接触させるために用いられている。FIG. 7 shows an embodiment, in which a transparent cylinder 11 is used to contact the nanostructured film 1 with the photoresist 7 on the substrate 6. 図8は実施形態を示し、基体は可撓性のフィルム12であり、1つのロール14から別のロール13へと移動可能である。FIG. 8 shows an embodiment where the substrate is a flexible film 12 that can be moved from one roll 14 to another. 図9は実施形態を示し、基体は両側からナノパターン形成される。FIG. 9 shows an embodiment where the substrate is nanopatterned from both sides.

詳細な記載の前置きとして、留意すべきは、本明細書および特許請求の範囲の請求項において用いられているように、単数の形「a」、「an」、および「the」は、文脈が明らかに別意を指示していないならば、複数の指示対象物を含む。   As a prelude to the detailed description, it should be noted that, as used in the specification and claims, the singular forms “a”, “an”, and “the” If there is clearly no indication of different intentions, a plurality of indication objects are included.

用語「約、およそ」が本出願において用いられる場合、これは、提示された名目上の値は±10%以内の精度であることを意味することが位置される。   Where the term “about” is used in this application, this is positioned to mean that the nominal value presented is within ± 10% accuracy.

本発明の実施形態は、大面積の基体のナノパターン形成において有用である方法および装置に関し、可撓性のナノ構造化されたフィルムは放射線感受性材料を描画(イメージング)するために用いられる。ナノパターン形成技術は近接場フォトリソグラフィーを利用し、基体上において放射線感受性層をイメージングするために用いられる放射線の波長は650nm以下であり、基体をパターン形成するために用いられるマスクは基体と接触する。近接場フォトリソグラフィーは位相シフトマスクを利用してもよく、または、表面プラズモン技術を用いてもよく、可動式の可撓性フィルムの表面上の金属層はナノホールを含むか、あるいは、金属のナノ粒子がこのような可撓性フィルムの表面上に分散されている。以下で提供される詳細な記載は、本出願の開示内容を読了後、当業者によって認識されるであろう可能性のサンプリングである。   Embodiments of the present invention relate to methods and apparatus that are useful in nanopatterning large area substrates, wherein a flexible nanostructured film is used to image a radiation sensitive material. Nanopatterning technology utilizes near-field photolithography, the wavelength of radiation used to image the radiation-sensitive layer on the substrate is 650 nm or less, and the mask used to pattern the substrate is in contact with the substrate . Near-field photolithography may utilize a phase shift mask, or may use surface plasmon technology, and the metal layer on the surface of the movable flexible film may contain nanoholes or metal nano Particles are dispersed on the surface of such a flexible film. The detailed description provided below is a sampling of the possibilities that would be recognized by one skilled in the art after reading the disclosure of this application.

それらの実施形態の1つは、位相シフトマスクのアプローチを提案し、可撓性のナノ構造化されたフィルムによって実施される。このような可撓性のナノ構造化されたフィルムと基体との間の均一かつ永続的な接触を提供することの問題は、強いが一時的な接着をフォトレジスト層に対して作ることのできる材料からこのフィルムを製造することによって解消される。このような材料の一例は、エラストマー、例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)である。PDMSフィルムは、平らで、固体のフォトレジストの層との共形の、原子スケールでの接触を形成するために用いられ得る。この接触は、加えられる圧力なしに、接触の際に自然発生的に確立される。このようなフィルムの図は図1Aに示されており、ここでフィルム2は透明表面レリーフの形態でナノ構造3を有する。   One of those embodiments proposes a phase shift mask approach and is implemented with a flexible nanostructured film. The problem of providing uniform and permanent contact between such a flexible nanostructured film and the substrate is that a strong but temporary bond can be made to the photoresist layer. It is eliminated by manufacturing this film from the material. An example of such a material is an elastomer, such as polydimethylsiloxane (PDMS). PDMS films can be used to form conformal, atomic scale contacts with flat, solid photoresist layers. This contact is established spontaneously upon contact without any applied pressure. An illustration of such a film is shown in FIG. 1A, where film 2 has nanostructures 3 in the form of a transparent surface relief.

