JP2015514318A - 液体デポジションフォトリソグラフィ - Google Patents

Abstract

液体デポジションフォトリソグラフィのためのシステム及び方法を記載している。特に、いくつかの実施形態は様々なマスク、投影、光学及び材料を使用して材料（例えばフォトポリマー）の薄層の２D構造体を制御するフォトリソグラフィを使用するためのシステム及び方法に関する。１つ又はそれ以上の実施形態において、この薄層は、（主に複数の層の構造体の作成を簡略化する）、液体環境内で形成、パターン化、ポスト処理されることができるようなマイクロ流体技術によって操作することができる。複数の層は急速に構築されて、既存の方法によって製造することに現在行っている、複数の材料になる可能性がある厚い構造体を作成する。【選択図】図２

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は２０１２年３月２２日付米国プロビジョナル特許出願第61/614,356号に基づく優先権主張を伴う出願である。この参照をもって全内容を本願に組み込む。

本発明は、米国科学財団によって授与助成金番号IIP0822695の下で政府の支援を受けてなされた。政府は本発明において一定の権利を有する。

本発明の様々な実施形態は、一般にフォトリソグラフィのためのシステム及び方法に関する。特に、いくつかの実施形態では、液体デポジションフォトリソグラフィのためのシステム及び方法に関する。

フォトリソグラフィは、一般に、基板上に幾何学的なパターンを転写するのに使用される光学プロセスを指す。多くの従来のフォトリソグラフィ技術は、幾何学的パターンを生成する感光性ポリマー（一般的に「フォトレジスト」と呼ばれる）を使用する。ネガ型フォトレジストは露光された後に重合（ポリマライズ）されるが、ポジ型フォトレジストは露光によって生成されたパターンを除去することを可能とする。結果として、二次元及び三次元レリーフ画像は、感光性ポリマーを硬化光にさらすことによって基板上に作成することができる。硬化光は典型的には紫外線である。多くの場合、感光性ポリマーの複合的処置は複雑な幾何学的パターンを生成することに使用できる。

フォトリソグラフィの利点の一つは、非常に小さい複雑なパターンを生成できるということである。しかしながら、従来のシステムは典型的に平坦な基板を必要とし、平坦ではない形状を生成する場合に非常に効果的であるとは言えない。さらに、従来のプロセスのバージョンでは、特に、複雑なパターンに対しては、時間が掛かり高価になってしまうだろう。つまり、フォトリソグラフィのための改良されたシステム及び方法が必要である。

本発明の様々な実施形態は、一般にフォトリソグラフィのためのシステム及び方法に関する。特に、いくつかの実施形態は、液体環境内で形成、パターニング、及び後処理を行うフォトリソグラフィを実施するためのシステム及び方法に関する。いくつかの実施形態は、電子工学（例えば、回路）、光学（例えば、レンズ及びホログラム）、機械学（例えば、MEMS）、及び生物学（例えば、組織スキャフォールド）、またはこれらの組み合わせに共通する物理的構造体を生成するための液体デポジションフォトリソグラフィシステムを提供する。システムは、露光チャンバ、光学パターン生成器、光学ウィンドウ、及び／又は材料供給のサブシステムを含むことができる。露光チャンバはカスタマイズされた物理的又は屈折率構造を形成するための材料を収容することができる。材料は、光学パターン生成器によって生成された光強度パターン（optical intensity pattern）にさらされる時に局所的に重合することができるモバイルモノマーを有する感光液を含むことができる。

光学ウィンドウは、光学パターン生成器から露光チャンバを分離するように構成することができる。いくつかの実施形態によれば、光学ウィンドウは強度パターンを露光チャンバに入れ、それによって露光チャンバ内の材料の特性を変更することを可能とする。光学ウィンドウは固体層を含むことができ、この固体層は例えば機械的サポート及び形状保持を提供する。材料供給サブシステムは、露光チャンバに材料を調達するように構成することができる。

本発明の実施形態はまた、１つ又はそれより多くのプロセッサに、方法、方法の変形形態（variations of methods）、及び他の本明細書記載の動作を実行させる命令のセットを含むコンピュータ読み取り可能記憶媒体を含む。

いくつかの実施形態において、液体層は前持って組み立てられた構造と光学ウィンドウの間に挿入することができる。光学パターンは、感光液の特性を変更するために、ウィンドウを介して投影することができる。１つのそのような変更は、硬化、拡散又は耐溶剤性を引き起こす光重合である。感光プロセスは、様々な技術によってマスクに直接接することから回避できる。
例えば、化学抑制剤（chemical inhibitor）は、光学パターンに感度を持たない液体材料の薄層を生成するウィンドウの最下層の外部をゆっくり拡散するいくつかの実施形態において使用することができる。
従って、ウィンドウの底は金型（平坦またはその他）の機能を提供する一方、抑制剤は離型剤の機能を提供する。この実施において、固体材料が決して接触しないので、金型は摩耗しない。

ベースプラットフォームは、次の層のための空間（例えば、正確な距離、ウィンドウから離れて）を作るために移動することができ、このプロセスは繰り返される。ベースムーブメントはナノメートルレベルの近代的な段階で制御することができ、非常に正確な層の制御を可能とする。これらの手順は代表的なものであるが、多くの変形例が可能である。例えば、溶剤のような非感光液はまた、特定のパターニングのステップに利用することができる。いくつかの実施形態において、様々なステップは多くの利点を有する単一のマシンに集約されている。

複数の実施形態が開示されているが、本発明の他の実施形態は以下の詳細な記載から当業者によって明らかになるだろう。その詳細な記載は本発明の例示的な実施形態を示し、説明している。理解されるように、本発明は全ての本発明の範囲から逸脱することなく、様々な態様において変更が可能である。従って、図面及び詳細な説明は本質的に例示であって制限出来ではないものとみなされるべきである。

