JP2018125565A - Imprint material for imprint lithography - Google Patents
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Abstract
【課題】インプリントスタンプから、より良好に取り外し可能なインプリント材料を提供する。【解決手段】前記課題は、インプリントリソグラフィーに使用可能で、硬化可能なインプリント材料であって、少なくとも１種の重合可能な主成分、及び少なくとも１種の副成分から構成される混合物から成る、前記インプリント材料によって解決される。【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imprint material which can be better removed from an imprint stamp. The object is a curable imprint material that can be used in imprint lithography and comprises a mixture composed of at least one polymerizable main component and at least one subcomponent. , The imprint material solves the problem. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、請求項１に記載のインプリント材料、また請求項７に記載の使用に関する。
The invention relates to an imprint material according to
半導体産業では、インプリントリソグラフィー法がますます用いられており、従来の光学リソグラフィー法を補完するか、又はこれと置き換えられている。マイクロ及び／又はナノ構造化されたインプリントスタンプを用いることによって、光学回折現象に制限されない、粘性のあるインプリント材料を機械的に構造化する可能性が得られる。構造化された、粘性のあるインプリント材料は、インプリント工程の前、及び／又はその間に、架橋／硬化され、形状安定に保たれる。ここでこの架橋は特に、電磁線によって、好適には紫外線によって、及び／又は熱によって、つまり熱的に行われる。架橋の後、インプリントスタンプは、硬化したインプリント材料から外すことができる。残存する、硬化したインプリント材料は、既に機能的な形状を有するか、又は引き続く工程段階でさらに処理される。非常に多くの、特に無機分子系のインプリント材料は、離型工程の後、さらに高温で熱処理される。熱処理は、インプリント材料を不可逆的に硬化させるために用いられる。有機及び無機の分子を有するインプリント材料を用いる際、熱処理は主に、インプリント材料から有機の部分を除去し、無機分子を相互に架橋させるために用いられる。これによって、有機及び無機の分子から成るインプリント材料をスタンプ工程によって構造化し、スタンプ工程の後、完全な無機材料へと変換させることが可能になる。 In the semiconductor industry, imprint lithography methods are increasingly used and complement or replace traditional optical lithography methods. By using micro- and / or nano-structured imprint stamps, the possibility of mechanically structuring viscous imprint materials not limited to optical diffraction phenomena is obtained. The structured, viscous imprint material is cross-linked / cured prior to and / or during the imprint process to remain shape stable. This cross-linking here is in particular carried out by means of electromagnetic radiation, preferably by means of UV radiation and / or by heat, ie thermally. After crosslinking, the imprint stamp can be removed from the cured imprint material. The remaining cured imprint material already has a functional shape or is further processed in subsequent process steps. A great many, especially inorganic molecular based imprint materials, are heat treated at higher temperatures after the mold release step. The heat treatment is used to irreversibly cure the imprint material. When using an imprint material having organic and inorganic molecules, heat treatment is mainly used to remove organic portions from the imprint material and to crosslink the inorganic molecules to each other. This makes it possible to structure an imprint material composed of organic and inorganic molecules by a stamping process and to convert it into a complete inorganic material after the stamping process.
インプリント材料の構造化を行うためには、特別なインプリントスタンプが必要となる。インプリントスタンプは、マイクロメータ及び／又はナノメータサイズの構造を無欠陥でネガとしてインプリント材料に転写できるという非常に高い要求に応じなければならない。従来技術では、多くの様々な種類のスタンプが存在する。基本的には、硬質スタンプと軟質スタンプとに区別される。 In order to structure the imprint material, a special imprint stamp is required. Imprint stamps must meet the very high demands that micrometer and / or nanometer size structures can be transferred to imprint materials without defects as negatives. In the prior art, there are many different types of stamps. Basically, a distinction is made between hard stamps and soft stamps.
硬質スタンプは、金属、ガラス、又はセラミックから成る。硬質スタンプはほとんど変形できず、耐腐食性であり、耐摩耗性であり、その製造が非常に高価になる。硬質スタンプの表面はたいてい、電子線リソグラフィー、又はレーザー線リソグラフィーによって加工される。この製造方法は、一般的に非常に高価である。硬質スタンプの利点は特に、耐摩耗性が高いことにある。硬質スタンプの重大な欠点は、曲げ抵抗が高いことであり、このため、インプリントスタンプを一単位ごとにインプリント材料から引き抜くことができない（軟質スタンプの場合は可能）。硬質スタンプは、スタンプの面全体にわたって、法線力によってインプリント材料から引き上げることができるだけである。 The hard stamp is made of metal, glass, or ceramic. Hard stamps can hardly be deformed, are corrosion resistant, wear resistant, and their production is very expensive. The surface of the hard stamp is usually processed by electron beam lithography or laser beam lithography. This manufacturing method is generally very expensive. The advantage of the hard stamp is that it is particularly resistant to wear. A significant disadvantage of hard stamps is their high bending resistance, which makes it impossible to pull out the imprint stamp from the imprint material one unit at a time (possible with soft stamps). Rigid stamps can only be lifted from the imprint material by normal force over the entire surface of the stamp.
軟質スタンプは非常にしばしば、硬質スタンプのネガとして成形される。軟質スタンプはたいていポリマーから成り、弾性が高く、曲げ強度は低い。これはたいてい、エントロピー弾性である。その理由は特に、インプリント材料と軟質スタンプとの間の付着性が高いこと、及び／又は軟質スタンプの膨潤にある。軟質スタンプは、様々な化学的、物理的、及び工業的なパラメータによって、硬質スタンプと区別できる。弾性挙動に基づく区別も考えられるだろう。軟質スタンプは主に、エントロピー弾性に基づく変形特性を、硬質スタンプは主に、エネルギー弾性に基づく変形挙動を有する。さらに、これら２つの種類のスタンプは例えば、それら自身の硬度によって区別することができる。この硬度は、侵入する物体に対して材料が有する抵抗値である。硬質スタンプは主に、金属又はセラミックから成り、これらは相応して硬度値が高い。固体の硬度を記載するためには、様々なやり方がある。非常に慣用の方法は、ビッカースによる硬度の記載である。詳細はともかく、硬質スタンプはビッカース硬度が５００ＨＶ超であると、大まかに言うことができる。理論的には、このような軟質スタンプは、非常に容易にインプリント材料から取り外し可能だが、そうでないこともしばしばある。よって今日のインプリント技術に伴う最大の問題は特に、離型工程において、つまりインプリントスタンプ（特に軟質スタンプ）をインプリント材料から分離する際に生じる。 Soft stamps are very often molded as hard stamp negatives. Soft stamps are usually made of polymer, have high elasticity and low bending strength. This is usually entropic elasticity. The reason is in particular the high adhesion between the imprint material and the soft stamp and / or the swelling of the soft stamp. Soft stamps can be distinguished from hard stamps by various chemical, physical and industrial parameters. A distinction based on elastic behavior could also be considered. The soft stamp mainly has a deformation characteristic based on entropy elasticity, and the hard stamp mainly has a deformation behavior based on energy elasticity. Furthermore, these two types of stamps can be distinguished, for example, by their own hardness. This hardness is the resistance value of the material against the intruding object. Hard stamps mainly consist of metals or ceramics, which have correspondingly high hardness values. There are various ways to describe the hardness of a solid. A very conventional method is the description of hardness by Vickers. Regardless of the details, it can be said roughly that a hard stamp has a Vickers hardness of over 500 HV. Theoretically, such soft stamps are very easily removable from the imprint material, but often are not. Thus, the biggest problem with today's imprint technology arises in particular during the mold release process, i.e. when separating the imprint stamp (especially soft stamp) from the imprint material.
よって本発明の課題は、インプリントスタンプから、より良好に取り外し可能なインプリント材料を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an imprint material that can be removed more favorably from an imprint stamp.