フィルム2は、1つの材料(例えばPDMS)から作られていてもよく、あるいは、2つ以上の材料からなる複合体または複数層から作られていてもよく、例えば、ナノ構造化されたPDMSは、透明および可撓性のサポートフィルム上に積層または堆積され得る。そのようなサポートフィルムは、ポリカーボネート(PC)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、非結晶フッ素ポリマー(fluoric−polymer)、例えばCYTOP、ならびに他の材料から作られ得る。透明な可撓性のサポートフィルム上のPDMSの堆積は、例えば浸漬、噴霧、またはキャスティング等の利用可能な技術の1つを用いてなされることができる。サポートフィルムは、酸素プラズマ、UVオゾン、コロナ放電、または、シラン等、エラストマーのフィルムと高分子フィルムサポートとの間のより良い接着を促進するための接着促進剤を用いて処理可能である。   Film 2 may be made from one material (eg, PDMS), or may be made from a composite or multiple layers of two or more materials, for example, nanostructured PDMS It can be laminated or deposited on transparent and flexible support films. Such support films can be made from polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET), amorphous fluoropolymer, such as CYTOP, and other materials. The deposition of PDMS on a transparent flexible support film can be done using one of the available techniques such as dipping, spraying, or casting. The support film can be treated with an adhesion promoter to promote better adhesion between the elastomeric film and the polymeric film support, such as oxygen plasma, UV ozone, corona discharge, or silane.

フォトレジストと動的な接触を生成するために、エラストマーの代わりに用いることのできる「粘着性の」材料の別の実施形態は、架橋シラン材料である。このような材料は、多量の水/湿気を用いたシラン前駆体(自己組織化した単分子層、SAMを堆積するために通常用いられる)から堆積可能である。例えば、DDMS(ジクロロジメチルシラン)は、多量の湿気と共に堆積された場合、非常に粘着質な表面を作る。この実施形態において、キャリア層は、公知のナノ構造化技術の1つ(好ましくはロールツーロールナノインプリンティングリソグラフィー)を用いてナノ構造化され、次いで、シラン材料でコーティングして「粘着性」を提供する。   Another embodiment of a “sticky” material that can be used in place of an elastomer to create dynamic contact with the photoresist is a crosslinked silane material. Such materials can be deposited from silane precursors (self-assembled monolayers, commonly used to deposit SAMs) using large amounts of water / humidity. For example, DDMS (dichlorodimethylsilane) creates a very sticky surface when deposited with a large amount of moisture. In this embodiment, the carrier layer is nanostructured using one of the known nanostructuring techniques (preferably roll-to-roll nanoimprinting lithography) and then coated with a silane material to “stick”. provide.

位相シフトリソグラフィーのための表面レリーフは、以下の方法の任意を用いてエラストマーまたはシランフィルムにおいて作られてよい:まず、「ナノ構造化された「マスター」が、利用可能なナノファブリケーション技術(深UVステッパー、電子ビーム、イオンビーム、ホログラフィ、レーザ処理、エンボス加工、ナノインプリンティング、および他)の1つを利用して得られることができる。第2に、所望されるナノ構造のレプリカは、例えば、ロールツーロールモードまたはステップアンドリピートモードにおいて、キャスティングまたはモールディングを用いて、エラストマーのフィルムの表面上にそのようなマスターから得られることができる。   A surface relief for phase shift lithography may be made in an elastomer or silane film using any of the following methods: First, a “nanostructured“ master ”is available for nanofabrication technology (depth One of UV stepper, electron beam, ion beam, holography, laser treatment, embossing, nanoimprinting, and others). Second, replicas of the desired nanostructures can be obtained from such masters on the surface of an elastomeric film using casting or molding, for example, in roll-to-roll mode or step-and-repeat mode. .

別の実施形態は、キャリア層は、公知のナノ構造化技術(好ましくは、ロールツーロールのナノインプリンティングリソグラフィー)の1つを用いてナノ構造化され、次いで、エラストマー材料(PDMS等)でコーティングし、または、(DDMS等)のシラン材料でコーティングして、「粘着性」を提供する。   In another embodiment, the carrier layer is nanostructured using one of the known nanostructuring techniques (preferably roll-to-roll nanoimprinting lithography) and then coated with an elastomeric material (such as PDMS) Or coated with a silane material (such as DDMS) to provide “stickiness”.