本発明の実施形態は添付の図面を使用することを通じて記載及び説明する。

図１は本発明の様々な実施形態に一致する実践的な液体デポジションフォトリソグラフィのためのシステムの高レベルブロックダイアグラムを示す図である。 図２は本発明のいくつかの実施形態と一致する液体デポジションフォトリソグラフィの処理環境の簡略された物理的レイアウトを示す図である。 液体デポジションフォトリソグラフィのシステム内で金型の有効な解像度の液体層の厚さの結果を示す図である。 液体デポジションフォトリソグラフィのシステム内で金型の有効な解像度の液体層の厚さの結果を示す図である。 実践的な液体デポジションフォトリソグラフィのための動作のセットのフローチャートを示す図である 図５は本発明の一つ又はそれ以上の実施形態と一致する多層屈折率３D構造体のための製造プロセスを示す図である。 本発明の様々な実施形態と一致して生産されることができる多層パーツ、ホログラム、導波管アレイ及びフォトニック結晶導波路のサンプルを示す図である。 本発明の一つ又はそれ以上に使用することができる例示的なコンピュータシステムを示す図である。

図面は必ずしもスケールどおりに描かれてはいない。例えば、図中の要素のいくつかの寸法は本発明の実施形態の理解を改善するために拡大または縮小しても良い。同様に、いくつかの構成要素及び／又は動作は、本発明の実施形態のいくつかの議論の目的のために、異なるブロックの中に分割することも、単一のブロックの中に結合することもできる。さらに、本発明は様々な修正及び代替形態が可能であるが、特定の実施形態は図面内の例によって示されており、以下に詳細に説明する。意図は、しかしながら、特定の実施形態に本発明を限定するものではない。それどころか、本発明は添付の請求項によって定義される、発明の範囲内に入る全ての修正、均等物及び代替物を含むことを意図している。

本発明の様々な実施形態は一般にフォトリソグラフィのためのシステム及び方法に関する。特に、いくつかの実施形態は液体環境内でフォーミング、パターニング、及びポスト処理を行う実践的なフォトリソグラフィのためのシステム及び方法に関する。いくつかの実施形態は、電子工学（例えば、回路）、光学（例えば、レンズ及びホログラム）、機械学（例えば、MEMｓ）、及び生物学（例えば、組織スキャフォールド）、またはこれらの組み合わせに共通する物理的構造体を製造するための液体デポジションフォトリソグラフィのシステムを提供する。
液体デポジションシステムはマスク、投影光学（projection optics）及び材料を使用する材料（例えばフォトポリマー）の薄層の二次元構造体を制御するフォトリソグラフィを使用することができる。
いくつかの実施形態において、液体デポジションシステムは、層が液体環境内で形成、パターン化、及びポスト処理されることができるようなマイクロ流体技術によって操作される薄層を作成することができ、多層構造体の作成を幅広く簡略化できる。構造体の複数の層は、迅速に構築されて、既存の方法によって現在試行されている、おそらく複数の材料からなる厚い構造体を生成する。

本発明のいくつかの実施形態において、固体ウィンドウは、液体前躯体の液体調達が可能となるように使用でき、これによって多くの層を高速で、迅速に製造することができ、その層の厚さを任意に薄くすることができる。このウィンドウの内部は、高スループットワンフォトン吸収がフォトリソグラフィのために使用することができるように、固化液体の付着に抵抗するように配置することができる。スキャンニング又は投影光リソグラフィは、液体／固体フェイズ、密度、インデックス又は化学構成を含む材料の特性を選択的にパターン化することができる。
ウィンドウの内部は、巨大なスケール（例えばレンズ）又はフォトプリントリソグラフィに似ている微細なスケールのパーツの表面を整形することができる。

本発明の様々な実施形態によって提供されるシステム及び方法は、材料の流れ（material flow）を光学ウィンドウから隔離させることによって複雑な構造体を作成すること可能にし、多層構造体を構築するようになっている。対照的に、いくつかの伝統的なシステムは該ウィンドウに全体にわたる（例えば平行又は実質的に平行な）液体の流れを可能とし、つまり材料の全厚みに対する単一の露光のみを許容する。加えて、従前の商業的なステレオリソグラフィにおいては、ウィンドウの第一及び第二の機能は、フラット、カバーされていないユニフォームレイヤー、ステージ上で移動する（例えば下方へ移動、回転する、等）三次元パーツの頂点上の液体材料を拡散するブレードによって提供される。これらの従前のシステムのブレードによる新しい材料の拡散は時間が掛かり、より層の厚みが減少する。層の最小の高さはおよそ５ミクロンであり、厚みの制御はおよそ+／-１ミクロンである。これらのシステムを採用する技術は平坦な層への処理を制限する。さらに、複数の材料でのパーツの製造は、部分的に完成したパーツの削除、溶媒で洗浄、その後第二液体材料のパーツの交換及び再整列を必要とするだろう。

いくつかの実施形態の１つの利点は新しい液体の非常に平坦な層の迅速な挿入を可能とする密閉システムの利用である。
各液体層は、ステレオリソグラフィに使用される液体のオープン”バケット”では不可能である、前のとは異なる材料とすることができる。
２フォトン”マイクロステレオリソグラフィ”は時々、スキャンニングレーザーがプラットフォーム上にウィンドウを通じて焦点を合わせた類似の露光ジオメトリを使用する。
従来のステレオリソグラフィのように、焦点はパターンを重合し、次いでプラットフォームは焦点から離れて移動され、プロセスを繰り返してミクロンスケールで複雑な３D構造体を構築する。
ウィンドウ上のポリマライゼーションは、ポリマーの２フォトン応答によって抑制される。開示するシステムのいくつかの利点は（１）効率的な１フォトンプロセス及び高度に並列なマスクリソグラフィを使用すること、（２）複数の材料が容易に扱えるということ、である。さらにいくつかの従来のシステムは多くの興味深い構造体を排除するであろう、層に隣接する不溶解性材料のみを使用する。