この課題は、請求項１に記載の特徴によって解決される。本発明のさらなる有利な構成は、従属請求項に記載されている。本発明の範囲には、明細書、請求項、及び／又は図面に記載の特徴少なくとも２つのあらゆる組み合わせも含まれる。記載されたさらなる範囲では、記載した限度内にある値もまた、境界値として開示されたものとして通用し、任意の組み合わせで特許請求できる。
This problem is solved by the features of
本発明は、インプリントリソグラフィー用のインプリント材料、並びに前記インプリント材料の本発明による用途／使用を記載する。このインプリント材料の特徴は、少なくとも１種の、好適には無機及び／又は有機部分からなる主成分と、少なくとも１種の、特にインプリント材料と水との相互作用特性を調整するために適した／使用される副成分、好適には有機成分との混合物であることである。主成分とは、主要な量で、最終的にインプリントされた形態の構築に貢献する成分であると理解される。副成分とは、主成分と混合される他の全ての成分であると理解され、これに該当するのは特に、本発明により親水性もしくは疎水性を調整する、及び／又は親水性もしくは疎水性に影響を与えるあらゆる有機成分、開始剤、及び溶剤である。よって本発明によればインプリント材料は、複数の主成分、及び／又は複数の副成分から成っていてよい。本発明によれば、本発明によるインプリント材料における複数の主成分及び／又は複数の副成分が意図され得るが、以下では例示的に、１種の主成分と１種の副成分についてのみ話題にする。 The present invention describes an imprint material for imprint lithography and the use / use according to the invention of said imprint material. This imprint material is characterized in that it is suitable for adjusting the interaction properties of at least one, preferably a main component consisting of inorganic and / or organic moieties, and at least one, especially imprint material and water. In addition, it is a mixture with an auxiliary component used, preferably an organic component. The main component is understood to be the main component that contributes to the construction of the finally imprinted form. Subcomponents are understood to be all other components mixed with the main component, and this applies in particular to the adjustment of hydrophilicity or hydrophobicity according to the invention and / or hydrophilicity or hydrophobicity Any organic components, initiators, and solvents that affect Therefore, according to the present invention, the imprint material may be composed of a plurality of main components and / or a plurality of subcomponents. According to the present invention, a plurality of main components and / or a plurality of subcomponents in the imprint material according to the present invention can be intended, but in the following, only one type of main component and one type of subcomponent will be exemplified. To.
本発明によれば、主成分である第一の成分が存在する。第二の成分は、本発明により親水性もしくは疎水性を調整するために役立つ重要な成分、好適には有機化合物である。第三の成分は、溶剤である。第四の成分は、主成分間での重合を開始させる開始剤、好適には光開始剤である。少なくとも４種の成分から成るこの混合物を、被覆工程によって基板（Substrat）に堆積させる。溶剤は、少なくともインプリント材料の一次成形（Urformung）前では、主成分の質量パーセントにおいて、質量パーセントで格別に優位を占める。主成分の質量パーセントは、１０％未満、好適には８％未満、特に好ましくは６％未満、さらに好ましくは４％未満、とりわけ好ましくは３％未満である。親水性もしくは疎水性の調整に重要な役割を果たす第二の成分の質量割合は、２％未満、好適には１．５％未満、特に好適には１．０％未満、さらに好適には０．５％未満、とりわけ好適には０．１％未満である。使用する開始剤、好適には光開始剤の質量割合は、２％未満、好適には１．５％未満、特に好ましくは１．０％未満、さらに好ましくは０．５％未満、とりわけ好ましくは０．２％未満である。使用される溶剤の質量割合は、９８％未満、好適には９６％未満、特に好ましくは９４％未満、さらに好ましくは９２％未満、とりわけ好ましくは９０％未満である。混合物から溶剤を除去した後、もしくは溶剤を揮発させた後、本発明によるインプリント材料の質量パーセントは相応して変化する。 According to the present invention, the first component which is the main component is present. The second component is an important component, preferably an organic compound, useful for adjusting hydrophilicity or hydrophobicity according to the present invention. The third component is a solvent. The fourth component is an initiator, preferably a photoinitiator, that initiates polymerization between the main components. This mixture of at least four components is deposited on the substrate by a coating process. Solvents dominate in weight percent, at least in weight percent of the main component, at least prior to primary forming of the imprint material. The weight percentage of the main component is less than 10%, preferably less than 8%, particularly preferably less than 6%, more preferably less than 4%, particularly preferably less than 3%. The mass proportion of the second component that plays an important role in adjusting the hydrophilicity or hydrophobicity is less than 2%, preferably less than 1.5%, particularly preferably less than 1.0%, more preferably 0. .5%, particularly preferably less than 0.1%. The mass proportion of initiator used, preferably photoinitiator, is less than 2%, preferably less than 1.5%, particularly preferably less than 1.0%, more preferably less than 0.5%, particularly preferably It is less than 0.2%. The mass proportion of the solvent used is less than 98%, preferably less than 96%, particularly preferably less than 94%, more preferably less than 92%, particularly preferably less than 90%. After removal of the solvent from the mixture or volatilization of the solvent, the weight percentage of the imprint material according to the invention varies correspondingly.
特に有機の副成分によって、重合、収縮、及び／又は付着性を適切に調整することができるか、又はこれらに少なくとも影響を及ぼすことができる。有機の副成分は好適には、インプリント材料とインプリントスタンプとの間の付着性ができるだけ少ないように、ひいてはインプリントスタンプが、インプリント材料から容易に離型できるように選択される。特に、できるだけ容易に離型するため、インプリントスタンプ表面が親水性であればインプリント材料の表面を疎水性に選択し、またその逆もある。 Polymerization, shrinkage, and / or adhesion can be adequately adjusted, or at least affected, in particular by organic subcomponents. The organic subcomponent is preferably selected so that the adhesion between the imprint material and the imprint stamp is as low as possible and thus the imprint stamp can be easily released from the imprint material. In particular, in order to release the mold as easily as possible, if the surface of the imprint stamp is hydrophilic, the surface of the imprint material is selected to be hydrophobic, and vice versa.
離型に特に最適なのは、本発明の有利な態様によれば、疎水性スタンプ表面と、インプリント材料の疎水性表面の組み合わせである。最適な組み合わせは、本発明によれば経験的に特定できる。 Particularly suitable for demolding, according to an advantageous embodiment of the invention, is a combination of a hydrophobic stamp surface and a hydrophobic surface of the imprint material. The optimal combination can be identified empirically according to the present invention.
親水性とは、物質表面と水との相互作用性が高いことであると理解される。親水性表面は主に極性であり、流体の分子の永久双極子と、好ましくは水と、相応して良好に相互作用する。表面の親水性は、接触角測定装置によって定量化される。ここで親水性表面は、接触角が非常に低い。本発明によるインプリント材料が、スタンプからできるだけ容易に離型可能になるよう、親水性表面を有さなければならない場合、本発明によれば以下の値の範囲を有するものとする：親水性表面は本発明によれば、特に接触角が９０°未満、好適には６０°未満、好適には４０°未満、さらに好適には２０°未満、特に好適には１°未満である。 Hydrophilic is understood to mean a high interaction between the substance surface and water. The hydrophilic surface is mainly polar and interacts reasonably well with the permanent dipoles of the fluid molecules, preferably with water. The hydrophilicity of the surface is quantified by a contact angle measuring device. Here, the hydrophilic surface has a very low contact angle. If the imprint material according to the invention has to have a hydrophilic surface so that it can be released from the stamp as easily as possible, according to the invention it shall have the following range of values: hydrophilic surface According to the invention, in particular, the contact angle is less than 90 °, preferably less than 60 °, preferably less than 40 °, more preferably less than 20 °, particularly preferably less than 1 °.
疎水性とは、相応して、物質表面と水との相互作用性が低いことであると理解される。 Hydrophobicity is correspondingly understood to be a low interaction between the material surface and water.
疎水性表面は主に極性がなく、流体の分子の永久双極子と、ほとんど相互作用しない。本発明によるインプリント材料が本発明による実施態様において、スタンプからできるだけ容易に離型可能になるよう、疎水性表面を有する場合、本発明によれば以下の値の範囲を有するものとする：疎水性表面は本発明によれば、接触角が９０°超、好適には１００°超、好適には１２０°超、さらに好適には１４０°超、特に好適には１６０°超である。さらなる、特に本発明に独自の態様によれば、主成分と少なくとも１種の副成分との混合比は、これらの成分から生じるインプリント材料が、インプリントスタンプによるインプリント工程後に、インプリントスタンプに対するインプリント材料の付着性が低いことによって、インプリントされた構造を傷つけること無く、インプリントスタンプから外すことができるように調整可能なことが意図されている。ここで主成分は好適には、有機／無機の化合物である。ここで副成分は好適には、有機化合物である。 Hydrophobic surfaces are largely nonpolar and hardly interact with the permanent dipoles of fluid molecules. If the imprint material according to the invention has a hydrophobic surface in the embodiment according to the invention so that it can be released from the stamp as easily as possible, according to the invention it shall have a range of values: The contact surfaces according to the invention have a contact angle of more than 90 °, preferably more than 100 °, preferably more than 120 °, more preferably more than 140 °, particularly preferably more than 160 °. Further, in particular according to an aspect unique to the invention, the mixing ratio of the main component and the at least one subcomponent is such that the imprint material resulting from these components is imprinted after the imprinting step with the imprint stamp. The low adhesion of the imprint material to is intended to be adjustable so that it can be removed from the imprint stamp without damaging the imprinted structure. Here, the main component is preferably an organic / inorganic compound. Here, the accessory component is preferably an organic compound.