このようなマスクのナノ構造は、位相調整器として機能するように設計可能であり、この場合、加工部(feature)の高さはπに比例すべきである。例えば露出365nmの波長について、屈折率1.43を有するPDMS材料は、位相シフト効果を生じるために、約400nmの深度を有する加工部を有するべきである。この場合、光度の局所的最小は、マスクのステップ端において生じる。例えば、20nmから150nmの線は、位相シフトマスクにおける表面レリーフエッジの位置に対応するフォトレジストにおいて得られることができる。従って、このリソグラフィーは、イメージ収縮特性(image reduction property)を有し、ナノ構造は、マスク上で、さらに大きな加工部を用いて達成可能である。   The nanostructure of such a mask can be designed to function as a phase adjuster, in which case the height of the feature should be proportional to π. For example, for an exposed wavelength of 365 nm, a PDMS material having a refractive index of 1.43 should have a workpiece with a depth of about 400 nm to produce a phase shift effect. In this case, a local minimum in intensity occurs at the step edge of the mask. For example, 20 nm to 150 nm lines can be obtained in the photoresist corresponding to the position of the surface relief edge in the phase shift mask. Thus, this lithography has image reduction properties and nanostructures can be achieved on the mask using larger features.

別の実施形態は、1:1のレプリケーションマスクとして機能する可撓性のマスク上にナノ構造を用いている。以前の刊行物において証明されているが、例えば、Tae−Woo Leeらは、Advanced Functional Materials, 2005年, 15,1435において、フォトレジストの露出および現像の特定のパラメータに依存して、マスクからフォトレジストまでの加工部の1:1のレプリケーション、または、同じエラストマーのマスク上の表面レリーフエッジ上の位相シフトを用いて、加工部サイズの収縮を達成可能である。特に、通常の露出量および現像時間よりも露出不足または現像不足は、マスクの非接触領域および接触領域における効率的な露出量との間での著しい差を生じる。これは、ポジ型またはネガ型のトーンにおいて(フォトレジストのタイプに依存して)、マスクからフォトレジストへの、1:1のレプリケーションを生成するために用いられることができる。   Another embodiment uses nanostructures on a flexible mask that functions as a 1: 1 replication mask. As proven in previous publications, for example, Tae-Woo Lee et al., In Advanced Functional Materials, 2005, 15, 1435, depending on the specific parameters of photoresist exposure and development, can be used for photo-masking. Using 1: 1 replication of the feature to resist or phase shift on the surface relief edge on the same elastomeric mask, shrinkage of the feature size can be achieved. In particular, underexposure or underdevelopment over the normal exposure and development time results in a significant difference between the effective exposure in the non-contact and contact areas of the mask. This can be used to generate a 1: 1 replication from mask to photoresist in positive or negative tones (depending on the type of photoresist).

別の実施形態はプラズモンマスクのアプローチを提案する。このようなプラズモンフィルムは、所望されるパターンに従ったナノホールのアレイを有する、図1Bに示された可撓性の金属フィルムであってよい。あるいは、金属層は可撓性の透明フィルム上に堆積される。金属層のパターン形成は、利用可能なナノパターン形成技術(深UVステッパー、電子ビーム、イオンビーム、ホログラフィ、レーザ処理、エンボス加工、ナノインプリンティング、および他)のうちの1つを用い、続いて、金属層エッチングを用いてなされることができる。   Another embodiment proposes a plasmon mask approach. Such a plasmon film may be the flexible metal film shown in FIG. 1B having an array of nanoholes according to the desired pattern. Alternatively, the metal layer is deposited on a flexible transparent film. Metal layer patterning uses one of the available nanopatterning techniques (deep UV stepper, electron beam, ion beam, holography, laser processing, embossing, nanoimprinting, and others), followed by Can be done using metal layer etching.

あるいは、ナノパターン形成は、透明フィルム上で上述の方法を用いて製造可能であり、次いで、金属材料は、ナノパターン形成されたレジスト上に堆積され、続いて、金属層のリフトオフが可能である。   Alternatively, nanopatterning can be produced using the method described above on a transparent film, and then a metal material can be deposited on the nanopatterned resist, followed by lift-off of the metal layer. .

さらに別の実施形態は、プラズモンマスクを生成するために、可撓性の透明フィルムの表面上に、制御可能な方法において分配された金属ナノ粒子を用いる。例えば、メタルナノ粒子は、PDMS材料を可撓性の透明なサポートフィルム上に堆積させるのに先立って、液相にてPDMS材料で混合可能である。あるいは、金属ナノ粒子は、エラストマー層において製造されたナノテンプレート上に堆積可能である。   Yet another embodiment uses metal nanoparticles distributed in a controllable manner on the surface of a flexible transparent film to produce a plasmon mask. For example, the metal nanoparticles can be mixed with the PDMS material in the liquid phase prior to depositing the PDMS material on a flexible transparent support film. Alternatively, the metal nanoparticles can be deposited on a nanotemplate made in an elastomer layer.