以下の記載において、多数の具体的な詳細が、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために述べられる。なお、本発明の実施形態はこれらの具体的な詳細のいくつかが無くても実施されても良いことは当業者によって明らかになるであろう。
他の例では、よく知られた構造体及びデバイスはブロックダイアグラム形式で示す。

本発明の実施形態は様々なステップを含み、そのステップを以下に記載する。
ステップはハードウェアコンポネントで実行しても良く、又はマシン実行可能の命令で実施しても良く。そのマシン実行可能の命令は、命令でプログラムされた汎用又は専用のプロセッサに、ステップを実行させるように使用しても良い。
あるいは、ステップはハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアの組み合わせで実行しても良い。

例えば、いくつかの実施形態はグラフィカルユーザインターフェイスモジュールを提供して、命令を受けるように、設計目標を受信するように、結果、１つ又はそれ以上のモジュール及びデバイス（例えば製造装置又は製造制御モジュール等）とインターフェイスで接続するための汎用又は特殊目的の”通信モジュール”、設計目標、計算結果（computation）、製造の制限を数学的に表す制約のセットを受信及び処理する”設計モジュール”、液体デポジションフォトリソグラフィを使用して装置を製造するために製造デバイスを制御する”製造モジュール”、並びに、本発明の実施形態に必要となる様々な機能性を提供するための他のモジュールを伝えるように、構成された一つ又はそれ以上のグラフィカルユーザインターフェイススクリーンを生成する。
さらにまた、いくつかの実施形態は単一のモジュールに２つ又はそれ以上のこれらのモジュールを組み込んでも良く、及び／又は異なるモジュールと、１つ又はそれ以上のこれらのモジュールの機能性の一部を関連付けても良い。

以下の記載において、説明のための、多数の具体的な詳細は本発明の実施形態の完全な理解を提供するために述べられる。
なお、本発明の実施形態はこれらの具体的な詳細のいくつかが無くても実施されても良いことは当業者によって明らかになるであろう。
本発明の実施形態は、プロセスを実行する又はプロセスに実行させるコンピュータ（又は、他のデバイス又はマシン）をプログラムするために使用することができる命令を記憶したマシン読み取り可能媒体を含むことができるコンピュータプログラム製品として提供することができる。
マシン読み取り可能媒体は、これに限るものではないが、フロッピー（登録商標）ディスク、光学ディスク、読み出し専用CD（CD-ROM）、光磁気ディスク、ROM、ランダムアクセスメモリ（RAM）、消去可能プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能プログラマブル（EEPROM）、特定用途向け集積回路（ASIC）、磁気又は光カード、フラッシュメモリ、または他のタイプの電子命令を記憶するのに適したメディア／マシン読み取り可能媒体を含んでも良い。
さらに本発明の実施形態はまた、コンピュータプログラム製品としてダウンロードされても良く、そのプログラムはリモートコンピュータから、要求しているコンピュータへ通信リンク（例えばモデム又はネットワーク接続）を介してキャリア波又は他の伝播媒体で具現化されたデータ信号で転送することができる。

本出願を通して使用される用語、略語、および語句の簡単な定義を以下に示す。

用語”接続される（connected）”又は”結合される（coupled）”及び関連用語は、動作の意味で使用しており、必ずしも、直接的で物理的の接続又は結合に限定されるものではない。
従って、例えば、２つのデバイスは直接結合されても良く、又は一つ又はそれ以上の中間媒体又はデバイスを介しても良い。
別の例として、デバイスは互いに任意の物理的な接続を共有しないが、情報がそれらの間に通すことができるような方法で結合することができる。
本明細書で提供する開示に基づいて、当業者は上記の定義と一致する接続又は結合が現れる様々な方法を理解するであろう。

”いくつかの実施形態において（in some embodiments）”、”様々な実施形態によると（according to various embodiments）”、”他の実施形態において（in other embodiments）”というフレーズ及びそれらと同様のものは一般に、本発明の実施形態の少なくとも一つに含まれ、及び本発明の一つ以上の実施形態に含まれる特定の機能（feature）、構造または特徴を意味する。さらに、そのようなフレーズは必ずしも同一の実施形態または異なる実施形態を指すものではない。

もし、明細書が、構成要素又は特色”may””can””could”又は”might”が含まれる又は特徴を有するなら、その特定の構成要素または特色は含まれる又は特徴を有する必要はない。

図１は処理環境１００の高レベルブロックダイアグラムを示す図で、処理環境１００では、電子工学（例えば、回路）、光学（例えば、レンズ及びホログラム）、機械学（例えば、MEMS）、及び生物学（例えば、組織スキャフォールド）、及び／又はこれらの組み合わせに共通する物理的構造体を本発明の様々な実施形態に一致して生産することができる。
図１に示すように、処理環境１００は単一のマシンで使用される複数のステップを実行するために使用することができる様々な構成要素を提供する。
マシンは、光学ウィンドウ１１０、露光チャンバ１２０、材料調達システム１３０、光学パターン生成器１４０、光学モニタリングシステム１５０、及びベースプラットフォーム１６０を含むことができる。
従来のフォトリソグラフィのシステムとは対照的に、本発明の様々な実施形態は、マイクロ流体注入によるスピンコーティング及び非接触ウィンドウ上で成型することによる平坦化に取って代わる。
いくつかの実施形態において、金型を使用してゆっくりラジカル抑制剤（０２）を放出して、感光性でない材料前躯体の厚層（例えば約１ミクロン）を維持し、材料前躯体はフォトマスクによって照射される場合であっても液体状態を保つ。