本発明はさらに、特別な混合物からインプリント材料を製造するという、特に独自の思想に基づいている。この混合物は、少なくとも１種の主成分と、少なくとも１種の副成分から成る。主成分は好適には、シルセスキオキサンである。本発明によれば、さらなる以下の材料が考えられる：
・多面体オリゴマーシルセスキオキサン（ＰＯＳＳ）
・ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）
・テトラエチルオルトケイ酸塩（ＴＥＯＳ）
・ポリ（オルガノ）シロキサン（シリコーン）
・ペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）。
The present invention is further based on a particularly unique idea of producing imprint materials from special mixtures. This mixture consists of at least one main component and at least one subcomponent. The main component is preferably silsesquioxane. According to the invention, the following further materials are conceivable:
・ Polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS)
・ Polydimethylsiloxane (PDMS)
・ Tetraethylorthosilicate (TEOS)
・ Poly (organo) siloxane (silicone)
Perfluoropolyether (PFPE).
副成分は、あらゆる任意の有機及び／又は無機の化合物から成っていてよい。副成分は、本発明による親水性又は疎水性を調整するために主要な役割を果たし、これが、本発明によるインプリント材料からのスタンプのより容易な離型を可能にする。特に好適には副成分は、親水性もしくは疎水性に影響を及ぼす相応の官能基を有する。これらの副成分は、任意で複雑な、好適には有機の構造を有することができる。本発明によるインプリント材料の親水性もしくは疎水性に本発明に従い影響を及ぼすことが可能な化合物を全て列挙するのは不可能なため、その代わりに幾つか、化学物質及び／又は官能基の総括的な呼称を挙げる。これらの化合物は相応して、以下のリストの元素の組み合わせから構成されていてよい。このリストに存在する化合物は全て、モノマー又はポリマーとして使用できる。少なくとも１種の副成分は好適には、特に以下の有機化合物である：
・アクリルもしくは（ポリ）アクリレート
・エポキシド
・エポキシ樹脂
・フェノール
・アルカン
・アルケン
・アルキン
・ベンゼン
・エーテル
・エステル
・カルボン酸
・ケトン
・アルコール。
The accessory component may consist of any arbitrary organic and / or inorganic compound. The accessory component plays a major role in adjusting the hydrophilicity or hydrophobicity according to the invention, which allows easier release of the stamp from the imprint material according to the invention. Particularly preferably, the accessory component has a corresponding functional group that affects hydrophilicity or hydrophobicity. These subcomponents can have an arbitrarily complex, preferably organic structure. Since it is impossible to list all compounds that can influence the hydrophilicity or hydrophobicity of the imprint material according to the invention according to the invention, a summary of some chemicals and / or functional groups instead Give a general name. These compounds may correspondingly consist of combinations of the elements listed below. Any compound present in this list can be used as a monomer or polymer. The at least one accessory component is preferably in particular the following organic compounds:
・ Acrylic or (poly) acrylate ・ epoxide ・ epoxy resin ・ phenol ・ alkane ・ alkene ・ alkyne ・ benzene ・ ether ・ ester ・ carboxylic acid ・ ketone ・ alcohol.
極めて特別な実施態様において、副成分は、同じ官能基（例えば、主成分の有機官能基）に属していてよい。 In very particular embodiments, the subcomponents may belong to the same functional group (eg, the main organic functional group).
主成分、開始剤、及び本発明による有機成分（これにより親水性もしくは疎水性を調整するかつ／又は親水性もしくは疎水性に影響を及ぼす）を溶解させるために、常に溶剤が使用される。溶剤は好適には、本来の構造の製造工程の過程において、本発明によるインプリント材料から除去される、もしくはそれ自体消失する。好適には、以下の溶剤のいずれかを使用する：
・アセトン
・アセトニトリル
・アニリン
・シクロヘキサン
・ｎ−ペンタン
・トリエチレングリコールジメチルエーテル（トリグライム）
・ジメチルアセトアミド
・ジメチルホルムアミド
・ジメチルスルホキシド
・１，４−ジオキサン
・氷酢酸
・無水酢酸
・酢酸エチルエステル
・エタノール
・エチレンジクロリド
・エチレングリコール
・アニソール
・ベンゼン
・ベンゾニトリル
・エチレングリコールジメチルエーテル
・石油エーテル／軽ベンジン
・ピペリジン
・プロパノール
・プロピレンカーボネート（４−メチル−１，３−ジオキソール−２−オン）
・ピリジン
・γ−ブチロラクトン
・キノリン
・クロロベンゼン
・クロロホルム
・ｎ−ヘプタン
・２−プロパノール（イソプロピルアルコール）
・メタノール
・３−メチル−１−ブタノール（イソアミルアルコール）
・２−メチル−２−プロパノール（ｔ−ブタノール）
・メチレンクロリド
・メチルエチルケトン（ブタノン）
・Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）
・Ｎ−メチルホルムアミド
・テトラヒドロフラン
・乳酸エチルエステル
・トルエン
・ジブチルエーテル
・ジエチレングリコール
・ジエチルエーテル
・ブロモベンゼン
・１−ブタノール
・ｔ−ブチルメチルエーテル（ＴＢＭＥ）
・トリエチルアミン
・トリエチレングリコール
・ホルムアミド
・ｎ−ヘキサン
・ニトロベンゼン
・ニトロメタン
・１，１，１−トリクロロエタン
・トリクロロエテン
・硫化炭素
・スルホラン
・テトラクロロエテン
・四塩化炭素
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）
・水。
Solvents are always used to dissolve the main component, the initiator and the organic component according to the invention, thereby adjusting the hydrophilicity or hydrophobicity and / or affecting the hydrophilicity or hydrophobicity. The solvent is preferably removed from the imprint material according to the invention or disappears itself during the manufacturing process of the original structure. Preferably one of the following solvents is used:
・ Acetone, acetonitrile, aniline, cyclohexane, n-pentane, triethylene glycol dimethyl ether (triglyme)
・ Dimethylacetamide ・ Dimethylformamide ・ Dimethylsulfoxide ・ 1,4-Dioxane ・ Glaacetic acid ・ Acetic anhydride ・ Acetic acid ethyl ester ・ Ethanol ・ Ethylene dichloride ・ Ethylene glycol ・ Anisole ・ Benzene ・ Benzonitrile ・ Ethylene glycol dimethyl ether ・ Petroleum ether / Light benzine Piperidine propanol propylene carbonate (4-methyl-1,3-dioxol-2-one)
・ Pyridine ・ γ-Butyrolactone ・ Quinoline ・ Chlorobenzene ・ Chloroform ・ n-Heptane ・ 2-propanol (isopropyl alcohol)
・ Methanol ・ 3-Methyl-1-butanol (isoamyl alcohol)
2-methyl-2-propanol (t-butanol)
・ Methylene chloride ・ Methyl ethyl ketone (butanone)
・ N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)
・ N-methylformamide ・ Tetrahydrofuran ・ Lactic acid ethyl ester ・ Toluene ・ Dibutyl ether ・ Diethylene glycol ・ Diethyl ether ・ Bromobenzene ・ 1-Butanol ・ T-butyl methyl ether (TBME)
・ Triethylamine ・ Triethylene glycol ・ Formamide ・ n-hexane ・ Nitrobenzene ・ Nitromethane ・ 1,1,1-trichloroethane ・ Trichloroethene ・ Carbon sulfide ・ Sulfolane ・ Tetrachloroethene ・ Carbon tetrachloride ・ Propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA)
·water.
主成分及び副成分は、連鎖反応を開始させる開始剤とともに、相応する化学量論的に正確な比で混合される。主成分と、副成分及び開始剤とを混合することによって、開始剤の活性化の際に、特に、又は少なくとも主に、主成分の有機部分の間で、重合がもたらされる。副成分が部分的に重合に関与することもあり得る。特に主成分のみが、相互に重合する。重合の際に、長鎖の分子及び／又は完全な二次元及び／又は三次元の網目構造が、好適には特別に調整可能なモノマー数で生じる。ここでモノマーの数は、１超、好適には１０超、特に好適には１００超、さらに好適には１０００超、とりわけ好適にはモノマーを完全に二次元及び／又は三次元の網目構造へと重合させる。 The main and subcomponents are mixed in the corresponding stoichiometrically exact ratio together with the initiator that initiates the chain reaction. Mixing the main component with the subcomponents and the initiator leads to polymerization upon activation of the initiator, in particular or at least mainly between the organic portions of the main component. It is possible that the accessory component is partly involved in the polymerization. In particular, only the main components polymerize with each other. During the polymerization, long-chain molecules and / or complete two-dimensional and / or three-dimensional networks are formed, preferably with a specially adjustable number of monomers. The number of monomers here is more than 1, preferably more than 10, particularly preferably more than 100, more preferably more than 1000, and particularly preferably the monomers are completely converted into a two-dimensional and / or three-dimensional network structure. Polymerize.