ナノ構造化されたフィルムは、サポートドラム4および5周囲に巻かれることができ、図2に示すように、制御可能なテンションにて保たれることができる。   The nanostructured film can be wound around support drums 4 and 5 and can be kept under controllable tension, as shown in FIG.

あるいは、ナノ構造化されたフィルムは、図3に示すように、1つのロール4から別のロール5へと巻かれることができる。   Alternatively, the nanostructured film can be wound from one roll 4 to another roll 5 as shown in FIG.

プロセスは、図4に示すように、可動式のアーム8を用いて、ナノ構造化されたフィルム1を、基体6上に堆積されたフォトレジスト7と接触させることによって開始する。このような接触は、ファンデルワースル力を利用しており、フィルムを、フォトレジストに一時的にくっつける。次いで、図5に示すように、可動式のアーム8は、フィルム−基体接触から取り除かれ、光焦点、コリメート、またはフィルタリングのシステム9を含み得る光源がオンにされ、フィルム−基体接触の領域への露出を提供し、基体6は、一定または可変の速度を用いて、ある方向に移動される。このような移動は、フィルムをも、その移動方向に移動させて、フィルム上に作られるナノ構造に依存して、同じまたは異なるパターンに対して、基体の異なる部分を露出させる。   The process begins by contacting the nanostructured film 1 with a photoresist 7 deposited on a substrate 6, using a movable arm 8, as shown in FIG. Such contact utilizes Van der Waals forces and temporarily attaches the film to the photoresist. Then, as shown in FIG. 5, the movable arm 8 is removed from the film-substrate contact and the light source, which may include a light focus, collimating, or filtering system 9, is turned on and into the film-substrate contact area. The substrate 6 is moved in one direction using a constant or variable speed. Such movement also moves the film in its direction of movement, exposing different portions of the substrate for the same or different patterns, depending on the nanostructures made on the film.

別の実施形態は、図6に提示されているが、より広い領域に亘ってフォトレジストと接触するナノ構造化されたフィルムを示す。この接触領域は、基体がある方向に移動を開始するや否や、移動を開始する。ナノ構造化されたフィルムと基体との間の接触領域の幅は、基体6と、ドラム4および5との間の相対的位置を変化させることによって、ならびに、ナノ構造化されたフィルム材料の粘着性を変化させることによって変更可能である。この構成はまた、光に対するナノ構造化されたフィルムの露出の領域を増加させることが可能であり、これにより、動的な露出量の増加に起因して、本方法のスループットを改善するのを助ける。   Another embodiment, presented in FIG. 6, shows a nanostructured film that contacts the photoresist over a larger area. The contact area starts moving as soon as the base starts moving in a certain direction. The width of the contact area between the nanostructured film and the substrate can be varied by changing the relative position between the substrate 6 and the drums 4 and 5, and the adhesion of the nanostructured film material. It can be changed by changing gender. This configuration can also increase the area of exposure of the nanostructured film to light, thereby improving the throughput of the method due to increased dynamic exposure. help.

ナノ構造化されたフィルム表面接触が十分に粘着質ではない場合(例えば、プラズモンマスクのアプローチの場合などのように)、可動式のアームは、引っ込まず、ナノ構造化されたフィルムと基体との間の制御可能かつ均一の圧力を保つ。例えば、可動式のアームは、図7に示すように、透明のシリンダー1の形態において製造可能である。このシリンダーは、ナノ構造化されたフィルムと基体との間の制御可能かつ均一の接触を提供する機械的システムによって作動される。この場合、照明9の光源はそのようなシリンダー内部に配置可能である。   If the nanostructured film surface contact is not sufficiently sticky (eg, as in the case of a plasmon mask approach), the movable arm does not retract and the nanostructured film and substrate are not retracted. Keep controllable and uniform pressure between. For example, the movable arm can be manufactured in the form of a transparent cylinder 1 as shown in FIG. The cylinder is operated by a mechanical system that provides controllable and uniform contact between the nanostructured film and the substrate. In this case, the light source of the illumination 9 can be arranged inside such a cylinder.

このようなシリンダーは、透明な可撓性材料から作製可能であり、かつガスによって加圧可能である。このような場合、マスクと基体との間の接触領域および圧力は、ガスの圧力によって制御可能である。   Such a cylinder can be made from a transparent flexible material and can be pressurized with a gas. In such a case, the contact area and pressure between the mask and the substrate can be controlled by the pressure of the gas.

