JP4649412B2 - 基板表面をパターニングする方法 - Google Patents
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Description
本発明は、インクを用いて基板の表面をパターニングする方法に関する。
従来から、電子装置を含む装置の微細なパターンは、電子装置の基板上にこれらのパターンを画定するのにマスクを伴うリソグラフィ工程を用いて形成されてきた。しかし、マスクの製作は、高価な工程であり、且つ半導体の最小加工寸法の微細化に伴い、ムーアの法則でも予見されているように、基板上に形成されるパターンは、ますます複雑なものとなり、それは通常、多数のマスクが必要となり、従って、さらに、電子装置の製造コストが上がってしまう。さらに、前述した従来のリソグラフィ技法は成熟しており、一般に、電子装置の基板上の最小加工寸法の一層の低減をこれらの技法で達成するのは困難であろうとまで考えられている。
基板上により微細な形状さえも画定可能であり、装置の製造コストも抑えるべく、電子装置の基板にパターニングする別の技法が試み開発されている。そのような技法の例が、ＰＣＴ特許出願第０２／０８５６３９Ａ１号に開示されており、そこでは、空洞によって分離された突起形状のパターニングされた表面を有するエラストマー・スタンプが、極性溶媒中に溶解された所望のインクに暴露される。通常、エラストマー材料との親和性の低い極性溶媒が選ばれ、これにより突起スタンプ表面が乾燥し、そして、スタンプの突起領域の間の空洞内にインク／溶媒混合物が蓄積されることになる。
溶媒を蒸発させた後、スタンプの突起形状の接触表面が、基板と接触するようにされ、スタンプの突起形状の端部を介してインク・パターンが基板に転写される。
しかし、当該技術には、多くの不利な点がある。乾燥工程は、スタンプの突起形状の接触表面上にインク跡を残すことがあり、それが基板上に印刷された形状のぼけを引き起こすことがある。さらに、ほんの数種の親水性インク溶液のみしか、スタンプ上に所望の乾燥動作を示さないので、それがこの技法の適用可能性も制限している。
本発明は、これらの問題が生じることの少ない冒頭にしたがうパターニング方法を提供しようとするものである。
本発明の態様によれば、インクを用いて基板の表面にパターニングする方法であって、バルク表面と前記バルク表面から突起する少なくとも１つの形状を有するエラストマー・スタンプを提供する工程であって、前記突起形状が接触表面と前記接触表面から前記バルク表面に延在する端部を有し、前記突起形状と前記バルク表面がバリア層を保持する工程と、前記バリア層に前記インクと溶媒の溶液を適用する工程と、前記バリア層から前記溶媒を除去する工程と、前記バリア層より前記インクに対して高い親和性を有する表面を第１基板に提供する工程と、前記突起形状の前記接触表面を前記第１基板の前記表面と接触される工程と、前記突起形状の前記接触表面から前記第１基板の前記表面に前記インクを転写する工程と、前記第１基板の前記表面から前記エラストマー・スタンプを取り外す工程と、前記バリア層より前記インクに対し高い親和性を有する表面を第２基板に提供する工程と、前記突起形状の前記接触表面を前記第２基板の前記表面と接触させる工程と、前記突起形状の前記端部から前記第２基板の前記表面に前記インクを転写することによって前記第２基板の前記表面にインク・パターンを提供する工程とを備える方法が提供される。
本発明のパターニング方法は多くの利点を有している。まず第１に、エラストマー・スタンプ上にバリア層を用いるので、インクがスタンプ材料に侵入することはできず、それが、かなりの数のインクを本発明のパターニング方法用に使用可能とし、それは、第２基板のパターニングの間に、インクがスタンプから第２基板表面の表面へ突起形状の接触面を介して通過することになるという危険がなくなるからである。
現時点では、変性表面層を有するエラストマー・スタンプは、例えば、その表面上に、一層の酸化したＰＤＭＳを有するポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からなるエラストマー・スタンプが、文献、「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｌｌｏｉｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ」、ｖｏｌ ２５４、３０６頁、２００２年と同様に米国特許出願第２００２／００９８３６４号からも知られ、それ自体既知であるということは重要視される。しかし、これらのスタンプは、マイクロコンタクト印刷の分野の用途に対して発達してきており、そこでは、インクは突起形状の接触表面から基板の表面へ転写され、スタンプ表面は、インクとの適合性が改善されるように変性されている。Ｌａｎｇｍｕｉｒ、ｖｏｌ．１９、５４７５〜５４８３頁、２００３年、の文献に、低重量ＰＤＭＳオリゴマーがスタンプ材料から基板の表面に拡散するのを防ぐためにバリア層として働く酸化表面層を有するＰＤＭＳスタンプが開示されていて、例えば、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、ｖｏｌ．１８、１５１８〜１５２７頁、２００２年、に報告されているように自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）の特性を悪化させることがある基板の表面上のインク分子のＳＡＭの重大な汚染を回避している。