多層のナノパターニングに重要なバリアを提供することができるフォトマスクの位置合わせ（alignment）は単一のツールの反復的な露光によって非常に簡略化される。
レイアウトはまた、材料を薄く保ち、金型（例えば図３Ａ３Ｂの３１０参照）と前もって製造された層の間の液体層の従来の結合剤及び溶媒の必要性を除去し、反応速度を加速し、材料の無駄を最小限に抑えることを可能とする。
システムは次いで（したがって）マスク投影の高スループット及び非接触の利点とソフトリソグラフィの表面の制御を組み合わせる。
単一のマシンに従来のリソグラフィの複数のプロセスを凝縮することによって、数千の個々の層を複雑な三次元材料に急速に構築することができる。

本発明の様々な実施形態によれば、光学ウィンドウ１１０は、光学パターン生成器１４０及び光学モニタリングシステム１５０からの光に対する低光学の収差（optical aberrations）で露光チャンバ１２０にエントリポイントを提供する。
光学ウィンドウ１１０の外部表面は、光学波長の断片の範囲内の所定の形状（例えば平面または球面）に一致するように設計されることができ、露光の間に形が維持されることを可能とする。
結果として、光学ウィンドウ１１０は所定のレベルの剛性を有する。

形成された構成要素の作業面、上部の形状を決定するため、光学ウィンドウ１１０の内面は、液体前躯体が固化した材料の各層が金型の概略形状を取るように固化される金型であっても良い。
この金型は、単純な形状（例えば平面又は球面）及び／又は複雑なマイクロ〜ナノスケールのプロファイル（例えば回析格子）であっても良い。少なくとも一つの実施形態において、内部表面の下の液体層は厚さを調節して、この成形プロセス（例えば図３参照）の有効解像度（効果的な解決法？）を制御することができる。

様々な実施形態において、光学ウィンドウ１１０は、油圧（hydraulics）（別名マイクロフルイディスク）が、露光チャンバ１２０へ入る及び露光チャンバ１２０から出ていく一つ又はそれ以上の液体材料の流れを制御するために使用されるように密閉チャンバを提供することができる。
いくつかのケースでは、外部の液体の資源及び／又はプラットフォームの動きに印加された圧力は露光チャンバ１２０に新しい液体を移送することができる。
レイノズル数に応じて、この移送は層状にすることが可能である。

光学ウィンドウ１１０の内部は高スループットワンフォトン吸収がフォトリソグラフィのために使用されるように固化した液体の付着に抵抗するように構成されても良い。
内面は液体前躯体の固化による接合（bonding）に耐性があっても良い。
いくつかの実施形態において、この”非粘着性”の挙動はウィンドウの化学処理を含んでも良い。
フォトナノプリントリソグラフィはＵＶ硬化の前に化学剥離剤でソフト（例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ））の金型を被覆するために使用することができる。
ここでは、多くの層をこの処理に対して順次製造することができる。
スキャン又は投影光リソグラフィは液体／固体フェイズ、密度、インデックス又は化学組成物を含む材料の特性を選択的にパターン化することが可能である。
光学ウィンドウ１１０の内部は巨大なスケール（例えばレンズ）又はフォトナノプリントリソグラフィに類似している微細なスケール上のパーツの表面を成形することができる。

光学ウィンドウ１１０の外部は 低散乱及び光波長の断片の範囲内の凡そ所望の形状である十分な表面光学品質のものであっても良い。
光学ウィンドウ１１０は平面、球面又は光学パターン生成器（例えばマスク投影光学系）の要件を満たす又は内側表面の形状と一致する非球面であっても良い。
光学ウィンドウ１１０の本体は、材料調達システム１３０の圧力下で光学ウィンドウの内部と外部の形状を維持するのに十分な剛性である（であっても良い）複数の層及び／又は内部流体チャンネルを含んでも良い。
いくつかの実施形態において、光学ウィンドウ１１０は光学パターン生成器１４０及び光学モニタリングシステム１５０からの光のための十分なコントラストと解像度を可能とする少量の光散乱及び堆積相均一であっても良い。

光学ウィンドウ１１０の内部は典型的に、より大きな表面粗さ及び／又は表面高さのバリエーションを有する、なぜなら光学ウィンドウ１１０と液体材料との屈折率の差がウィンドウと空気との屈折率の差よりはるかに低いからである。
つまり、光学ウィンドウの光学品質は空気と比較して大きな屈折率を有する外部表面によって支配され、液体材料前躯体と比較して小さい屈折率を有する内部表面によって支配されるわけではない。
いくつかの実施形態において、光学ウィンドウ１１０の内部は平面である又は固体パーツの結果の形状に成形される非平面の巨大なスケールの形状（例えば球面）を有することができる。
１つの実施形態において、光学ウィンドウ１１０の内部はフォトナノプリントリソグラフィの分野で知られているように微細なスケールの細部を有することができる。
もし液体前躯体が内部表面の金型の微細な細部に満たされる場合、層は巨大なスケールの構造体のみ取ることができる。しかしながら、最後の露光は阻害剤を消費することができ、阻害剤はフォトナノプリントリソグラフィのように、金型の微細なスケールの構造体内の最後の層を固化する。

露光チャンバ１２０は、熱制御を含むことができ、それによって化学反応又は拡散の速度を調節する。
露光チャンバ１２０は、他のシステム構成要素、主に材料調達システム１３０の必要性に応じて密封（外部シリンジの様式で）してもしなくても良い。
チャンバの側面は材料を有するベースプラットフォームと移動するか、又は固定することができる。
後者の場合、ベースプラットフォームが移動する、又はパーツが破損するので、チャンバの側面に製造されたパーツを付着させてはならない。
光学ウィンドウ１１０について上述した任意の方法は、チャンバの側面で非粘着挙動を維持するのに適切である。
いくつかの実施形態は、チャンバの側面に隣接する材料が液体状を保つように、液体前躯体の光学露光を制限している。

