JP2015533692A - 型押し加工する方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、基板（１）に被着された型押し材料（４）に構造体を型押し加工する方法であって、以下の方法ステップ、特に以下のシーケンス：型押しスタンプ（２）によって型押し材料（４）を型押しするステップと、該型押し材料（４）を硬化させるステップと、を有する方法に関する。本発明の方法は、少なくとも基板（１）に、かつ／または型押しスタンプ（２）に、かつ／または基板（１）と型押し材料（４）との間および／または型押しスタンプ（２）と型押し材料（４）との間に配置された少なくとも１つの加熱層（３）に、型押し材料（４）の硬化のために、少なくとも一時的にマイクロ波を照射することにより特徴付けられる。さらに本発明は、対応する装置に関する。

Description

本発明は、請求項１に記載の、基板に被着された型押し材料に構造体を型押し加工（インプリント）する方法ならびに請求項６に記載の、対応する装置に関する。

多くの工業部門において、とりわけ半導体工業において、マイクロ構造体および／またはナノ構造体を、僅かな手間、僅かなコスト、そして短いプロセス時間をかけるだけで製造するために、型押し（インプリント）加工技術はますます重要となりつつある。

公知のインプリント技術は、スタンプを所定の力によって型押し材料に圧入し、これによりスタンプのネガ型を形成する方法である。この場合に使用される型押し材料の材料は、型押し過程の後に種々異なる化学的および／または物理的なプロセスによって硬化され得るので、型押し材料は相応して硬化させられて、スタンプの除去後には形状安定的となる。

硬化は、たとえばＵＶ光線の照射、加熱エレメントを用いた加熱、電界および／または磁界、薬剤との化学的な反応等により行われる。

熱硬化の場合には、加熱と冷却とが１つのチャンバ内で、特に繰り返されて行われるので、高い所要エネルギおよび所要時間により高いコストが生じる。

したがって、本発明の課題は、特に熱硬化性の型押し材料の迅速で効率良くかつ廉価な型押し（インプリント）が可能となるような方法および装置を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の特徴および請求項６に記載の特徴により解決される。本発明の有利な改良形は、従属形式の各請求項に記載されている。明細書、特許請求の範囲および／または図面に記載されている特徴のうちの少なくとも２つの特徴から成るあらゆる組合せも本発明の枠内に包含される。記載された値範囲に関しては、挙げられた範囲内にある値でも限界値として有効になり得る。その場合、任意の組合せが可能である。

本発明の根底を成す思想は、型押し材料を受容（保持）する基板に、かつ／または型押しスタンプに、かつ／または基板と型押し材料との間および／または型押しスタンプと型押し材料との間に配置された加熱層に、特に熱硬化性の型押し材料の硬化のためにマイクロ波を照射することである。基板および／または型押しスタンプおよび／または加熱層は、本発明によれば、これらがマイクロ波により加熱可能となるように選択される。マイクロ波の照射により、特に熱硬化性の型押し材料の的確な（間接的な）加熱が設定されているので、硬化過程および規定の加熱温度および／または加熱曲線の効率良い制御が可能になる。特に本発明によれば、基板および／または型押しスタンプおよび／または加熱層に、好ましくは型押し材料とは反対の側で、温度センサを設けて、これにより実際に測定された温度につき、マイクロ波照射の制御を可能にすることが考えられる。

「熱硬化性」とは、熱処理後に材料が形状安定的な状態をとることができることを意味する。このような材料には、特に（ただしこれに限定されるものではない）、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂の材料グループが該当する。

本発明の別の態様としては、特に分離手段もしくは離型手段を用いた、硬化された型押し材料からの型押しスタンプの分離／離型が設定されている。このことは、特に別個の方法ステップにおいて、かつ／または好ましくは空間的に分離された装置モジュールにおいて行われる。

「基板」とは広義には、型押し材料が被着されるあらゆるエレメントを意味する。基板は、型押し材料によって覆われる型押しスタンプであってもよい。

本発明の有利な実施態様では、照射のために使用されるマイクロ波が、０.０１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚ、特に０.１ＧＨｚ〜５０ＧＨｚ、好ましくは１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ、さらに好適には２ＧＨｚ〜５ＧＨｚの周波数を有する電磁波である。最も好適となるのは、２.４５ＧＨｚの周波数であるので、特に既存のマイクロ波装置が照射のために使用可能となる。