主成分と副成分との量の比によって、本発明によればインプリント材料の親水性（もしくは疎水性）を調整できる。主成分は好適には、少なくとも主に、とりわけ完全に、主に無機材料、好適にはシルセスキオキサンであるため、親水性は好適には、副成分の種類と量によって決まる。親水性は特に、副成分の有機及び／又は無機の化合物の極性に依存する。好ましくは、本発明によるインプリント材料と、インプリントスタンプとの間の親水性及び疎水性は、互いに交代する。インプリントスタンプが疎水性であれば、インプリント材料は好適には親水性であり、またその逆である。使用するインプリントスタンプの表面は、好ましくは疎水性に選択する。非常に最適な組み合わせは、疎水性の本発明によるインプリント材料を、疎水性のスタンプとともに使用することであり得る。 According to the present invention, the hydrophilicity (or hydrophobicity) of the imprint material can be adjusted by the ratio of the amounts of the main component and the subcomponent. Since the main component is preferably at least mainly, in particular completely, mainly an inorganic material, preferably silsesquioxane, the hydrophilicity is preferably determined by the type and amount of subcomponents. The hydrophilicity depends in particular on the polarity of the secondary and organic and / or inorganic compounds. Preferably, the hydrophilicity and hydrophobicity between the imprint material according to the invention and the imprint stamp alternate. If the imprint stamp is hydrophobic, the imprint material is preferably hydrophilic and vice versa. The surface of the imprint stamp used is preferably selected to be hydrophobic. A very optimal combination may be to use a hydrophobic imprint material according to the invention with a hydrophobic stamp.
特に親水性のインプリント材料の利点は、インプリントスタンプに対する付着性が可能な限り低いことである。２つの表面の間の付着性は最も好ましくは、単位面積当たりのエネルギー、すなわちエネルギーの面積密度によって記載することができる。これは、２つの相互に結合された表面を、単位面に沿って再度相互に分離させるために必要なエネルギーと理解されることができる。インプリント材料とインプリントスタンプとの間の付着性は、本発明によればとりわけ２．５Ｊ／ｍ2未満、好適には１Ｊ／ｍ2未満、特に好適には０．１Ｊ／ｍ2未満、さらに好適には０．０１Ｊ／ｍ2未満、とりわけ好適には０．００１Ｊ／ｍ2未満、特に好適には０．０００１Ｊ／ｍ2未満、最も好適には０．００００１Ｊ／ｍ2未満に調整する。 The advantage of a particularly hydrophilic imprint material is that it has the lowest possible adhesion to the imprint stamp. The adhesion between two surfaces is most preferably described by the energy per unit area, ie the area density of energy. This can be understood as the energy required to separate two mutually bonded surfaces from each other again along the unit plane. Adhesion between the imprinting material and the imprint stamp present invention in accordance Invite especially 2.5 J / m less than 2, preferably less than 1 J / m 2, particularly preferably less than 0.1 J / m 2, even more preferably less than 0.01 J / m 2, especially preferably less than 0.001J / m 2, particularly preferably less than 0.0001J / m 2, most preferably adjusted to less than 0.00001J / m 2 .
第一の特別な実施態様においてインプリント材料は、少なくとも、特に正確に４種の成分から成る。主成分は任意の、酸化ケイ素系化合物、好適にはシルセスキオキサンであり、副成分は好適には特に純粋な、有機化合物である。第三の成分は特に、溶剤である。第四の成分は特に、主成分間での重合を開始させる開始剤、好適には光開始剤である。少なくとも４種の成分から成るこの混合物を、被覆工程によって基板に堆積させる。溶剤は質量パーセントで、主成分、副成分、及び開始剤の質量パーセントに対して格段に優位を占める。主成分の質量パーセント割合は、１０％未満、好適には８％未満、特に好ましくは６％未満、さらに好ましくは４％未満、とりわけ好ましくは３％未満である。親水性もしくは疎水性の調整に重要な役割を果たす副成分の質量パーセント割合は、２％未満、好適には１．５％未満、特に好適には１．０％未満、さらに好適には０．５％未満、とりわけ好適には０．１％未満である。使用する開始剤、好適には光開始剤の質量パーセント割合は、２％未満、好適には１．５％未満、特に好ましくは１．０％未満、さらに好ましくは０．５％未満、とりわけ好ましくは０．２％未満である。使用する溶剤の質量パーセント割合は、９８％未満、好適には９６％未満、特に好ましくは９４％未満、さらに好ましくは９２％未満、とりわけ好ましくは９０％未満である。混合物から溶剤を除去した後、もしくは溶剤を揮発させた後、本発明によるインプリント材料の質量パーセントは相応して変化する。 In a first special embodiment, the imprint material consists of at least four components in particular. The main component is any silicon oxide-based compound, preferably silsesquioxane, and the secondary component is preferably a particularly pure organic compound. The third component is in particular a solvent. The fourth component is in particular an initiator, preferably a photoinitiator, that initiates polymerization between the main components. This mixture of at least four components is deposited on the substrate by a coating process. Solvents are in weight percent and dominate the weight percent of the main component, subcomponents, and initiator. The percentage by weight of the main component is less than 10%, preferably less than 8%, particularly preferably less than 6%, more preferably less than 4%, particularly preferably less than 3%. The weight percentage of the minor component that plays an important role in the adjustment of hydrophilicity or hydrophobicity is less than 2%, preferably less than 1.5%, particularly preferably less than 1.0%, and even more preferably less than 0.1%. It is less than 5%, particularly preferably less than 0.1%. The mass percent proportion of initiator used, preferably photoinitiator, is less than 2%, preferably less than 1.5%, particularly preferably less than 1.0%, more preferably less than 0.5%, especially preferred Is less than 0.2%. The weight percentage of the solvent used is less than 98%, preferably less than 96%, particularly preferably less than 94%, more preferably less than 92%, particularly preferably less than 90%. After removal of the solvent from the mixture or volatilization of the solvent, the weight percentage of the imprint material according to the invention varies correspondingly.
第二の特別な実施態様において、インプリント材料は同様に、少なくとも、特に正確に４種の成分から成る。主成分は任意の、ケイ素原子と酸素原子に基づく化合物であり、好適にはＴＥＯＳ化合物である。第二の成分は好適には、有機化合物である。第三の成分は特に、溶剤である。第四の成分は特に、主成分間での重合を開始させる開始剤、好適には光開始剤である。少なくとも４種の成分から成るこの混合物を、被覆工程によって基板に堆積させる。溶剤は質量パーセント割合で、主成分、副成分、及び開始剤の質量パーセントに対して格段に優位を占める。主成分の質量パーセント割合は、１０％未満、好適には８％未満、特に好ましくは６％未満、さらに好ましくは４％未満、とりわけ好ましくは３％未満である。親水性もしくは疎水性の調整に重要な役割を果たす副成分の質量パーセント割合は、２％未満、好適には１．５％未満、特に好適には１．０％未満、さらに好適には０．５％未満、とりわけ好適には０．１％未満である。使用する開始剤、好適には光開始剤の質量パーセント割合は、２％未満、好適には１．５％未満、特に好ましくは１．０％未満、さらに好ましくは０．５％未満、とりわけ好ましくは０．２％未満である。使用する溶剤の質量パーセント割合は、９８％未満、好適には９６％未満、特に好ましくは９４％未満、さらに好ましくは９２％未満、とりわけ好ましくは９０％未満である。混合物から溶剤を除去した後、もしくは溶剤を揮発させた後、本発明によるインプリント材料の質量パーセントは相応して変化する。 In a second special embodiment, the imprint material likewise consists of at least four components in particular. The main component is an arbitrary compound based on silicon atoms and oxygen atoms, preferably a TEOS compound. The second component is preferably an organic compound. The third component is in particular a solvent. The fourth component is in particular an initiator, preferably a photoinitiator, that initiates polymerization between the main components. This mixture of at least four components is deposited on the substrate by a coating process. Solvents are in weight percent and have a significant advantage over the weight percent of the main component, subcomponents, and initiator. The percentage by weight of the main component is less than 10%, preferably less than 8%, particularly preferably less than 6%, more preferably less than 4%, particularly preferably less than 3%. The weight percentage of the minor component that plays an important role in the adjustment of hydrophilicity or hydrophobicity is less than 2%, preferably less than 1.5%, particularly preferably less than 1.0%, and even more preferably less than 0.1%. It is less than 5%, particularly preferably less than 0.1%. The mass percent proportion of initiator used, preferably photoinitiator, is less than 2%, preferably less than 1.5%, particularly preferably less than 1.0%, more preferably less than 0.5%, especially preferred Is less than 0.2%. The weight percentage of the solvent used is less than 98%, preferably less than 96%, particularly preferably less than 94%, more preferably less than 92%, particularly preferably less than 90%. After removal of the solvent from the mixture or volatilization of the solvent, the weight percentage of the imprint material according to the invention varies correspondingly.