しかし、前述の従来技術の文献ではなされていなかったことである、インク分子が基板パターニング工程の所要時間にスタンプ材料に浸透するのを防止するバリア層としても変性表面層が働くことを本発明が可能にしたということに部分的に基づいていることは重要視される。さらに、本発明の方法では、そのようなスタンプ、つまり、変性表面層を有するスタンプが、突起形状の接触表面からよりむしろ突起形状の端部から基板の表面にインク・パターンを転写するように、使用されているので、従来技術の方法の場合とは違ったやり方で用いられていることを当業者には理解されたい。
本発明のパターニング方法のさらなる利点は、そのようなパターニング方法の適用可能性に関して制限するように影響する突起形状の接触表面のインクを清浄にする乾燥工程に頼らなくてもよいということである。やはり、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、ｖｏｌ．１８、７０２９頁、２００２年、から既知であるのは、そのような乾燥工程がうまくいくためには突起形状の接触表面が２μｍの幅を超えるべきではなく、これが、そのようなスタンプに対するパターン設計に厳しい制限を加えている。その代わりに、本発明によれば、インクは、初期の印刷工程で突起形状の接触表面から除去される。これは、溶媒が、スタンプの表面と接触するようにされる場合、一定の乾燥特性を有する必要がないのでインクを溶解するのに多数の溶媒が用いられてよいということと、２ミクロンを超える幅の突起形状が使用でき、従って、本発明のパターニング方法を、ＰＣＴ特許出願第０２／０８５６３９Ａ１号に開示されたものより適応性が広いという利点を有する。
一実施形態では、さらに、この方法は、さらに、前記第２基板の前記表面の、前記インク・パターンによって画定された形状を除去する工程を備える。エッチング工程を備えて得るこの工程では、インク・パターンによって覆われていない基板の部分、或いはインク・パターンによって覆われている基板の部分のいずれかが除去されて基板表面に既定のパターンを固着させ、その場合、基板表面の他の部分は高いエッチング耐性を有するＳＡＭによって保護されてよい。本発明の方法は、例えば、電子装置の製作に用いることができ、そのような装置の特徴の幾つか、例えば導電路などを画定する。しかし、基板表面上のインク・パターンは、異なる目的、例えば基板表面上に形成される多層構造の第１層として機能することもあることは重要視される。
本発明が、以下に添付の図面を参照してより詳細に非限定的例として説明される。
図は、単に概略的であって、原寸に比例して描かれていないことを理解されたい。
図１ａに図示されているように、本発明の方法の第１工程によるエラストマー・スタンプ１０が提供されている。エラストマー・スタンプ１０は、突起形状１４、及びさらなる突起形状１４’を有し、エラストマー・スタンプ１０のバルク表面１２から延在している。突起形状１４は、接触表面１６と接触表面１６からバルク表面１２へ延在する端部１８を有し、一方、さらなる突起形状１４’は、接触表面１６’と接触表面１６’からバルク表面１２へ延在する端部１８’を有する。バルク表面１２、端部１４、１４’、及び接触表面１６、１６’は、バリア層２０によって覆われており、このバリア層は、エラストマー・スタンプ１０に用いられるインクに対し不浸透性である。エラストマー・スタンプ１０のさらなる面２２、２４が、バリア層によって覆われていてもよいが、これは必ずしも必要ない。突起形状１６、及びさらなる突起形状１６’が、基板表面上に印刷されるパターンの形状を画定する。
エラストマー・スタンプ１０は、既知の製造技術、例えばプリフォーム・マスタ内でＰＤＭＳなどのエラストマー材料を成形することによって形成されてよい。バリア層２０は、既知の技術、例えば米国特許出願第２００２／００９８３６４号、及び文献「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｌｌｏｉｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ」ｖｏｌ．２５４、３０６頁、２００２年、に開示されているＰＤＭＳの変性によって形成されてよい。しかし、例えば別のバリア層２０が、エラストマー・スタンプ１０の前述の表面に付着される場合など、他の方法も同様に可能である。