本発明の改良形では、加熱層として、双極性の分子化合物、特に脱イオン水が使用される。双極性の分子化合物としては、固体および／または液体、特に有機物質が挙げられる。双極性の分子化合物は、特に雰囲気中に存在する湿分を基板の表面に凝縮させることによって、基板に被着される。択一的には、型押し基板への液体膜および／または固体膜の被着を、適当な被覆プロセスによって行うことができる。特に、スピンコーティング設備の使用が設定されている。スピンコーティング設備では、好ましくは遠心投射プロセスにより、液体膜および／または固体膜の厚さが、僅か数単分子層にまで減少され得る。特に、双極性の分子化合物については、１０よりも少ない単分子層、好ましくは５よりも少ない単分子層、さらに好適には３よりも少ない単分子層の層厚が設定される。本発明によれば、双極性の分子化合物の厚さは、特に１ｍｍよりも小さく、好ましくは１００μｍよりも小さく、より好ましくは１０μｍよりも小さく、極めて好ましくは１μｍよりも小さく、最も好ましくは０.１μｍよりも小さい。

基板が、０.００１Ｊ／ｇＫ〜１００Ｊ／ｇＫ、好適には０.０１Ｊ／ｇＫ〜１０Ｊ／ｇＫ、さらに好適には０.１Ｊ／ｇＫ〜１Ｊ／ｇＫ、最も好適には０.７Ｊ／ｇＫ〜０.８Ｊ／ｇＫのモル熱容量を有することにより、局所的な過熱が生じることなしに硬化を一層効率良く制御することができる。一定の圧力または一定の容量における熱容量は、相応する熱量計を用いて測定され得る。

基板の熱伝導率は材料選択により、熱をできるだけ迅速に周辺部に、ひいては型押し材料に放出するために、できるだけ大きく設定される。基板は、本発明によれば、好ましくは、０.１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜３０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、好ましくは１Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜１０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、より好ましくは１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、最も好ましくは１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜１５５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する。

独立した発明として、マイクロ波照射によって型押し材料を硬化させるための加熱層として有機膜を使用することが開示される。有機膜は、特に、少なくとも大部分が二極性の分子から成り、好ましくは基板に対する高い粘着作用および／または型押し材料に対する低い粘着作用を有する有機膜である。これにより、型押し材料は硬化後に基板から一層容易に除去され得る。基板に対する高い粘着作用により、加熱層がマイクロ波照射による熱負荷の間、基板から分離しないことが確保される。

別の独立した発明として、特に前で説明した方法により、基板に被着された型押し材料に構造体を型押し加工するためのドーピングされた基板が開示される。ドーピングは、基板がドーピング後に、特定の周波数領域のマイクロ波によって一層良好に加熱されるように、すなわち一層良好にマイクロ波に応答するように、選択される。当業者にとっては、相応する基板のための汎用のあらゆるドーピング元素が知られている。たとえば、シリコンへのリン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）およびアンチモン（Ｓｂ）によるドーピングが挙げられる。

本発明の装置の構成は、マイクロ波の作用が基板表面に対して直角に向けられるように、つまりマイクロ波ビームのポインティングベクトルが基板表面に対して垂直に位置するように、マイクロ波照射手段の向きが調整されていることにより改良される。

本発明の改良形では、有利には、基板が、１００００μｍ〜０.１μｍ、好適には１０００μｍ〜１μｍ、さらに好適には１００μｍ〜１０μｍの厚さおよび／または１’’（インチ）よりも大きな直径を有する。半導体工業における好適な直径は、１’’、２’’、３’’、４’’、５’’、６’’、８’’、１２’’または１８’’である。ただし、本発明は、規格化された直径を有する基板に限定されるものではない。基板の小さな厚さにより、少ないエネルギ消費下に基板の極めて迅速な加熱が可能となる。比較的大きな直径により、唯１回の方法シーケンスを用いるだけで、大面積の型押し材料が型押し加工され得る。

方法の特徴が記載される場合、これらの特徴は装置の特徴としても有効であり、またその逆も云える。

本発明のさらに別の特徴および詳細は、特許請求の範囲、以下の図面の説明および図面から明らかとなる。

基板と（型押し）スタンプとの組合せを示す概略図である。 加熱層を備えた基板と、スタンプとを用いる本発明の第１の実施形態を示す概略図である。 基板と、加熱層を備えたスタンプとを用いる本発明の第２の実施形態を示す概略図である。 加熱層を備えた基板と、加熱層を備えたスタンプとを用いる本発明の第３の実施形態を示す概略図である。 基板に型押し材料をラッカ塗布する、本発明における第１のステップを示す概略図である。 型押しする、本発明における第２のステップを示す概略図である。 加熱のために基板および／またはスタンプおよび／または加熱層にマイクロ波を照射する、本発明における第３のステップを示す概略図である。 型押し材料を離型する、本発明における第４のステップを示す概略図である。

図面中、同一の、または同一作用の構成部分／特徴は、同じ符号で示されている。

図１ａには、型押しスタンプ２の、硬化されたマイクロ構造体（マイクロパターン）および／またはナノ構造体（ナノパターン）を備えたネガ型６を製造するための型押し材料４を受容もしくは保持するための基板１が示されている。この場合、相応する材料選択により、特に型押しスタンプ２および／または基板１が、加熱層として働く。