インプリント材料は特に、インプリント材料を架橋させる（英語curing）ため、またインプリント材料を特に不可逆的に、硬化した状態にするため、熱開始剤及び／又は光開始剤が添加される。本発明による好ましい光開始剤は、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲、好適には２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲、特に好適には３００〜４００ｎｍの範囲で敏感に反応する。熱開始剤は、２５〜４００℃、好適には５０〜３００℃、特に好適には１００〜２００℃で架橋を開始させる。 In particular, the imprint material is added with a thermal initiator and / or a photoinitiator in order to crosslink the imprint material (curing in English) and to make the imprint material hardened, particularly irreversibly. Preferred photoinitiators according to the invention react sensitively in the range of 100 nm to 1000 nm, preferably in the range of 200 nm to 500 nm, particularly preferably in the range of 300 to 400 nm. The thermal initiator initiates crosslinking at 25 to 400 ° C, preferably 50 to 300 ° C, particularly preferably 100 to 200 ° C.
架橋工程の後、インプリントスタンプは、インプリント材料から取り外すことができる。本発明によるインプリント材料は特に、インプリントスタンプが、純粋に完全に平面的な法線力下ではなく、剥離工程又はロール工程によってインプリント材料から外されるインプリント工程のために適しているが、これのみに適しているわけではない。軟質スタンプの場合、軟質スタンプをインプリント材料から、上昇させて外すのではなく、引き離すことが普通である。このような離型の場合、インプリントスタンプとインプリント材料とを分離させるためにのみ、分離が行われる分離線／分離面に沿って力を印加する必要がある。 After the crosslinking step, the imprint stamp can be removed from the imprint material. The imprint material according to the invention is particularly suitable for imprint processes in which the imprint stamp is not purely in a plane normal force but is removed from the imprint material by a peeling process or a roll process. However, it is not suitable only for this. In the case of soft stamps, it is common to pull the soft stamp away from the imprint material rather than lift it off. In such a mold release, it is necessary to apply a force along the separation line / separation surface where separation is performed only in order to separate the imprint stamp and the imprint material.
さらなる本発明による任意の工程段階では、インプリント材料を高温工程に送り、インプリント材料を焼結させる。焼結工程では、好適にはインプリント材料における全ての有機残分が酸化され、インプリント材料から除去され、これによって純粋な、好適には無機の構造、さらに好適にはＳｉＯ2構造が残る。この焼結は特に、５０℃超、好適には２００℃超、より好適には４００℃超、さらに好適には６００℃超、特に好適には８００℃超、最も好適には１０００℃超で行われる。 In a further optional process step according to the invention, the imprint material is sent to a high temperature process and the imprint material is sintered. In the sintering process, preferably all organic residues in the imprint material are oxidized and removed from the imprint material, thereby leaving a pure, preferably inorganic structure, more preferably a SiO 2 structure. This sintering is particularly carried out at temperatures above 50 ° C., preferably above 200 ° C., more preferably above 400 ° C., even more preferably above 600 ° C., particularly preferably above 800 ° C., most preferably above 1000 ° C. Is called.
インプリント材料における有機残分の酸化は、酸素割合が高い雰囲気中で行えば、特に効率的である。酸素割合は特に２０％超、好適には６０％超、さらに好適には８０％超、特に好適には１００％である。また、高酸化性成分（例えば酸素）からの特別な焼結雰囲気、及び不活性ガス成分、例えば窒素、アルゴン、ヘリウム、又は二酸化炭素も考えられる。 The oxidation of the organic residue in the imprint material is particularly efficient if performed in an atmosphere having a high oxygen ratio. The oxygen proportion is in particular more than 20%, preferably more than 60%, more preferably more than 80%, particularly preferably 100%. Also contemplated are special sintering atmospheres from highly oxidizing components (eg, oxygen) and inert gas components such as nitrogen, argon, helium, or carbon dioxide.
本発明によるインプリント材料は、様々な用途のために使用でき、特に好適には以下の用途に使用できる：
第一の本発明による、特に独自の実施態様では、本発明によるインプリント材料を保護材料として、又は封止材料として使用する。このためにインプリント材料を、第一の本発明による段階で、保護すべき構造上に施与する。その後、好適には構造化されていない平らなインプリントスタンプによるインプリント材料の平坦化、又は構造化されたインプリントスタンプによる構造化を行う。本発明によるインプリント材料の平坦化は特に、平坦面を前提とするさらなる工程段階に役立つ。本発明によるインプリント材料の構造化により、本来は保護材料としてのみ備えられているインプリント材料の機能化が可能になる。本発明による使用として考えられるのは、レンズ、マイクロ流体装置のための１つ以上の流路もしくはＭＥＭＳ用キャビティをインプリントするための使用、又は保護もしくは封止されるべき構造によるさらなる機能性部品のために構造化するための使用である。保護材料は保護層として、様々な課題を満たすことができる。保護層が光学的に透明であれば、特定の波長領域における電磁線に対する透明性を制限することなく、その下にある部品を電気的及び／又は磁性的に絶縁することが可能になる。これによって特に、保護材料を通じて、２つの光電子光学部品の間での連結が考えられる。デバイスは、本発明によれば周辺から、電気的及び／又は磁性的に絶縁可能であり、それにも拘わらず連結可能である。保護材料は特に、電気的に絶縁性である。電気的な絶縁性は、誘電体の特性である。特にＳｉＯ2系材料は、その結合構造とバンド構造に基づき、部品を電気的に絶縁するために特に適している。こうして周囲との電気な分離が行われる。保護材料は好適には、非常に熱安定性である。とりわけ無機材料、特に酸化物セラミックは、融点が非常に高いため、本発明による実施態様によって、ある温度から非常に高温まで安定的な保護カバーが作製できる。さらに、本発明によるインプリント材料は、特に化学的に不活性である。これによって、インプリント材料は酸、塩基、酸化、還元に対して抵抗性となる。これらの化学的な妨害は、部品のさらなる加工、又は後の使用時に現れることがある。
The imprint material according to the invention can be used for various applications, particularly preferably for the following applications:
In a particularly unique embodiment according to the first invention, the imprint material according to the invention is used as a protective material or as a sealing material. For this purpose, an imprint material is applied on the structure to be protected in the stage according to the first invention. Thereafter, planarization of the imprint material, preferably with an unstructured flat imprint stamp, or structuring with a structured imprint stamp is performed. The planarization of the imprint material according to the invention is particularly useful for further process steps that assume a flat surface. The structuring of the imprint material according to the invention makes it possible to functionalize the imprint material originally provided only as a protective material. Possible uses according to the present invention are lenses, one or more flow paths for microfluidic devices or use for imprinting cavities for MEMS, or further functional parts depending on the structure to be protected or sealed Is used for structuring. The protective material can satisfy various problems as a protective layer. If the protective layer is optically transparent, it is possible to electrically and / or magnetically insulate the underlying component without limiting its transparency to electromagnetic radiation in a specific wavelength region. In this way, in particular, a connection between two optoelectronic optical components is conceivable through a protective material. The devices can be electrically and / or magnetically isolated from the periphery according to the invention and can be connected nonetheless. The protective material is particularly electrically insulating. Electrical insulation is a property of dielectrics. In particular, the SiO 2 -based material is particularly suitable for electrically insulating parts based on its bonding structure and band structure. Thus, electrical separation from the surroundings is performed. The protective material is preferably very heat stable. In particular, inorganic materials, especially oxide ceramics, have a very high melting point, so that embodiments according to the invention make it possible to produce a protective cover that is stable from one temperature to very high temperatures. Furthermore, the imprint material according to the invention is particularly chemically inert. This makes the imprint material resistant to acid, base, oxidation and reduction. These chemical interferences may appear during further processing of the part or later use.
本発明の極めて好ましい、特に独自の実施態様では、インプリント材料を堆積工程によって、表面上で相応に分配して施与し且つ残存させ、平坦化工程又はインプリント工程により変えない。インプリント材料は例えば、吹き付け塗布工程により、非常に僅かな厚さで、保護すべき構造上に施与することができる。この特別な実施態様の利点は、インプリント材料がさらに、表面の三次元化を行い、この表面が完全には被覆されないことである。さらなる用途の可能性は、スピン塗布工程により好適には中心に施与されたインプリント材料の分配である。この変法は特に、保護されるべき構造が平らな構造である場合に適している。本発明によるインプリント材料が、保護されるべき構造よりも数倍大きな厚さを有するべき場合、堆積のためにスピン塗布を効果的に使用できる。上記工程段階の後、上記の手法少なくとも１つによって、インプリント材料の不可逆的な硬化が行われる。 In a highly preferred and particularly unique embodiment of the present invention, the imprint material is applied in a correspondingly distributed manner on the surface by the deposition process and remains and is not changed by the planarization or imprint process. The imprint material can be applied to the structure to be protected with a very slight thickness, for example, by a spray application process. The advantage of this particular embodiment is that the imprint material further provides a three-dimensional surface, which is not completely covered. A further application possibility is the distribution of imprint material, preferably applied centrally by a spin coating process. This variant is particularly suitable when the structure to be protected is a flat structure. If the imprint material according to the invention should have a thickness several times greater than the structure to be protected, spin coating can be used effectively for deposition. After the process steps, the irreversible curing of the imprint material is performed by at least one of the techniques described above.
