JP5249196B2 - 基板上への金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンの形成方法 - Google Patents
基板上への金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンの形成方法 Download PDFInfo
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Description
・スタンプ材料は、ステップエッジを越える転写が可能であるように、硬すぎるべきではない。
・スタンプにおける構造のアスペクト比は、座屈(buckling)、側面倒壊(lateral collapse)および天盤倒壊(roof collapse)に対して最適化されなければならない。
・構造化スタンプ上への金の蒸着は、蒸着角度と、スタンプのアスペクト比とに決定的に依存する。
・スタンプから基板上への接触領域におけるAu層の転写は、スタンプ表面上の均質のAu層の破壊を必要とする。Au層の破壊により、エッジが粗くなる可能性がある。
a)第1の基板を用意する。
b)上記第1の基板上に金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを形成する。
c)第2の基板を用意し、上記第2の基板を、上記第1の基板上の上記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンと等角接触させる。
d)上記第2の基板を上記第1の基板から分離させ、このように上記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを、上記第2の基板に付着させ、上記第2の基板とともに上記第1の基板から分離させる。
ba)上記第1の基板上にレジストパターンを形成する。
bb)上記レジストパターンを板上に有する上記第1の基板の上に金属、金属酸化物および/または半導体材料の層を形成する。
bc)上記第1の基板から上記レジストパターンを除去し、金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを上記第1の基板上に残す。
ba)上記第1の基板上に金属、金属酸化物および/または半導体材料の層を形成する。
bb)板上に上記金属の層を有する上記第1の基板上にレジストパターンを形成する。
bc)エッチング技術を用いて、上記レジストパターンに覆われていない位置にある上記金属、金属酸化物および/または半導体材料の層を除去する。
bd)上記第1の基板から上記レジストパターンを除去し、金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを上記第1の基板上に残す。
ba)、上記金属、金属酸化物および/または半導体材料の層がパターン化されるように、パターン化マスクを通して上記金属、金属酸化物および/または半導体材料の層が形成される上記パターン化マスクを用いて、上記第1の基板上に金属、金属酸化物および/または半導体材料を形成する。
ba)上記第1の基板上にレジストパターンを形成し、その後、上記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンと、板上にレジストパターンを有する上記第1の基板との間の付着を弱めるために、潤滑剤の層を上記第1の基板上の上記レジストパターンに形成する。
ba)潤滑剤の層を上記第1の基板へ形成し、その後、金属、金属酸化物および/または半導体材料の層を、潤滑剤の層を板上に有する上記第1の基板へ形成し、上記潤滑剤の層は、上記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンと上記第1の基板との間の付着を弱めるという目的を担う。
ba)金属、金属酸化物および/または半導体材料の層を、潤滑剤の層を板上に有する上記第1の基板へ形成し、上記潤滑剤の層は、上記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンと上記第1の基板との間の付着を弱めるという目的を担う。
e1)第3の基板を用意し、前記第3の基板を、前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを板上に有する第2の基板と等角接触させ、前記第2の基板を前記第3の基板から分離させ、このように前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを前記第3の基板に付着させ、前記第3の基板とともに前記第2の基板から分離させること
を含む。
e2)好ましくは上記第2の基板を別の基板に積層し、それによって上記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを2つの該基板に挟むことにより、上記第2の基板に付着する上記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを有する上記第2の基板を、有機発光ダイオード(organic light emitting diode:OLED)、有機電界効果トランジスタ(organic field effect transistor:OFET)、分子電子デバイスまたはセンサデバイスのようなフレキシブルな有機電子デバイスの作成に用いること
を含む。
このプロセスステップは、平坦基板表面上のレジストパターンの作成に関する(1)。続いて、金属層の蒸着/堆積(3)および持ち上げステップ(4)の前に、潤滑剤層が基板上へ堆積される(2)。このプロセスおよび他の実施形態におけるこのような持ち上げステップは、適切な溶媒中にレジストパターンを溶解させるにより行われる。このプロセスは、潤滑剤層によって基板から分離される構造化金属層をもたらす。金属層は、概してポリマー製の転写パッドと等角接触される(5)。潤滑剤層上の金属層の付着力が、金属層とポリマーとの間の相互作用より弱い場合、金属層はポリマー上へ転写される(6)。