ガスは、可撓性−壁シリンダーを介して一定して流れることができ、必要な制御可能な圧力を生成し、同時に、このシリンダー内に配置された光源を冷却する。   The gas can flow constantly through the flexible-walled cylinder, creating the necessary controllable pressure and simultaneously cooling the light source located in this cylinder.

開示されたナノパターン形成方法は、図8に示すように、可撓性フィルム12をパターン形成するために利用可能であり、フィルムは、露出の間、1つのロール14から別のロール13へと移動可能である。   The disclosed nanopatterning method can be used to pattern a flexible film 12, as shown in FIG. 8, from one roll 14 to another roll 13 during exposure. It is movable.

開示されたナノパターン形成方法は、図9に示すように、両側から、剛性または可撓性の材料をパターン形成するために用いられることができる。   The disclosed nanopatterning method can be used to pattern rigid or flexible materials from both sides, as shown in FIG.

開示されたナノパターン形成方法は、図10に示すように、非平坦または湾曲の基体をパターン形成するために用いられることができる。図10aは、可動式のアーム上にあるシリンダーが基体の湾曲に従っている仕方を示し、図10bは、可撓性−壁ガス加圧シリンダーが基体の湾曲に従っている仕方を示す。後者の場合、垂直方向にアームを移動させる代わりに、湾曲によって生じる基体の高さの偏差に対応するためにシリンダー内の圧力を調節することができる。   The disclosed nanopatterning method can be used to pattern a non-planar or curved substrate, as shown in FIG. FIG. 10a shows how the cylinder on the movable arm follows the curvature of the substrate, and FIG. 10b shows how the flexible-wall gas pressurized cylinder follows the curvature of the substrate. In the latter case, instead of moving the arm in the vertical direction, the pressure in the cylinder can be adjusted to accommodate the deviation in substrate height caused by the curvature.

Claims (31)