第二の本発明による、特に独自の実施態様では、本発明によるインプリント材料を、様々な機能性ユニットのための基礎材料として使用する。ここで本発明によるインプリント材料は、それ自体が出発材料であり、前述の本発明による実施態様のように構造を保護するのではなく、構造物質として用いられる。ＭＥＭＳデバイス（英語MEMS devices）、マイクロ流体デバイス（英語：microfluidic devices）、又はフォトニック結晶のインプリントが考えられる。ここで本発明によるインプリント材料を好適には、基板上に施与する。ここでもあらゆる公知の堆積法が、本発明によるインプリント材料を、好適には完全に平坦な基板に施与するために使用でき、この本発明による実施形態のためには特に、スピン塗布が適している。第一の工程段階において、本発明によるインプリント材料の液だまりを、基板のある箇所、好適には中心に施与する。その後、スピン塗布工程により、本発明によるインプリント材料を、基板の表面全体にわたって均一に分配する。ここで、本発明による実施態様の層厚は、好適には完全に均一である。第二の本発明による工程段階では、本発明によるインプリント材料のインプリントを、インプリントスタンプを用いて行う。ここでインプリントスタンプの構造は、本発明によるインプリント材料にネガとして転写される。例えば、マイクロ流体部品を製造するために主に必要となる工程チャンバ、流路、混合チャンバ、一般的なキャビティなどを製造することも考えられる。さらに、ＭＥＭＳデバイス又はＬＥＤデバイス用のキャビティを製造することも考えられる。この本発明による実施形態によって特に、単独では完全には機能しないデバイスの一部が製造される。一般的には、本発明によるインプリント材料の構造化が開示される。上記工程段階の直後、上記の手法の少なくとも１つによって、インプリント材料の不可逆的な硬化が行われる。本発明による実施態様の利点は特に、マイクロ流体デバイスを製造する際に明らかとなる。 In a particularly unique embodiment according to the second invention, the imprint material according to the invention is used as a base material for various functional units. Here, the imprint material according to the invention is itself a starting material and is used as a structural material rather than protecting the structure as in the embodiments according to the invention described above. MEMS devices (English MEMS devices), microfluidic devices (English: microfluidic devices) or photonic crystal imprints are conceivable. Here, the imprint material according to the invention is preferably applied onto a substrate. Again, any known deposition method can be used to apply the imprint material according to the invention to a perfectly flat substrate, which is particularly suitable for this embodiment according to the invention. ing. In a first process step, a puddle of imprint material according to the invention is applied to a location, preferably the center, of the substrate. Thereafter, the imprint material according to the present invention is uniformly distributed over the entire surface of the substrate by a spin coating process. Here, the layer thickness of the embodiment according to the invention is preferably completely uniform. In the process step according to the second aspect of the present invention, imprinting of the imprint material according to the present invention is performed using an imprint stamp. Here, the structure of the imprint stamp is transferred as a negative to the imprint material according to the invention. For example, it is conceivable to manufacture process chambers, flow paths, mixing chambers, general cavities, and the like that are mainly necessary for manufacturing microfluidic components. It is also conceivable to produce cavities for MEMS or LED devices. This embodiment according to the invention in particular produces a part of a device that is not fully functional on its own. In general, the structuring of an imprint material according to the present invention is disclosed. Immediately after the process step, the irreversible curing of the imprint material is performed by at least one of the techniques described above. The advantages of the embodiments according to the invention are particularly evident when manufacturing microfluidic devices.
マイクロ流体デバイスの特徴は、流路、反応チャンバ、混合チャンバ、ポンプチャンバ、及び／又は分析チャンバである。様々なチャンバが、流路によって相互に結合されている。マイクロ流体デバイスは、流体、ガス、及び／又は液体をマイクロ流体デバイスのある箇所から第二の箇所へと輸送し、ここで流体は１つ以上のチャンバを貫流する。このチャンバ内で、特に物理的及び／又は化学的な工程が行われる。これらの工程は、流体を変化させるか、又は流体についての記述が得られる物理的な測定シグナルの発生が可能になる。典型的な化学的な工程は、第一の流体と第二の流体との、混合チャンバにおける混合工程である。さらなる化学的な工程は特に、反応チャンバにおいて第一の流体と第二の流体が反応して第三の流体になることである。典型的な物理的な工程は、流体を励起して蛍光にするレーザーを、流体に照射することである。放出された線は、相応して検知可能であり、これにより流体について記述することができる。マイクロ流体デバイスの本発明による使用のうち重要なものの１つが、マクロ分子の配列決定であり、好適にはＤＮＡ断片、特に好適には完全なＤＮＡストランドの配列決定である。この際に、マイクロ流体デバイスにおいて、好適には以下の工程が行われる。配列決定すべきマクロ分子を有する溶液を、マイクロ流体デバイスに導入する。第一の反応チャンバでは、配列決定すべきマクロ分子の一部を、反応チャンバの表面と結合させる。好適には、配列決定すべきマクロ分子をその１つの端部で表面に結合させ、これにより分子による「アーチ型の門」が形成される（つまり弓なりに曲がる）。さらなる段階では、相応する構成要素を有する溶液をマイクロ流体デバイスに導入することによって、このように結合されたマクロ分子を複製する。マクロ分子をうまく複製した後、規定のマーカー分子（その官能基を配列決定すべきマクロ分子の部分に連結させることができる）を交互にマイクロ流体デバイスを貫流させることによって、マクロ分子を連続的に配列決定する。マクロ分子を配列決定すべきマクロ分子に連結させた場合、マイクロ流体デバイスに照射された電磁線と、マーカー分子との相互作用を検知可能な相応するセンサ、好適には光学センサが、連結過程を認識して、デジタルで記憶する。異なるマーカー分子を繰り返し貫流させることにより、マクロ分子全体を本発明により配列決定できる。本発明によるインプリント材料、及びこの材料から生じるインプリント生成物は、このようなマイクロ流体デバイスの製造、構造化、及び効率を、決定的に上昇させる。 A microfluidic device is characterized by a flow path, reaction chamber, mixing chamber, pump chamber, and / or analysis chamber. Various chambers are connected to each other by flow paths. The microfluidic device transports fluids, gases, and / or liquids from one location of the microfluidic device to a second location, where the fluid flows through one or more chambers. In this chamber, particularly physical and / or chemical processes are performed. These steps allow the generation of physical measurement signals that change the fluid or provide a description of the fluid. A typical chemical process is a mixing process in a mixing chamber of a first fluid and a second fluid. A further chemical step is in particular the reaction of the first fluid and the second fluid into a third fluid in the reaction chamber. A typical physical process is to irradiate the fluid with a laser that excites the fluid to make it fluorescent. The emitted lines can be detected correspondingly and thereby describe the fluid. One of the important uses of the microfluidic device according to the invention is the sequencing of macromolecules, preferably DNA fragments, particularly preferably complete DNA strands. At this time, the following steps are preferably performed in the microfluidic device. A solution having macromolecules to be sequenced is introduced into the microfluidic device. In the first reaction chamber, a portion of the macromolecule to be sequenced is bound to the surface of the reaction chamber. Preferably, the macromolecule to be sequenced is attached to the surface at one end thereof, thereby forming an “arched gate” of the molecule (ie, bowing). In a further step, the macromolecule thus bound is replicated by introducing a solution with the corresponding components into the microfluidic device. After the macromolecule has been successfully replicated, the macromolecules are continuously produced by flowing a defined marker molecule (the functional group of which can be linked to the portion of the macromolecule to be sequenced) alternately through the microfluidic device. Sequencing. When a macromolecule is linked to the macromolecule to be sequenced, a corresponding sensor, preferably an optical sensor, capable of detecting the interaction between the electromagnetic radiation irradiated to the microfluidic device and the marker molecule, Recognize and store digitally. By repeatedly flowing through different marker molecules, the entire macromolecule can be sequenced according to the present invention. The imprint material according to the present invention, and the imprint product resulting from this material, critically increases the manufacturing, structuring, and efficiency of such microfluidic devices.