このプロセスステップは、平坦基板表面上のレジストパターンの作成に関する(1)。続いて、持ち上げステップ(3)の前に、基板上へ金属が蒸着される(2)。金属層はポリマーパッドと等角接触される(4)。潤滑層上の金属層の付着力が、金属層とポリマーと間の相互作用よりも弱いため、金属層はポリマー上へ転写可能である(5)。
このプロセスステップは、レジストの作成に関する(1)。続いて、持ち上げステップ(3)の前に、金属が蒸着される(2)。金属層はポリマーパッドと等角接触され(4)、極性溶媒へ浸される(5)。溶媒がAu層と表面との間に引き込まれ、それにより金属層と基板表面との間の付着力は弱められ、ポリマーパッド上への金属パターンの転写(6)が容易となる。
このプロセスステップは、平坦基板表面上のレジストパターンの作成に関する(1)。続いて、持ち上げステップ(3)より先に、金属が基板上へ蒸着される(2)。金属層は、長アルキル鎖を有する第1級アミンから導かれるジチオカルバミン酸誘導体を含む溶液中に浸される。分子は、界面活性剤の特性を有し、金属層と基板との間の空間へ入り込む能力も有する。任意の時間の後、基板は水ですすぎ洗いされ、パターン転写(6)のためにポリマーパッドと等角接触される(5)。
このプロセスステップは、プロセス1〜4のいずれかによって形成された金属パターンを有するポリマーパッドに関する(1)。ポリマーパッド上の金属層は、溶媒(例えばイソプロパノール、エタノール、ヘキサン)によって濡れて(2)、Si/SiO2基板と等角接触される(3)。溶媒はAu層と表面との間に引き込まれ、それにより金属層とポリマーパッドとの間の付着力が弱められ、Si/SiO2上への金属パターンの転写が容易になる(4)。(図2e)
このプロセスステップは、平坦基板表面上のレジストパターンの作成に関する(1)。続いて、金属層の蒸着/堆積(3)および持ち上げステップ(4)の前に、潤滑剤層が基板上へ堆積される(2)。続いて、金属層の蒸着/堆積(3)および持ち上げステップ(4)の前に、転写媒介層が堆積される(2)。続いて、転写媒介層が金属層上へ堆積される(5)。転写媒介層/金属集合(assembly)はポリマーパッドへ等角接触される(6)。潤滑剤層上の金属層の付着力が、金属層/転写媒介層と転写媒介層/ポリマーとの間の相互作用より弱いため、金属層は転写媒介層とともにポリマー上へ転写可能である(7)。ポリマーパッド上の転写媒介層は、ポリマー(7)上へ等角接触される。ポリマーパッド上の転写媒介層は、Si/SiO2基板と等角接触される(8)。続いて、ポリマーパッド上の転写媒介層は、溶媒(例えばイソプロパノール、エタノール、ヘキサン)中に浸され、溶媒派転写媒介層と金属表面との間に引き込まれ、それにより金属層とポリマーパッドとの間の付着力が弱まり、Si/SiO2基板上への金属パターンの転写(9)が容易になる。最後に、金属パターンはSi/SiO2基板へ恒久的に転写される(10)。(図2fを参照のこと)
Claims (46)
- 基板上に金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを形成する方法であって、
a)第1の基板を用意するステップと、
b)前記第1の基板上に金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを形成するステップと、
c)第2の基板を用意し、前記第2の基板を、前記第1の基板上の前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンと接触させるステップと、
d)前記第2の基板を前記第1の基板から分離させることで、前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを、前記第2の基板に付着させ、前記第2の基板とともに前記第1の基板から分離させるステップと、
を含み、
ステップb)は、
ba)前記第1の基板上にレジストパターンを形成するステップと、
bb)前記レジストパターンを前記第1の基板上に有する前記第1の基板の上に金属、金属酸化物および/または半導体材料の層を形成するステップと、
bc)前記第1の基板から前記レジストパターンを除去し、金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを前記第1の基板上に残すステップと
により行われ、
ステップba)は、
ba)前記第1の基板上にレジストパターンを形成し、その後、前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンと、前記第1の基板上にレジストパターンを有する前記第1の基板との間の付着を弱めるために、潤滑剤の層を前記第1の基板上の前記レジストパターンに形成する
ように行われること、を特徴とする方法。 - 基板上に金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを形成する方法であって、
a)第1の基板を用意するステップと、
b)前記第1の基板上に金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを形成するステップと、
c)第2の基板を用意し、前記第2の基板を、前記第1の基板上の前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンと接触させるステップと、
d)前記第2の基板を前記第1の基板から分離させることで、前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを、前記第2の基板に付着させ、前記第2の基板とともに前記第1の基板から分離させるステップと、