ナノパターン形成方法であって、
(a)基体を提供する工程であって、前記基体はその表面上に放射線感受性層を有する、工程と、
(b)可動式のナノ構造化されたフィルムを提供する工程と、
(c)前記ナノ構造化されたフィルムを、接触表面に沿って、前記基体上の前記放射線感受性層と接触させる工程と、
(d)前記フィルムに対して前記基体を移動させる間に、前記接触を介して放射線を分散させる工程と、
を含む、方法。
A nanopattern forming method comprising:
(A) providing a substrate, the substrate having a radiation sensitive layer on its surface;
(B) providing a movable nanostructured film;
(C) contacting the nanostructured film with the radiation-sensitive layer on the substrate along a contact surface;
(D) dispersing the radiation through the contact while moving the substrate relative to the film;
Including a method.
前記ナノ構造化されたフィルムは、放射線感受性層の面において、光度の調節を生じる、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the nanostructured film produces a light intensity adjustment in the plane of the radiation sensitive layer. 前記ナノ構造化されたフィルムは表面レリーフを有する、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the nanostructured film has a surface relief. 前記ナノ構造化されたフィルムは、前記放射線感受層において、干渉パターンを形成するために放射線を生じる位相シフトマスクである、請求項3に記載の方法。   The method of claim 3, wherein the nanostructured film is a phase shift mask that produces radiation to form an interference pattern in the radiation sensitive layer. 前記ナノ構造化されたフィルムは共形のエラストマー材料からできている、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the nanostructured film is made of a conformal elastomeric material. 前記ナノ構造化されたフィルムは、2つ以上の透明な可撓性材料の層からできている、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the nanostructured film is made of two or more layers of transparent flexible material. 外側層はエラストマー材料でできている、請求項6に記載の方法。   The method of claim 6, wherein the outer layer is made of an elastomeric material. 前記外側層はシラン材料でできている、請求項6に記載の方法。   The method of claim 6, wherein the outer layer is made of a silane material. 前記表面レリーフは、ナノ構造化されたマスター基体から、モールディングまたはキャスティングによって作製される、請求項3に記載の方法。   4. The method of claim 3, wherein the surface relief is made from a nanostructured master substrate by molding or casting. 前記共形のナノ構造化されたフィルムはプラズモンマスクである、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the conformal nanostructured film is a plasmon mask. 前記プラズモンマスクは、ナノホールのアレイを有する金属フィルムでできている、請求項10に記載の方法。   The method of claim 10, wherein the plasmon mask is made of a metal film having an array of nanoholes. 前記プラズモンマスクは、透明な可撓性フィルム上に堆積または積層された、ナノパターン形成された金属層を用いてできている、請求項10に記載の方法。   11. The method of claim 10, wherein the plasmon mask is made using a nanopatterned metal layer deposited or laminated on a transparent flexible film. 前記プラズモンマスクは、透明な可撓性フィルム上に堆積された金属ナノ粒子のアレイによって形成される、請求項10に記載の方法。   The method of claim 10, wherein the plasmon mask is formed by an array of metal nanoparticles deposited on a transparent flexible film. ナノ構造化されたフィルムと放射線感受性層との間の前記接触は、可動式のアームを用いてなされる、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the contact between the nanostructured film and the radiation sensitive layer is made using a movable arm. 前記可動式のアームは、感光性層の露出の間、前記接触から取り除かれる、請求項14に記載の方法。   The method of claim 14, wherein the movable arm is removed from the contact during exposure of the photosensitive layer. 前記可動式のアームはシリンダーであり、前記シリンダーは回転され、同時に、前記ナノ構造化されたフィルムと接触する、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the movable arm is a cylinder, and the cylinder is rotated and simultaneously contacts the nanostructured film. 前記シリンダーは可撓性の壁を有し、ガスによって加圧される、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the cylinder has a flexible wall and is pressurized with a gas. 光源は、前記シリンダー内に配置される、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein a light source is disposed within the cylinder. 前記基体は、接触ラインからの放射線の分散の間、前記ナノ構造化されたフィルムの接触ラインに向かう方向に、または、前記ナノ構造化されたフィルムの接触ラインから離れる方向に、移動する、請求項1に記載の方法。   The substrate moves in a direction toward the contact line of the nanostructured film or away from the contact line of the nanostructured film during dispersion of radiation from the contact line. Item 2. The method according to Item 1. 前記ナノ構造化されたフィルムは閉ループにて移動される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the nanostructured film is moved in a closed loop. 前記ナノ構造化されたフィルムはロールからロールへと移動される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the nanostructured film is transferred from roll to roll. 前記基体は剛性のプレートである、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the substrate is a rigid plate. 前記基体は湾曲を有する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the substrate has a curvature. 前記基体は可撓性のフィルムである、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the substrate is a flexible film. さらなるナノ構造化された可撓性のフィルムおよび光源が、前記基体の両側におけるナノパターン形成のために、両側表面上に、感光性の層でコーティングされた前記基体の他方の側上に提供される、請求項1に記載の方法。   Further nanostructured flexible films and light sources are provided on both sides of the substrate, on the other side of the substrate coated with a photosensitive layer, for nanopatterning on both sides of the substrate. The method according to claim 1. ナノパターン形成を実行するための装置であって、
(a)ナノ構造化されたフィルムと、
(b)前記ナノ構造化されたフィルムの一部を介して、650nm以下の波長の放射線を供給し、同時に、前記一部は、放射線感受性材料の層と接触している、放射線源と
を備える、装置。
An apparatus for performing nanopattern formation,
(A) a nanostructured film;
(B) providing radiation at a wavelength of 650 nm or less through a portion of the nanostructured film, wherein the portion comprises a radiation source in contact with a layer of radiation sensitive material. ,apparatus.
ナノ構造化されたフィルムは表面レリーフを有するポリマーである、請求項26に記載の装置。   27. The device of claim 26, wherein the nanostructured film is a polymer having a surface relief. ナノ構造化されたフィルムは、孔の開いた金属フィルムまたは、金属ナノ粒子を有する高分子フィルムである、請求項26に記載の装置。   27. The device of claim 26, wherein the nanostructured film is a perforated metal film or a polymer film having metal nanoparticles. 前記ナノ構造化されたフィルムは2つ以上の層を有する、請求項26に記載の装置。   27. The apparatus of claim 26, wherein the nanostructured film has two or more layers. 可動式のシリンダーは、前記放射線感受性層と接触するナノ構造化されたフィルムを制御するために提供される、請求項26に記載の装置。   27. The apparatus of claim 26, wherein a movable cylinder is provided to control a nanostructured film in contact with the radiation sensitive layer. 前記シリンダーはガスによって加圧される、請求項30に記載の装置。   32. The apparatus of claim 30, wherein the cylinder is pressurized with a gas.
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