第三の本発明による、特に独自の実施態様によれば、本発明によるインプリント材料を、単独で既に完全に機能的であり、与えられた課題を満たす光学素子を製造するために使用する。これに該当するのは特に、凸レンズと凹レンズ、回折光学素子（英語：diffractive optical elements, DOE）、例えばフレネルレンズ、回折格子、位相格子である。特に有利には、インプリント工程によって製造された光学素子を、機能性ユニット（例えば画像センサ、カメラ、ＣＣＤ検知器、ＬＥＤ、レーザーダイオード、フォトダイオード、温度センサ）上に配置することができる。本発明により製造された光学素子により得られる光学的効果（すなわち、入射するもしくは出射する電磁線の強度、相、及び方向の変更）は、活用ユニット（フォトダイオード、画像センサなど）、もしくは生成ユニット（ＬＥＤ、レーザーダイオードなど）と、直接組み合わせる。 According to a third particular invention, in particular a unique embodiment, the imprint material according to the invention is used alone to produce an optical element which is already completely functional and fulfills the given task. This applies in particular to convex and concave lenses, diffractive optical elements (DOE), such as Fresnel lenses, diffraction gratings and phase gratings. Particularly advantageously, the optical elements produced by the imprint process can be arranged on functional units (for example image sensors, cameras, CCD detectors, LEDs, laser diodes, photodiodes, temperature sensors). An optical effect (that is, a change in the intensity, phase, and direction of incident or outgoing electromagnetic radiation) obtained by the optical element manufactured according to the present invention is a utilization unit (photodiode, image sensor, etc.) or generation unit. Combine with (LED, laser diode, etc.) directly.
第四の本発明による、特に独自の実施態様では、本発明によるインプリント材料を、エッチングマスクとして使用する。ここで、本発明によるインプリント材料は、本発明による第一の段階で、エッチングすべき表面上に施与する。その後、本発明による第二の段階において、インプリントスタンプによる、本発明によるインプリント材料の構造化を行う。ここでこの構造化は、使用するエッチング液が達する基板表面の箇所が、本発明によるインプリント材料を完全に除去されるように行うことができる。本発明による好ましい種類のエッチングマスク製造は、使用するエッチング液体が到達すべき基板表面の箇所を、なお少なくとも部分的に本発明によるインプリント材料で被覆したままにしておくことである。 In a particularly unique embodiment according to the fourth invention, the imprint material according to the invention is used as an etching mask. Here, the imprint material according to the invention is applied on the surface to be etched in a first step according to the invention. Thereafter, in a second stage according to the invention, the imprint material according to the invention is structured with an imprint stamp. Here, this structuring can be performed in such a way that the portion of the substrate surface where the etchant used reaches the imprint material according to the invention is completely removed. A preferred type of etching mask production according to the invention is to leave the portion of the substrate surface to which the etching liquid used should reach still at least partly coated with the imprint material according to the invention.
第三の工程段階では、本発明によるインプリント材料の硬化を行い、その後に本発明によるインプリント材料のエッチングを行う。ここで本発明によるインプリント材料全体が腐食されるが、エッチング用化学薬品は本来エッチングすべき基板表面に、相応する正確に構造化された箇所でより迅速に到達する。と言うのも、本発明によるインプリント材料の厚さはこの箇所では比較的、特に何倍も薄いからである。相応する化学薬品で本発明によるインプリント材料をエッチングした後、本来の表面のエッチングを、通常は第一のエッチング用化学薬品とは異なる第二のエッチング用化学薬品を用いて行うことができる。エッチングをうまく行った後、本発明によるインプリント材料を、エッチングすべき基板の表面から第一のエッチング用化学薬品で完全に除去する。 In the third process step, the imprint material according to the present invention is cured and then the imprint material according to the present invention is etched. Here, the entire imprint material according to the invention is eroded, but the etching chemicals reach the substrate surface to be etched more quickly at correspondingly precisely structured locations. This is because the thickness of the imprint material according to the invention is relatively thin, especially many times, at this point. After etching the imprint material according to the invention with a corresponding chemical, the original surface can be etched using a second etching chemical which is usually different from the first etching chemical. After successful etching, the imprint material according to the present invention is completely removed from the surface of the substrate to be etched with a first etching chemical.
極めて特に、とりわけ独自の実施態様では、幾つかの箇所でのみ、電磁線に対して不透明な材料で被覆されたインプリントスタンプが使用できる。このインプリントスタンプを通じて、本発明のインプリント材料を照射すると、電磁線に対して不透明な材料で被覆された箇所は電磁線をブロックし、その下にある本発明によるインプリント材料が硬化するのを防止する。この特別に製造されたインプリントスタンプによって、理想的な場合には、硬化されたインプリント材料を腐食性の化学薬品によりエッチングする必要がなくなり、なぜなら、本発明によるインプリント材料が硬化していない箇所は、より腐食性の低い化学薬品によって除去できるからである。本発明によるインプリント材料からのエッチングマスクを製造した後に再度、基板の表面を相当の化学薬品でエッチングすることができる。後者の工程段階では、エッチングマスクは相応の化学薬品によって除去される。 Very particularly, in particular in a unique embodiment, imprint stamps coated with a material that is opaque to electromagnetic radiation can be used only in some places. When the imprint material of the present invention is irradiated through this imprint stamp, the portion covered with the material opaque to the electromagnetic radiation blocks the electromagnetic radiation, and the imprint material according to the present invention underneath is cured. To prevent. This specially manufactured imprint stamp eliminates the need to etch the cured imprint material with corrosive chemicals in the ideal case because the imprint material according to the present invention is not cured This is because the spot can be removed by a less corrosive chemical. After producing the etching mask from the imprint material according to the invention, the surface of the substrate can be etched again with a considerable chemical. In the latter process step, the etching mask is removed with a corresponding chemical.
第五の、本発明による特に独自の実施形態では、インプリントスタンプをインプリント／製造するために、本発明によるインプリント材料を使用する。本発明によるインプリント材料をベースとするインプリントスタンプは、上記利点を全て有する。 In a fifth, particularly unique embodiment according to the invention, the imprint material according to the invention is used to imprint / manufacture imprint stamps. An imprint stamp based on the imprint material according to the invention has all the above advantages.
第六の、本発明による特に独自の実施形態では、本発明によるインプリント材料をコンタクトリソグラフィー法によって転写する。ここではまず、本発明によるインプリント材料を採用した場合、本発明によるインプリント材料とインプリントスタンプの間の付着性が、本発明によるインプリント材料をインプリントスタンプに付着させるために充分に高いことを利用する。その一方で、本発明によるインプリント材料と、インプリントすべき基板の表面との間の付着性は、本発明によるインプリント材料とインプリントスタンプとの間の付着性よりも大きいため、本発明によるインプリント材料の片側での転写が考えられる。好適には、インプリント材料の５０％超が転写される。特に好適には、ここで本発明によるインプリント材料における調整可能な付着性は、副成分、その化学構造、量、化学的及び／又は物理的結合性を正確に選択することによって活用される。 In a sixth, particularly unique embodiment according to the invention, the imprint material according to the invention is transferred by contact lithography. Here, first, when the imprint material according to the present invention is employed, the adhesion between the imprint material according to the present invention and the imprint stamp is sufficiently high to adhere the imprint material according to the present invention to the imprint stamp. Take advantage of that. On the other hand, the adhesion between the imprint material according to the present invention and the surface of the substrate to be imprinted is greater than the adhesion between the imprint material according to the present invention and the imprint stamp. The imprint material can be transferred on one side. Preferably, more than 50% of the imprint material is transferred. Particularly preferably, here the tunable adhesion in the imprint material according to the invention is exploited by precisely selecting the subcomponents, their chemical structure, quantity, chemical and / or physical connectivity.
本発明による第七の、特に独自の実施態様では、本発明によるインプリント材料を、スルーコンタクトを有する保護層として使用する。ここで、本発明によるインプリント材料は、相応のコンタクト上でエッチング工程によって開口される。この場合、本発明によるインプリント材料は、開口されたコンタクトアクセスを有する誘電層として役立つ。 In a seventh, particularly unique embodiment according to the invention, the imprint material according to the invention is used as a protective layer with a through contact. Here, the imprint material according to the invention is opened by an etching process on the corresponding contacts. In this case, the imprint material according to the invention serves as a dielectric layer with open contact access.