ある程度の厚さが構築されており、ベースプラットフォーム１６０が停止した後に、パーツ（例えばレンズ）のエッジに感光液層が残っている場合、完全なパーツの領域は光に曝すことができる。
これは、チャンバの側面の外に出る、パーツのエッジの液体層を固化させる。
チャンバの固体パーツは今削除することができ、及び互いに残して製造されたパーツに外部の”パッケージ”を提供し、又はチャンバを削除することができ、パーツのエッジに特定の形状及び／又は表面仕上げを提供するためにパーツに対する”金型”を形成することができる。

材料は液体として処理システム１００に導入され、完成したパーツへの結合を介す又は露光チャンバ１２０から排出された”廃棄”液体として出口に導入される。有用な材料は一般に、光と相互作用するもの（例えば光硬化性樹脂）又は前もって製造された構造体（例えば溶媒）である。感光性材料は当該技術分野において既知である、光重合、光解離性（photo-labile）（光学的な露光を中断する結合）、又は他の光開始(photo-initiated)化学変化のようなものを含むことができる。非感光性材料は、拡散する材料、意図的に指定された光吸収を有する材料（例えば前もってに製造された層への光透過を防ぐため）、ナノ粒子の懸濁液、細胞又は他の小さな固体を含む材料、又は、前以って堆積された材料と化学的に又は物理的に相互作用する材料（例えば溶媒又は顕色剤（developers））を含むことができる。

処理システム１００で可能な普通でない材料の相互作用は、液体内で懸濁された固体の位置及び方向を操作するために光ピンセット又はトラップの力を使用することである。つまり、いくつかの光学パターンの部分は、十分に焦点を当てた場合、細胞、ナノ粒子、カーボンナノチューブ等を引き付ける又ははじくことができ、液体層内の指定されたパターンでこれらを配置することができる。この層が後に、熱又は光硬化によって固化される場合、この配置は永久的である。個々の材料は、１つ以上のこれらの特性、例えば、モノマーを拡散又は懸濁されたナノ粒子の光重合性液体等を包含することができる。

材料送達システム１３０はマイクロ流体技術を通して操作されることができる液体材料を送達し、そのマイクロ流体技術はこれらに限るものではないが、以下を含む。１）プラットフォームから離れたシンプルな運動だけでなくより複雑なイン／アウトの軌道も含むベースプラットフォーム１６０のモーション。２）回転を含む、より複雑なベースプラットフォーム１６０のモーション。３）露光チャンバ１２０へ又は露光チャンバ１２０からの材料のポンピング。４）単一の露光で複数の材料の粒子を作成する１つまたはそれ以上の材料の層流。５）明示的なミキサーを介した、またはチャネルの寸法の選択を通じた非層流。プラットフォームの高さは、レイノルズ数を制御するために変更することができ、そして流れの特性はパーツと交わる。

光学パターン生成器１４０は様々な技術を使用して光学パターンを生成するために使用することができる。いくつかの実施形態において、固定されたマスク及び再構成可能（例えば液晶）なマスク両方を含むマスク投影を使ってもよい。
さらに、コンピュータ生成ホログラムは様々な実施形態で使用することができる。
加えて、マスク近接技術は１つ又はそれ以上の実施形態で使っても良い。
光学パターン生成器１４０は、レンズモーション、ガルボスキャナ、アコーストオプティックスキャナ、又は他の技術／構成要素を介してスキャニング焦点を生産することができる。光学パターン生成器１４０は複数のそのような方法、あるいは別々の波長での動作を含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態は液晶空間光変調器を使用して、赤外線で生細胞のトラッピングを提供して、ホログラム及びモノマーの光重合を固定されたマスク投影を使用してＵＶの近くで生成する。

光学モニタリングシステム１５０は製造されたパーツの特性（例えば層の厚さ又は光学指数）の微調整を提供するために、これらの特性を測定するのに使用することができる。
従来の測定及び層の厚さの制御も使用することができる。いくつかの実施形態において、光学モニタリングシステム１５０は、部分的に製造されたパーツ又はベースプラットフォーム１６０のアライメントを測定することができ、それによって光学パターンの記載（registration）をこれらの既存の特徴に可能とさせる。様々な従来の及び新規なアライメント技術はマスクを既存のパターンに整列させるために使用することができる。

ベースプラットフォーム１６０は、前以って露光され固化された材料とウィンドウの間に新たな液体材料の導入を、ウィンドウから離れるように移動することによって、容易にする。
いくつかの実施形態において、ベースプラットフォーム１６０は連続して動かすことができ、又は光学的な露光の間だけ中止（ストップフローリソグラフィと呼ばれる）させても良い。より複雑なモーションプロファイルは指定されたプロセスを実施するのに使用されても良い。例えば、プラットフォームを光学ウィンドウ１１０から離れるように移動して、露光の段階の間に液体のより巨大な厚さを可能とすることができ、次いで次の光学露光の前に返されて、薄層を作成することができる。これは溶媒洗浄段階又は、より大容量の拡散性材料を提供するのに有用である。

ベースプラットフォーム１６０は、プロセスの光学的監視を可能とするために透明または反射性であっても良い。ベースプラットフォーム１６０は、光学ウィンドウ１１０の内部のように、完成したパーツが除去されるものから金型の機能を提供しても良い。代替的に、ベースプラットフォーム１６０は完成したデバイスの不可欠な構成要素としてパーツと残ってもよい。いくつかのケースでは、ベースプラットフォーム１６０は１つ又はそれよりも多くの以下のものを含んでも良い：１）オプティカルフラット又は半導体ウェハのような単純な基板、２）レンズ、薄膜フィルタ、クリスタル、又は偏光子のような光学コンポーネント、３）電気的な、光学的な、又は機械的な要素、又は任意のそれらの組み合わせ（例えばＣＭＯＳ回路、電気工学変調器、又はＭＥＭＳ）、４）生体組織、及び／又は、５）露光領域への光反射を抑制する光吸収体である。