を含み、
ステップb)は、
ba)前記第1の基板上に金属、金属酸化物および/または半導体材料の層を形成するステップと、
bb)前記第1の基板上に前記金属の層を有する前記第1の基板上にレジストパターンを形成するステップと、
bc)エッチング技術を用いて、前記レジストパターンに覆われていない位置にある前記金属、金属酸化物および/または半導体材料の層を除去するステップと、
bd)前記第1の基板から前記レジストパターンを除去し、金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを前記第1の基板上に残すステップと
により行われ、
ステップba)は、
ba)潤滑剤の層を前記第1の基板へ形成し、その後、金属、金属酸化物および/または半導体材料の層を、潤滑剤の層を前記第1の基板上に有する前記第1の基板へ形成し、前記潤滑剤の層は、前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンと前記第1の基板との間の付着を弱めるという目的を担う
ように行われること、を特徴とする方法。 - 基板上に金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを形成する方法であって、
a)第1の基板を用意するステップと、
b)前記第1の基板上に金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを形成するステップと、
c)第2の基板を用意し、前記第2の基板を、前記第1の基板上の前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンと接触させるステップと、
d)前記第2の基板を前記第1の基板から分離させることで、前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを、前記第2の基板に付着させ、前記第2の基板とともに前記第1の基板から分離させるステップと、
を含み、
ステップb)は、
ba)前記金属、金属酸化物および/または半導体材料の層がパターン化されるように、パターン化マスクを通して前記金属、金属酸化物および/または半導体材料の層が形成される前記パターン化マスクを用いて、前記金属、金属酸化物および/または半導体材料の層が形成されるステップ
により行われ、
ステップba)は、
ba)金属、金属酸化物および/または半導体材料の層を、潤滑剤の層を前記第1の基板上に有する前記第1の基板へ形成し、前記潤滑剤の層は、前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンと前記第1の基板との間の付着を弱めるという目的を担う
ように行われること、を特徴とする方法。 - 前記第1の基板上の前記レジストパターンは、前記第1の基板上に存在するレジストを有する位置と、前記第1の基板上に存在するレジストを有さない位置とを含むこと、を特徴とする請求項1または2に記載の方法。
- ステップbb)において、前記金属、金属酸化物および/または半導体材料の層は、前記存在するレジストを有する位置と前記存在するレジストを有さない位置との両位置において前記レジストパターン上の前記第1の基板上に形成されること、を特徴とする請求項4に記載の方法。
- 前記金属、金属酸化物および/または半導体材料の層は、連続層として形成されること、を特徴とする請求項1または2に記載の方法。
- ステップb)により形成される前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンは、前記第1の基板上に存在する金属、金属酸化物および/または半導体材料を有する位置と、前記第1の基板上に存在する金属、金属酸化物および/または半導体材料を有さない位置とを含み、前記第1の基板上に存在する金属、金属酸化物および/または半導体材料を有する前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンの前記位置は、ステップba)において前記第1の基板上に存在するレジストがないステップba)の前記レジストパターンの位置と一致すること、を特徴とする請求項1に記載の方法。
- ステップb)により形成される前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンは、前記第1の基板上に存在する金属、金属酸化物および/または半導体材料を有する位置と、前記第1の基板上に存在する金属、金属酸化物および/または半導体材料を有さない位置とを含み、前記第1の基板上に存在する金属、金属酸化物および/または半導体材料を有する前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンの前記位置は、ステップbb)において前記第1の基板上に存在するレジストがあるステップbb)の前記レジストパターンの位置と一致すること、を特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記レジストパターンは、リソグラフィプロセスにより形成され、好ましくは、光リソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、ソフトリソグラフィ、UVナノインプリントリソグラフィおよびナノインプリントリソグラフィを含む組から選択されるリソグラフィプロセスにより形成されること、を特徴とする請求項1〜2、4〜8のいずれかに記載の方法。
- 前記金属、金属酸化物および/または半導体材料の層は、気相成長法、スパッタリング、蒸着法、ウェット化学成長法、めっきおよび自己集合を含む組から選択されるプロセスにより、第1の基板上に形成されること、を特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