本発明の方法の次の工程が、図１ｂに示されている。溶媒３０とインク３２の溶液が、エラストマー・スタンプ１０のバリア層２０の上に付着され、例えばＮ２ガス流中でエラストマー・スタンプ１０を乾燥することによって溶媒３０が除去されると、その後、図１ｃに示されるように、バリア層２０に接着されたインク分子層３２を有するエラストマー・スタンプ１０が形成される。エラストマー・スタンプ１０のエラストマー材料中にインク分子が浸透するのをバリア層２０が防いでいるという事実があるので、様々な特性を有する多数のインクが使用されてよい。特に、チオール・ベースの疎水性インクが使用可能であり、親水性インクとは違い、これらのインクは、過度の広がりによる害を受けることはないという事実によって基板表面上に鮮明なパターンをもたらすという優れた特性を有する。
ＰＤＭＳなどの疎水性エラストマー材料と、このような疎水性インクが高い親和性を有するので、このような疎水性インク用いることは、ＰＣＴ特許出願第０２／０８５６３９Ａ１号に開示されているパターニング方法で禁じられているということも重要視される。従って、インクの実質的部分が、エラストマー・スタンプに吸収される。これは、スタンプの端部上に相当量のインクを構成するのに、インクの大部分が使用されなければならないということを意味するだけでなく、基板表面のパターニングの間に、インクと高い親和性を有するスタンプ材料から前記表面へのインクの拡散が、望ましくない印刷パターンのぼけを引き起こす。
バリア層２０を有するエラストマー・スタンプ１０を用いる他の利点は、インク分子３２のエラストマー・スタンプ１０への吸収が幾らも無いことによりインク溶液中のインク濃度が正確に調整されて溶媒３０を除去した後のバリア層２０上に残るインクを所望の量に構成できることである。これは、バリア表面２０上のインク分子３２の量が良好に管理され基板の表面に画定されるパターンの質、即ちパターン形状の解像度を改善するので重要である。
次の工程では、図１ｄに示されているように、エラストマー・スタンプ１０の突起形状１４、１４’の接触表面１６、１６’が、表面４２を有する基板４０の上に配置される。金などの貴金属を含む適切な硬貨鋳造金属で形成された別の層を含もこともできる表面４２は、バリア層２０が有するよりもインク分子３２と高い親和性を有する。その結果、接触表面１６、１６’でインク分子３２が、接触表面１６、１６’から表面４２へ転写されることになり、こうして、接触表面１６、１６’上のバリア層２０には接着するインク分子３２をもはや保持せず、図１ｅに示されているように、バルク表面１２の上と端部１８、１８’の上とのバリア層２０上だけにインク分子３２を保持するエラストマー・スタンプ１０が形成される。
本発明の方法では、接触表面１６、１６’からインク分子３２を除去するのに乾燥工程が必要とされないという事実によって、より多様な溶媒３０が、インク分子３２を溶解するのに用いられてよく、本発明のパターニング方法をＰＣＴ特許出願第０２／０８５６３９Ａ１号に開示されている方法より適応性が広いものにしている。接触表面１６、１６’をインク分子３２に対し高い親和性を有する表面４２と接触させることによってインク分子３２を除去するのは、接触表面１６、１６’のインク分子３２の洗浄としての非常に効果的な方法でもあり、これは、これらの表面上の残存インク分子３２が印刷されたパターンぼけを引き起こす恐れがあるので利点があり、パターンぼけも効果的に回避される。
エラストマー・スタンプ１０の接触表面１６、１６’と表面４２の接触時間の増大により、端部１８、１８’から表面４２へ転写されるインク分子３２の量が増えることが指摘される。これは、前述したように、パターンの鮮明度の質の点から有利である、エラストマー・スタンプ１０に残るインク分子３２の量をさらに管理するのに利用されてよい。
図１ｆに図示されている次の工程では、エラストマー・スタンプ１０の突起形状１４、１４’の接触表面１６、１６’が、表面５２を有する第２基板５０上に配置される。表面４２のように、表面５２は、金などの貴金属を含む適切な硬貨鋳造金属で形成された別の層であってよく、バリア層２０が有するよりもインク分子３２と高い親和性を有する。インク分子３２は、エラストマー・スタンプ１０の端部１８、１８’上のバリア層２０から、垂直な矢印によって示されたように、表面５２へ転写される。
エラストマー・スタンプ１０と表面５２の間の接触時間が、エラストマー・スタンプ１０の端部１８、１８’から表面５２へ転写されることになるインク分子３２の量を決めるのに用いられてよい。やはり、接触時間を増やすと、水平な矢印で示されたように、表面５２の上のインク分子３２の横の移動が増加することになる。やはり、このプロセスでは、オクタデカンチオールなどの疎水性インクは、通常、表面５２の上を比較的ゆっくり広がり、それに対し１１−メルカプトウンデカン酸などの親水性インクは、表面５２の上を比較的早く広がるというインクの物理的特性が、重要な働きをする。エラストマー・スタンプ１０のバルク表面１２から表面５２へのインク分子３２の気相拡散を抑えるために、高沸騰点のインクが用いられてよい。代替的に、バルク表面１２が、表面５２から充分な間隔、例えばバルク表面１２からの気相拡散の影響を制限する３００ｎｍに保たれてよい。