図２は処理環境の簡略化された物理的レイアウトのブロックダイアグラム２００を示す図であり、本発明のいくつかの実施形態と一致する。いくつかの実施形態と一致して、光学ウィンドウ１１０は金型の上面を形成する。光学パターン生成器１４０に生成された光学パターンは構造体上に向かって光学ウィンドウ１１０を通過しても良い。１つ又はそれよりも多くの実施形態において、光学ウィンドウ１１０は、光学パターンに摂動なしに露光チャンバ１２０に入ることを可能とし、構造体を保持及び／又は形成しても良い。

光学ウィンドウ１１０はガラス又は他の材料から構成されても良く、”非粘着”表面層と共に使用しても良く、そのような表面層は通常、ＰＤＭＳ又はフッ素基で構成されている。他のウィンドウ／金型の材料の例は、液体を注入された固体で構成されても良い。そのような構成において、固体は機械的サポート及び形状保持を提供するが、液体は補充可能放出層（replenishable release layer）を提供する。

光学ウィンドウの内側表面は液体前駆体の固化の結合に対して抵抗力があっても良い。
この”非粘着性”挙動は光学ウィンドウの化学的処理を含んでも良い。例えば、１つの実施形態において、フォトナノプリントリソグラフィを使用して、ＵＶ硬化の前に化学剥離剤で柔らかい（しばしばＰＤＭＳ）金型を覆うことができる。ここでは、多くの層をこの処理に対して順次製造する、従って要件はこのケースにおいて、非常に厳しい。他の実施形態において、固体光学ウィンドウと直接隣接する、非感光性の状態の液体材料前駆体の層を使用する。この液体材料前駆体の層は各層ごとに均一であっても良く、層の間で変化させても良い。

非感光性の層は、露光チャンバ内に移送される固体光学ウィンドウと直接隣接して適用されても良い。これは、内部のウィンドウ面上の超疎水性表面によって維持される、層流又は気体（空気）層を介して移送される液体層を含んでも良い。いくつかのケースにおいて、材料前駆体の液体層は、化学抑制剤の存在によって非感光性にレンダリングされる。これは光学ウィンドウの内部表面からすぐ隣接する材料前駆体へ拡散する抑制化学スピーシーズを介する抑制及び感光性スピーシーズの消費を含んでも良い。この拡散する抑制剤はウィンドウの内側表面上の透過性固体層（例えばＰＤＭＳ）の中へ最初に吸収されることができる。抑制剤は透過性の層の外から直に隣接する材料前駆体へ拡散し、ウィンドウに直接隣接する薄い非感光性の層を提供する。典型的に、抑制剤の量は有限である。加えて、外部からのソースからの新しい抑制剤の拡散は可能であるが、拡散時間は距離の２乗の様に増大し、従って透過性固体層の長さに沿ってのこの移送の時間は、厚さが薄い層を通す抑制剤の拡散時間より非常に大きくなってしまう。新たな抑制剤がエッジからそれを置き換えるために拡散して入って来る十分前に当該層の抑制剤は消えてなくなる。このことにより、このアプローチのコンセプトは、抑制スピーシーズの有限容量ソースとして正当化できるものである。

抑制剤の濃度が低下するにつれて、ウィンドウに直接隣接する非感光性の層の厚さは一般に、抑制剤は消費されてゼロになるまで減少する。この段階で、固化する前駆体は内側ウィンドウ表面と結合する潜在性を有している。したがって、十分な抑制剤を消費する厚いパーツの製造の間、定数及び／又は非ゼロの液体層の厚さを維持することは、固体透過層を通しての拡散以外の手段を介して新たな抑制剤の移送又は生成を想起させることになる。これらの中には、挿入された液体内で溶解する交換抑制剤の移送も含まれる。０₂を抑制剤として使用するとき、この影響のいくつかのレベルは、大気酸素の存在によりほぼ不可避である。さらに、透過性固体層は、おそらく外部の光学ウィンドウを含み、より高い抑制剤の濃度を有する新しい領域で、なくされた透過性固体を置換するのに使用することができる。上記なくされた領域は、廃棄することも又は後に使用するための抑制剤を再充填することもできる。これを”プリントリボン”アプローチと考えることができる。抑制剤は、循環システム内のマイクロ流体チャネルを介して、固体透過性層を通して運ぶことができる。光学ウィンドウは、固体ウィンドウの厚みを通して効率的に移送されるような抑制剤に対して透過性とすることができる。バイコールのようなマイクロ多孔ガラスはこの役割を果たすかもしれない。

抑制剤は化学的プロセスを介して上記固体透過性層の内部で生成することができる。この化学的プロセスは以下の１つ以上の手順で開始することができる：１）光を用いて光パターン化し、これによって抑制剤をこれか消耗する付近の領域の近傍で生成する、２）光パターン化に使用される波長以外の波長の光であってその場所及び生成した抑制剤の濃度の独立した制御を提供するもの；３）熱；及び／または４）上記液体前躯体の中に存在するいくつかのスピーシーズ（species）を有する化学反応。好ましくは、ウィンドウ内に存在するスピーシーズは該液体によって支持されるスピーシーズに対する触媒として作用し、抑制剤がウィンドウ/液体界面近傍に排他的に(触媒の位置のために)生成され、かつ抑制剤の供給は制限されない(液体前躯体の投入とともに移送することにより)。