- 前記レジストパターンの除去は、前記レジストパターンを、溶媒と、レジスト除去剤と、前記溶媒および前記レジスト除去剤のいかなる組合せとに溶かすことにより起こること、を特徴とする請求項1〜2、4〜9のいずれかに記載の方法。
- 前記溶媒は、アセトン、及びイソプロパノールから選択される、請求項11記載の方法。
- 前記第1の基板は、単結晶材料、多結晶材料、GaAs、Si、SiO2、及び雲母から選択される材料、ガラス及びフロートガラスから選択されるアモルファス化合物、およびペロブスカイトを含む組から選択される材料から作成されること、を特徴とする請求項1−12のいずれかに記載の方法。
- 前記金属は、Au、Ti、Pt、Ag、Cr、Cu、Alを含む組から選択され、前記金属酸化物は、Al2O3、AgO、TiO2、SiO2、DyScO3、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)を含む組から選択され、前記半導体材料は、Si、Ge、GaAs、GaN、InSb、InP、CdS、ZnSeを含む組から選択されること、を特徴とする請求項1−13のいずれかに記載の方法。
- 前記潤滑剤は、フルオロシラン、メチル基末端を有するシラン誘導体、およびポリテトラフルオロエチレンを含む組から選択されること、を特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 請求項1に従属する場合、ステップba)において、前記潤滑剤の層は、前記第1の基板上の前記レジストパターンへ形成され、続けてステップbc)において前記レジストパターンを除去した後、前記潤滑剤の層は存在するレジストを有さない位置にのみ存在すること、を特徴とする請求項1および15のいずれかに記載の方法。
- ステップbb)において、前記金属、金属酸化物および/または半導体材料の層は、存在するレジストを有する位置にある前記レジストパターンと直接接触し、存在するレジストを有さない位置にある前記潤滑剤と直接接触するように、レジストパターンを前記第1の基板上に有する前記第1の基板上に形成される、請求項16に記載の方法。
- 前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンがステップb)において前記第1の基板上に形成された後、ステップc)より先に転写媒介層が前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンへ形成され、前記転写媒介層は、前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンと前記第2の基板との間の付着を媒介する目的を担うこと、を特徴とする請求項1−17のいずれかに記載の方法。
- 前記転写媒介層は、少なくとも2つの末端を有する化合物を含む材料から作成され、1つの末端は金属結合基、金属酸化物結合基または半導体結合基であり、他の末端は制御可能な付着を前記第2の基板へ提供すること、を特徴とする請求項18に記載の方法。
- 前記転写媒介層は、親水性溶媒との相互作用のための極性基を有する少なくとも1つの化合物を含むことにより、制御可能な付着を提供しており、前記化合物は自己集合化単分子層を形成すること、または前記転写媒介層は水に可溶であること、を特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記第2の基板は、ポリマー材料から作成され、好ましくはエラストマー、プラストマー、イオノマーおよびレジストを含む組から選択されるポリマー材料から作成されること、を特徴とする請求項1−20のいずれかに記載の方法。
- ステップc)の間に、またはステップc)の後でステップd)の前に、前記第2の基板と、前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンとは、互いに接触している間、前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンと前記第1の基板との間の付着を弱めるために、極性溶媒に曝される、または極性溶媒の中へ入れられること、を特徴とする請求項1〜14、18〜21のいずれかに記載の方法。
- 前記極性溶媒は、有機極性溶媒、無機極性溶媒および前記有機極性溶媒と前記無機極性溶媒との混合物の組から選択され、好ましくは、水、イソプロパノール、エタノール、メタノール、アセトン、ジメチルスルホキシドおよびアセトニトリルの組、および、前記水、イソプロパノール、エタノール、メタノール、アセトン、ジメチルスルホキシドおよびアセトニトリルの混合物から選択されること、を特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記極性溶媒は、前記極性溶媒中に溶解されるいかなる追加溶質も有さないこと、を特徴とする請求項22〜23のいずれかに記載の方法。
- ステップb)の後でステップc)の前に、前記第1の基板上の前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンは、界面活性剤の溶液中に入れられることと、その後任意ですすぎ洗いされること、を特徴とする請求項1〜14、18〜21のいずれかに記載の方法。
- 前記界面活性剤は、第1級アミンを有するアルカン鎖から形成されるジチオカルバミン酸誘導体を含む組から選択され、前記界面活性剤が溶解している溶媒は、イソプロパノール、エタノールおよび水と、イソプロパノール、エタノールおよび水の混合物とを含む組から選択されること、を特徴とする請求項25に記載の方法。
- 前記方法は、