図１ｇに示されたように、表面５２からエラストマー・スタンプ１０を取り外すと、インク分子３２の所望のパターン６０が、図１ｈに示されたように、基板５０の表面５２に接着される。パターン６０は、表面５２の覆われていない領域６２、６２’の周りにインク分子３２の境界を有する、四角な「中空の」形状を含む。覆われていない領域６２、６２’は、それぞれ突起形状１４、１４’の接触表面１６、１６’が表面５２上に置かれていた領域である。表面５２の領域６４は、基板５０のパターニングの間に、突起形状１４と１４’の間でエラストマー・スタンプ１０のバルク表面１２に面していたものである。
領域６４は、ただ非限定的例としてインク分子３２によって覆われていないのであって、エラストマー・スタンプ１０と基板５０の表面５２の間の接触時間が長いと、表面５２上のインク分子３２の横の移動を増加させることになり、例えば、領域６４を部分的に或いは完全に覆うことになることもあると当業者には理解されるであろう。従って、中空構成と充填構成の両方が、本発明のパターニング方法で画定されてよい。さらに、パターン形状は、長方形に限定されずに、円形状、又は直線形状など、他の形状も同様に可能であることを当業者には理解されるであろう。
本発明の印刷方法は、サブミクロン領域、例えば数百ナノメータの解像度で、多様なＳＡＭパターンを容易に付着できる。そのようなＳＡＭパターンは、後続のエッチング工程のレジストとして働くように用いることがある。これとは別に、ＳＡＭパターンは、後続のエッチ・レジスト付着工程のマスクとして働くように用いることもあり、ＳＡＭ及び下にある層が後続のエチング工程で除去される。ＳＡＭパターンは、ＳＡＭ上面に引き続き付着される材料とＳＡＭの化学的、或いは物理的相互作用によって達成されてよい、基板表面５２上に多層構造を形成するためのアンカーとして用いられてもよい。
後続の、エッチング工程は、既知のエッチング技法、例えば、ウェット・エッチ・レジストとして働くチオール・ベースのＳＡＭを保持する金層を備える表面５２の場合では、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、ｖｏｌ．１８、２３７４〜２３７７頁、２００２年、に開示されているように、飽和濃度の半分のｎ−オクタノールを有する水に１ＭのＫＯＨ、０．１ＭのＫ２ＳＯ３、０．０１ＭのＫ３Ｆｅ（ＣＮ）６、及び０．００１ＭのＫ４Ｆｅ（ＣＮ）６を含むエッチング浴液を用いてなされてよい。
前述の実施形態は、本発明を限定するものでなく例示であり、且つ、添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱せずに当業者には多くの代替実施形態を設計できるであろうことに留意されるべきである。用語「備える」は、請求項に列挙されたそれらのもの以外の要素或いは工程の存在を排除しない。特定の手段が互いに異なる従属する請求項に列挙されている単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示すものでない。
Claims (3)
- インクを用いて基板の表面にパターニングする方法であって、
バルク表面と前記バルク表面から突起する少なくとも１つの形状を有するエラストマー・スタンプを提供する工程であって、前記突起形状が接触表面と前記接触表面から前記バルク表面に延在する端部を有し、前記突起形状と前記バルク表面が、当該方法の所要時間において前記インクが前記エラストマー・スタンプに浸透することを防止するバリア層を保持する工程と、
前記バリア層に前記インクと溶媒の溶液を適用する工程と、
前記バリア層から前記溶媒を除去する工程と、
前記バリア層より前記インクに対して高い親和性を有する表面を第１基板に提供する工程と、
前記突起形状の前記接触表面を前記第１基板の前記表面と接触させる工程と、
前記突起形状の前記接触表面から前記第１基板の前記表面に前記インクを転写する工程と、
前記第１基板の前記表面から前記エラストマー・スタンプを取り外す工程と、
前記バリア層より前記インクに対し高い親和性を有する表面を第２基板に提供する工程と、
前記突起形状の前記接触表面を前記第２基板の前記表面と接触させる工程と、
前記突起形状の前記端部から前記第２基板の前記表面に前記インクを転写することによって前記第２基板の前記表面にインク・パターンを提供する工程とを備える方法。 - さらに、前記第２基板の前記表面の、前記インク・パターンによって画定された部分を除去する工程を備える、請求項１に記載の方法。
- 前記第２基板の前記表面の前記部分の前記除去工程がエッチング工程を備える、請求項２に記載の方法。
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