いくつかの実施例では、光学トラッピング及び光重合を組み合わせて複合ハイブリッド材料を実現とすることができる。例えば、シリカビーズを、液晶相モジュレータによってパターン化された５１４ｎｍの光を用いて液体中でトラッピングすることができる。この液体は重合可能材料（エチレングリコール）を少量（〜１０％）含む水を主成分とする液体とすることができる。ＵＶ光を照射すると、当該液体は固体ヒドロゲルとなり、この形状において恒久的にトラッピングされた材料をロックする。後続の層は複合３Ｄ組織足場または他のハイブリッド材料を構築するための新たな構造体を付加する。

図３Ａ−図３Ｂは液体デポジション装置における型の有効な解像度を有する液体層の厚さの結果を示している。図３Ａに示されるように液体層は型の表面特徴よりも大きな厚みを有しており、この液体層は有効に固体化層からこれらの特徴を遮断している。図３Ｂでは、表面の高さより低い厚みの液体層（液体層のない状態を含む）は型３１０の細かいスケールのプロファイルに類似した固体化材料表面となる。

図４は、本発明の１つ以上の実施例に従う液体デポジションフォトリソグラフィを実施するための動作４００のセットを有するフローチャートである。図４に示されているように、挿入動作４１０は事前に製造された構造体と光学ウィンドウとの間に液体層を挿入する。投影動作４２０はウィンドウを介して光学的パターンを投影し感光液の特性を変更する。そのような変更の例は固化、拡散、または抵抗力を生じる重合である。いくつかの実施例では、感光プロセスはマスクに隣接して直接生じることを防ぐことができる。例えば、化学的抑制剤を用いて、ウィンドウの低部層からの拡散を遅くし、感光性を有しない液体材料の薄い層を形成することにより可能となる。この結果、ウィンドウの底部は型−フラットまたはその他の形状−を与え、その一方で、感光抑制剤によって形成された液体層は型を解放するものとして機能する。この実行形態では、型の上には被覆は存在しない。固体材料との接触が全くないからである。調整動作４３０は軌道プロファイルに沿って光学ウィンドウに対してベースプラットフォームを移動させ（例えば、光学ウィンドウから正確な距離だけて遠ざける）、次の層に対する空間を形成する。このプロセスは反復して行われる。

図５及び図６はどのように複数の層が逐次的に製造されて複合光学デバイスを構築するかを示す。この場合、フォトポリマ−は、露光が完了したのちモノマーの拡散を許容するようになっている。これによって、露光された領域では、ホログラフィックフォトポリマーの技術で公知のように屈折率が増大する。この実施形態は略任意の３Ｄ分配のインデックス（distribution of index）を可能にする。サブミクロンの薄層の急速な逐次的デポジション及び露光は高スループット光学的要素の製造のための高解像度３Ｄインデックス構造体を可能にする。高解像度インデックス構造作成とスループットの組み合わせは他の製造技術と一緒では不可能である。さらに具体的には、図５は多層屈折率３Ｄ構造体のための製造プロセスを示しており、一方、図６は、生成可能な多層パーツ、ホログラム、及び導波管アレイ、フォトニック結晶導波管を示している。
例示的コンピュータシステム概要

本発明の実施例は上記したような様々なステップと動作を含む。様々なこれらのステップ及び動作は、ハードウエア構成要素によって実行可能であり、また機械実行可能命令によって具現化することもできる。これらは、そのような命令を有するプログラムされた一般的なあるいは特定の目的のプロセッサにこれらのステップを実行させるか、あるいは、一つ以上のハードウエア構成要素にこれらのステップを実行させることができる。また、代替的に、これらのステップはハードウエア、ソフトウエア及び／またはファームウエアの組み合わせによって実行することもできる。そのようなものとして、図７は本件発明が活用されるコンピュータシステム７００の例である。この例によれば、コンピュータシステムはバス７１０、少なくとも１つのプロセッサ７２０、少なくとも１つの通信ポート ７３０、メインメモリ７４０、リムーバブル記憶媒体７５０、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）７６０、及び大容量記憶デバイスを含む。

プロセッサ７２０は任意の公知のプロセッサとすることができるが、インテル（登録商標）、イタニウム（登録商標）、またはイタニウム２（登録商標）プロセッサ、ＡＭＤ（登録商標）、オプテロン（登録商標）またはアスロン ＭＰ（登録商標）プロセッサ、またはモトローラ（登録商標）プロセッサラインに限定されるものではない。通信ポート７３０はモデムベースダイヤルアップ接続の使用のための任意のＲＳ−２３２ポート、１０／１００イーサネットポート（登録商標）、あるいは銅線またはファイバを用いるギガビットとすることができる。通信ポート７３０はローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）またはコンピュータシステム７００が接続される任意のネットワークにより選択することができる。

メインメモリ７４０はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）あるいは一般的に使用されている任意の動的記憶装置とすることができる。読み取り専用メモリ７６０は、プロセッサ７２０のための命令のような静的情報のためのプログラム可能読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）チップのような任意の静的記憶デバイスとすることができる。

大容量記憶デバイス７７０は情報及び命令を記憶することができる。たとえば、アダプテック（登録商標）ファミリーのＳＣＳＩドライブのようなハードディスク、光ディスク、ＲＡＩＤのようなディスクアレイ、たとえばアダプテック（登録商標）ファミリーのＲＡＩＤドライブ、または他の大容量記憶デバイスを使用することができる。

バス７１０は通信可能にプロセッサ７２０を他のメモリ、記憶デバイス、及び通信ブロックと接続する。バス７１０は使用される記憶デバイスに応じてＰＣＩ／ＰＣＩ−ＸまたはＳＣＳＩ系システムバスとすることができる。