図１ｂに示した実施形態では、基板１の、型押しスタンプ２に面した扁平側に加熱層３が被着されている。

図１ｃに示した実施形態では、加熱層３が、型押しスタンプ２の構造化もしくはパターン化された型押し側に被着されている。これにより、加熱面が著しく増大され、ひいては加熱出力が著しく増大される。

図１ｄに示したように、図１ｂに示した実施形態における加熱層３と、図１ｃに示した実施形態における加熱面３とが組み合わされると、加熱出力の一層の改善が達成される。

本発明による方法のシーケンスは、図２ａ〜図２ｄに図示されている。図２ａに示したステップでは、型押し材料４が基板１に被着され、型押しスタンプ２が基板１に対向して位置決めされかつ正確に位置調整される。

図２ｂには、型押しステップの終了が示されている。型押しスタンプ２と基板１とは、平行に位置調整されて互いに接近する方向に運動させられ、この場合、特にウエッジエラー補償（平行出し）が行われる。

接近が行われる間または行われた後に、加熱層３（図２ａ〜図２ｄには図示しない）はマイクロ波発生装置（図示しない）からのマイクロ波５によって加熱され、これにより型押し材料４は熱伝導により加熱され、かつ硬化される。

硬化が行われた後に、型押しスタンプ２は分離手段もしくは離型手段によって、硬化された型押し材料４から破壊なしに離型されるので、ネガ型６が形成される。

１ 基板
２ スタンプ
３ 加熱層
４ 型押し材料
５ マイクロ波
６ ネガ型

Claims (8)

1. 基板（１）に被着された型押し材料（４）に構造体を型押し加工する方法であって、以下の方法ステップ、特に以下のシーケンス：
   型押しスタンプ（２）によって型押し材料（４）を型押しするステップと、
   該型押し材料（４）を硬化させるステップと、
   を有する方法において、
   少なくとも基板（１）に、かつ／または型押しスタンプ（２）に、かつ／または基板（１）と型押し材料（４）との間および／または型押しスタンプ（２）と型押し材料（４）との間に配置された少なくとも１つの加熱層（３）に、型押し材料（４）の硬化のために、少なくとも一時的にマイクロ波を照射することを特徴とする、基板に被着された型押し材料に構造体を型押し加工する方法。
2. 照射のために使用されるマイクロ波が、０.０１〜１００ＧＨｚ、特に０.１〜５０ＧＨｚ、好ましくは１〜１０ＧＨｚ、さらに好適には２〜５ＧＨｚ、最も好適には約２.４５ＧＨｚの周波数を有する電磁波である、請求項１記載の方法。
3. 前記加熱層（３）として、双極性の分子化合物、特に１０よりも少ない単分子層、好ましくは５よりも少ない単分子層、さらに好適には３よりも少ない単分子層の層厚を有する双極性の分子化合物、特に脱イオン水を使用する、請求項１または２記載の方法。
4. 基板（１）が、０.００１Ｊ／ｇＫ〜１００Ｊ／ｇＫ、好適には０.０１Ｊ／ｇＫ〜１０Ｊ／ｇＫ、さらに好適には０.１Ｊ／ｇＫ〜１Ｊ／ｇＫ、最も好適には０.７Ｊ／ｇＫ〜０.８Ｊ／ｇＫのモル熱容量を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 基板（１）が、１００００μｍ〜０.１μｍ、好適には１０００μｍ〜１μｍ、さらに好適には１００μｍ〜１０μｍの厚さおよび／または１’’よりも大きな直径を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 基板（１）に被着された型押し材料（４）に構造体を型押し加工する装置であって、
   型押し材料（４）を型押しする型押しスタンプ（２）と、
   該型押し材料（４）を硬化させる硬化手段と、
   を備えた装置において、
   当該装置が、少なくとも基板（１）に、かつ／または型押しスタンプ（２）に、かつ／または基板（１）と型押し材料（４）との間および／または型押しスタンプ（２）と型押し材料（４）との間に配置された少なくとも１つの加熱層（３）に、型押し材料（４）の硬化のために、マイクロ波を照射するためのマイクロ波照射手段を有することを特徴とする、基板に被着された型押し材料に構造体を型押し加工する装置。
7. 当該装置が、基板（１）と型押し材料（４）との間に加熱層（３）、特に１０よりも少ない単分子層、好ましくは５よりも少ない単分子層、さらに好適には３よりも少ない単分子層の層厚を有する加熱層（３）を被着させるための被着手段を有する、請求項６記載の装置。
8. 当該装置が、型押し材料（４）から型押しスタンプ（２）を分離させるための分離手段を有する、請求項６または７記載の装置。

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