本発明による第八の、特に独自の実施態様では、転写エッチング工程用のマスクとしての、本発明によるインプリント材料の使用が考えられる。これはまず、インプリント材料が、本来の構造化されるべき基板上で、後に構造化されるべき基板が有する（べき）形態でインプリントされることと理解される。特に、本発明によるインプリント材料を有するレンズを、シリコン基板上にインプリントすることが考えられる。化学的、及び／又は物理的なエッチング工程によって、本発明によるインプリント材料は、連続的にエッチングで除去される。本発明によるインプリント材料の層厚は不均一であるため、本発明によるインプリント材料が少ない箇所では、エッチング用化学薬品が、エッチングすべき基板に先に到達するか、もしくは物理的なエッチング工程では、スパッタ原子及び／又はスパッタ分子が先に到達する。こうして幾つかの箇所では、エッチング工程が他の箇所よりも先に始まる。本発明によるインプリント材料のエッチングの等方性の場合（本発明によるインプリント材料の非晶質の特性に基づき、実質的に常に存在する）、本発明によるインプリント材料へとインプリントされた形状を直接、その下にある基板に転写することができることが判明した。インプリント材料とエッチングされるべき材料との間でエッチング速度が異なる場合、インプリント材料における構造は、基板において生成したい構造のものとは異なる。転写エッチング工程は特に、慣用の方法で成形できない材料の構造化に適している。例えば、特に赤外線光学において、シリコンレンズを製造することは非常に重要である。シリコンは、赤外線照射の波長領域において、屈折率が３．５超であり、これに対して石英ガラスの屈折率は、同じ波長領域で１．４５でしかない。 In an eighth, particularly unique embodiment according to the invention, the use of an imprint material according to the invention as a mask for a transfer etching process is conceivable. It is first understood that the imprint material is imprinted on the original substrate to be structured, in the form that the substrate to be structured later has. In particular, it is conceivable to imprint a lens with an imprint material according to the invention on a silicon substrate. Through the chemical and / or physical etching process, the imprint material according to the present invention is continuously etched away. Since the layer thickness of the imprint material according to the present invention is non-uniform, the etching chemical reaches the substrate to be etched first or the physical etching process in a place where the imprint material according to the present invention is small. Then, sputtered atoms and / or sputtered molecules arrive first. Thus, at some locations, the etching process begins before other locations. In the case of isotropic etching of the imprint material according to the invention (which is substantially always present, based on the amorphous properties of the imprint material according to the invention), imprinted into the imprint material according to the invention It has been found that the shape can be transferred directly to the underlying substrate. If the etching rate is different between the imprint material and the material to be etched, the structure in the imprint material is different from that of the structure that is desired to be produced in the substrate. The transfer etching process is particularly suitable for structuring materials that cannot be formed by conventional methods. For example, it is very important to produce silicon lenses, especially in infrared optics. Silicon has a refractive index of over 3.5 in the wavelength region of infrared irradiation, whereas quartz glass has a refractive index of only 1.45 in the same wavelength region.
本発明による実施態様によって製造可能であり、相応して高い屈折率を有する、さらに考えられる材料は、ＣａＦ、ＺｎＳ、サファイア、ゲルマニウム、ＢａＦ、ＺｎＳｅである。レンズの解像度は、使用する波長が短ければ短いほど、また開口数が多いほど、良好である。開口数とは、受光角の正弦と屈折率との積である。材料の屈折率が大きければ大きいほど、一定の受光角及び一定の波長の際に可能な解像度が大きくなる。従ってシリコンは、赤外線領域にとって、石英ガラスよりもずっと良好に適した材料である。残念ながら、それは相応の湿式化学法によって簡単に製造することはできないが、単結晶として、又はポリシリコン（つまり多結晶）のいずれかとして使用される。相応してシリコンの構造化が、開示された転写エッチング工程によって容易に行われた。転写エッチング工程は本発明によれば、パターンニングされたサファイア基板（ＰＳＳ）、又はナノパターニングされたサファイア基板（ｎＰＳＳ）を製造するためにも有利に使用できる。これは特に高効率ＬＥＤの製造に使用される、構造化されたサファイア基板である。 Further possible materials that can be produced by the embodiments according to the invention and have a correspondingly high refractive index are CaF, ZnS, sapphire, germanium, BaF, ZnSe. The resolution of the lens is better as the wavelength used is shorter and the numerical aperture is larger. The numerical aperture is the product of the sine of the light receiving angle and the refractive index. The higher the refractive index of the material, the greater the resolution possible at a given acceptance angle and a given wavelength. Silicon is therefore a much better suitable material for the infrared region than quartz glass. Unfortunately, it cannot be easily manufactured by a corresponding wet chemical method, but is used either as a single crystal or as polysilicon (ie, polycrystalline). Correspondingly, silicon structuring was facilitated by the disclosed transfer etching process. The transfer etching process can also be used advantageously to produce a patterned sapphire substrate (PSS) or a nanopatterned sapphire substrate (nPSS) according to the present invention. This is a structured sapphire substrate used in particular for the production of high efficiency LEDs.
本発明のさらなる特徴と実施態様は、請求項、また後続の図面の説明から得られる。 Further features and embodiments of the invention result from the claims and from the subsequent description of the drawings.
図１は、基板１上で、第一のインプリント形状４の一次成形による、機能性ユニット３を封止もしくは保護するための本発明によるインプリント材料２の使用を示す。
FIG. 1 shows the use of an
図２は、第二のインプリント形状４’の一次成形による、基礎材料及び構成材料としての、本発明によるインプリント材料２の第二の使用を示す。
FIG. 2 shows a second use of the
図３は、機能性ユニット３上に光学素子６を製造するための、本発明によるインプリント材料２の第三の使用を示す。ここで光学素子６は好適には、機能性要素３の直上で、第三のインプリント形状４”の一次成形によって、インプリントされ得る。
FIG. 3 shows a third use of the
図４は、第四のインプリント形状４'''の一次成形によって、既に存在するスルーコンタクト７を有するエッチングマスクとしての、本発明によるインプリント材料２の第四の使用を示す。スルーコンタクト７は、エッチングされるべき層５の表面５ｏまで達している。
FIG. 4 shows a fourth use of the
図５は、第五のインプリント形状４IVの一次成形によって、スタンプ８としての、本発明によるインプリント材料２の第五の使用を示す。
FIG. 5 shows a fifth use of the
図６は、第六のインプリント形状４Vにおける、スタンプ８’のインプリント構造９上でのスタンプ材料としての、本発明によるインプリント材料２の第六の使用を示す。
FIG. 6 shows a sixth use of the
図７は、本発明によるインプリント材料２の第七の使用を示す。第一の工程段階（インプリント工程）では、基板１上に施与したインプリント材料２の構造化を、インプリント材料２が、まだ開放されていないコンタクトアクセス１１を、導電性コンタクト１０上で有するように行う。コンタクト１０は例えば、機能性ユニット３と接続している。第二の工程段階（エッチング工程）では、インプリント材料２を、まだ開口していないコンタクトアクセス１１が、コンタクトアクセス１１’へと完全にエッチングされるまでエッチングする。コンタクトアクセス１１’は、コンタクト１０に達する。図示されていないさらなる工程段階において、その後、インプリント材料２’の被覆は、コンタクト１０をインプリント材料２’の表面と接続する伝導性材料によって、又は各コンタクトへの接続を可能にする伝導性材料によって行うことができる。
FIG. 7 shows a seventh use of the
図８は、転写エッチングマスクとしての、本発明によるインプリント材料２の第八の使用を示す。第一の工程段階では、本発明によるインプリント材料２が構造化される。図８では、複数のレンズ６の形での例示的な構造化が理解される。構造化された本発明によるインプリント材料２は本来、エッチングされるべき基板１上にある。図示されていないエッチング工程によって、基板１はエッチングされた基板１’になる。本発明によるインプリント材料２の形状は、インプリント材料を完全に犠牲にして基板１に転写された。ここに示した例では、インプリント材料２と基板１とのエッチング速度が同じである。エッチング速度が異なる場合には、転写に際して、レンズ６の具体的な例における構造の形状が変わる。
FIG. 8 shows an eighth use of the
１ 基板、 ２、２’ インプリント材料、 ３、３’ 機能性ユニット、 ４、４’、４”、４'''、４IV、４V、４VI、４VII インプリント形状、 ５ 層、 ６ 光学素子、 ７ スルーコンタクト、 ８、８’ スタンプ、 ９ インプリント構造、 １０ コンタクト、 １１、１１’ コンタクトアクセス 1 substrate, 2, 2 ′ imprint material, 3, 3 ′ functional unit, 4, 4 ′, 4 ″, 4 ′ ″, 4 IV , 4 V , 4 VI , 4 VII imprint shape, 5 layers, 6 optical element, 7 through contact, 8, 8 'stamp, 9 imprint structure, 10 contact, 11, 11' contact access
Claims (7)
・少なくとも１種の重合可能な主成分、及び
・少なくとも１種の副成分
から構成される混合物から成る、前記インプリント材料。 A curable imprint material that can be used for imprint lithography,
The imprint material comprising a mixture composed of at least one polymerizable main component and at least one subcomponent.
・多面体オリゴマーシルセスキオキサン（ＰＯＳＳ）
・ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）
・テトラエチルオルトケイ酸塩（ＴＥＯＳ）
・ポリ（オルガノ）シロキサン（シリコーン）
・ペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）
から形成されている、請求項１に記載のインプリント材料。 In particular, the inorganic, preferably silicon oxide-based main component is at least one of the following materials:
・ Polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS)
・ Polydimethylsiloxane (PDMS)
・ Tetraethylorthosilicate (TEOS)
・ Poly (organo) siloxane (silicone)
・ Perfluoropolyether (PFPE)
The imprint material according to claim 1, wherein the imprint material is formed from.
・アクリル
・エポキシド
・エポキシ樹脂
・フェノール
・アルカン
・アルケン
・アルキン
・ベンゼン
から成る、
請求項１又は２に記載のインプリント材料。 In particular, the organic subcomponent is at least one of the following compounds:
・ Consists of acrylic, epoxide, epoxy resin, phenol, alkane, alkene, alkyne, benzene,
The imprint material according to claim 1 or 2.
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