リムーバブル記憶媒体７５０は任意の種類の外部ハードドライブ、フロッピイ、ＩＯＭＧＡ（登録商標）、ジップドライブ、コンパクトディスク−リードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク−リライタブル（ＣＤ−ＲＷ）または、デジタルビデオディスク−リードオンリメモリ（ＤＶＤ−ＲＯＭ）とすることができる。

上記した構成要素は可能性のあるいくつかのタイプを例示するものであること意図する。上記の例が本発明の範囲を限定するものでは一切なく、これらは単に例示的な形態に過ぎない。

結論として、本件発明は液体デポジションフォトリソグラフィのための新規なシステム、方法及び構成を提供するものである。本件発明の１つ以上の実施例の詳細な説明が上記のようになされているが、さまざまな代替、修正及び等価物が本件発明の精神を変更することなく当業者には明白である。たとえば、上記の実施例は特定の特性を参照しながら説明されているが、本件発明の範囲は異なる特徴及び実施例の組み合わせを含むものであり、これらの実施例は上記した特徴のすべてを含むものではない。したがって、本件発明の範囲はそのような全ての代替物、修正及び変形例を包含すること意図しているものであり、請求項に記載の範囲にこれらの等価物とともに包含されるものである。したがって、上記の記載は本件発明を限定するものとして認識されるべきものではなく添付の請求の範囲によって定義されるものである。

Claims (20)

1. 液体デポジションフォトリソグラフィのための方法であって、
   構造体と光学ウィンドウの間に感光液の層を挿入する段階と、
   前記光学ウィンドウを介して光学パターンを投影し、前記層の特性を変更する段階と、
   前記光学ウィンドウに対してベースプラットフォームを正確な距離だけ移動して後続の次層のための空間を作る段階と、
   前記の段階を複数回繰り返して層ごとの構造体を構築する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 変更される前記層の前記特性が、液体／固体の位相、比重、インデックス、又は化学成分を含むことを特徴とする、請求項１に記載の液体デポジションリソグラフィのための方法。
3. 各層に対する前記光学パターンを調整する段階を、更に備える請求項１に記載の液体デポジションリソグラフィのための方法。
4. 前記光学ウィンドウと前記感光液の間に、非感光性である材料前駆体の層を作成するために化学抑制剤を放出する段階を、更に備える請求項１に液体デポジションリソグラフィ記載のための方法。
5. 感光液を前記次層に挿入する前に前駆体の前記層を調整する段階を、更に備える請求項４に記載の液体デポジションリソグラフための方法。
6. 積層流れを介して、前記光学ウィンドウに直接隣接する非感光性層を移送する段階を、更に備える請求項１に記載の液体デポジションリソグラフのための方法。
7. 前記光学パターンが、光空間変調器によって生成されることを特徴とする請求項１に記載の液体デポジションリソグラフのための方法。
8. 前記構造体が、カスタマイズされた屈折率を含むことを特徴とする請求項１に記載の液体デポジションリソグラフのための方法。
9. 液体デポジションフォトリソグラフィのためのシステムであって、そのシステムが、
   露光チャンバと、
   前記露光チャンバに入る光学ウィンドウと、
   前記光学ウィンドウに対してパーツを明確化するように構成されたベースプラットフォームと、
   前記パーツ上に、前記光学ウィンドウを通して、光学パターンを投影して、それによって前記ベースプラットフォームと前記光学ウィンドウの間の感光液の層の特性を変更するように構成されたパターン生成器と、
   前記露光チャンバ内に材料を調達するための材料調達装置であって、前記材料が前記感光液及び、前記光学ウィンドウに隣接する前記感光液を液体状に維持する抑制剤を含む、前記材料調達装置と、
   を備えることを特徴とする前記液体デポジションフォトリソグラフィのためのシステム。
10. 前記露光チャンバが閉じられていて、前記材料調達システムが露光チャンバに流れる及び露光チャンバから流れ出る前記材料を制御するマイクロ流体のインジェクションを使用することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 前記光学ウィンドウが前記パーツのための金型を提供することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
12. 前記抑制剤を、前記光学ウィンドウと隣接する前記感光液を液体状に維持するために、前記光学ウィンドウを通して放出することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
13. 前記光学ウィンドウと隣接する液体状の前記感光液が、前記抑制剤の前記放出を調整することによっておおよそ設定された厚さで維持されることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
14. 前記露光チャンバが化学反応又は拡散のレートを調節する温度制御を含むことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
15. 前記パーツの特性を測定する光学モニタリングシステムを、更に備えることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
16. 前記ベースプラットフォームが、前記パターン生成器によって光学的な露光の間で計画された軌道と一致して回転及び移動することができる請求項９に記載のシステム。
17. 液体デポジションフォトリソグラフィのための方法であって、
    構造体の層を構築するために感光液を選択する段階と、
    光学ウィンドウと前記構造を生成するための型との間の露光チャンバ内に前記感光液の層を挿入する段階と、
    前記光学ウィンドウに隣接する材料前躯体の層を維持するラジカル抑制剤を放出する段階であって、前記材料前躯体の層が感光性ではない、段階と、
    前記感光液の前記層の前記特性を変更する段階であって、前記光学ウィンドウを通して光学パターンを投影することを含む、段階と、及び、
    上記の段階を複数回繰り返す前に軌道プロフィールと一致するベースプラットフォームの位置及び向きを調整して、一層ごとに前記構造体を構築する段階と、
    を備えることを特徴とする液体デポジションフォトリソグラフィのための方法。
18. フォトナノプリントリソグラフィを使用して化学剥離剤で前記金型をコーティングする段階を、更に備える請求項１７に記載の方法。
19. 材料前駆体の前記層の一定の厚さを維持する段階を、更に備える請求項１７に記載の方法。
20. 前記光学ウィンドウの内側構造を、前記構造体を成形するために使用することを特徴とする請求項１７に記載の方法。

Images