e1)第3の基板を用意し、前記第3の基板を、前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを第2の基板上に有する第2の基板と接触させ、前記第2の基板を前記第3の基板から分離させる追加ステップ
を含むこと、を特徴とする請求項1−26のいずれかに記載の方法。 - 前記第3の基板は、前記第2の基板から前記第3の基板への前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンの転写を可能にする官能基を前記第3の基板上に有すること、を特徴とする請求項27に記載の方法。
- 前記第3の基板は、ステップe1)より先に、前記第3の基板の表面上に金属、金属酸化物および/または半導体材料のさらなるパターンを有すること、および/または機能を提供する追加層を板上に有すること、および/またはナノワイヤ、ナノカラム、カーボンナノチューブで覆われていること、および/または酸化物を板上に有すること、を特徴とする請求項27〜28のいずれかに記載の方法。
- 前記酸化物は、TiO2及びペロブスカイトから選択されることを特徴とする、請求項29記載の方法。
- 前記方法は、
e2)前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを前記第2の基板と別の基板との間に挟むことにより、前記第2の基板に付着する前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを有する前記第2の基板を、フレキシブルな有機電子デバイスの作成に用いる追加ステップ
を含むこと、を特徴とする請求項1〜26のいずれかに記載の方法。 - 前記有機電子デバイスは、有機発光ダイオード(OLED)、有機電界効果トランジスタ(OFET)、分子電子デバイス及びセンサデバイスから選択されることを特徴とする、請求項31記載の方法。
- 前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンは、前記第1の基板、前記第2の基板および存在する場合は前記第3の基板への付着力を有し、前記第3の基板への付着力は、前記第1の基板への付着力より大きい前記第2の基板への付着力より大きいこと、を特徴とする請求項1〜32のいずれかに記載の方法。
- 前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンは金のパターンであり、前記第1の基板は、前記第1の基板上に酸化物層を有するまたは有さないSi、または雲母、またはガラスであり、前記第2の基板はポリオレフィンプラストマー(POP)またはポリジメチルシロクサン(PDMS)、またはイオノマーであり、前記第3の基板は、存在する場合、前記第3の基板上への前記金のパターンの付着を可能にするために官能基で任意に官能化されたSi、雲母またはガラスであること、を特徴とする請求項33に記載の方法。
- 前記官能化は、メルカプト基またはアミノ基またはカルボキシ基を有する化合物を用いることにより起こること、を特徴とする請求項34に記載の方法。
- ステップe1)は、機能を提供するいかなる追加層も前記第3の基板上に欠いた状態で行われること、を特徴とする請求項27、33〜35のいずれかに記載の方法。
- ステップe1)は、前記第2の基板と、前記第2の基板上の前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンとを、溶媒に曝す、または前記溶媒中に入れることにより、前記第2の基板と前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンとの間の付着力を弱めることにより行われること、を特徴とする請求項36に記載の方法。
- 前記溶媒は、イソプロパノール、エタノール、メタノール、プロパノールおよびヘキサンから選択されることを特徴とする、請求項37記載の方法。
- ステップe1)は、前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンを第2の基板上に有する前記第2の基板と、前記第3の基板との間に溶媒を入れることで、前記第3の基板と、前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンとの間の付着力、または存在する場合、前記第3の基板上の前記転写媒介層と前記金属、金属酸化物および/半導体材料のパターンとの間の付着力を増加させることにより、前記第2の基板と前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンとの間の付着力を弱めることにより行われること、を特徴とする請求項27〜28のいずれかに記載の方法。
- 前記第2の基板は、ドロップキャスティング、カーリング、好ましくは熱誘導カーリングまたは光誘導カーリング、および熱エンボス加工を含む組から選択される方法により作成されること、を特徴とする請求項1−39のいずれかに記載の方法。
- 前記第2の基板は、ステップc)において前記金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターンが接触される平坦な表面を有すること、を特徴とする請求項1−40のいずれかに記載の方法。
- ステップc)およびe1)における前記接触は、1秒〜120分の範囲の期間起こること、を特徴とする請求項27〜30、33〜39のいずれかに記載の方法。
- ステップc)およびe1)における前記接触は、平均圧力1mbar〜5barでのプレスプロセスであること、を特徴とする請求項27〜30、33〜39、42のいずれかに記載の方法。
- 請求項1〜43のいずれかに記載の方法により製造される、基板上の金属、金属酸化物および/または半導体材料のパターン。
- 前記パターンに欠陥を有さないこと、を特徴とする請求項44に記載のパターン。
- 電子装置、生物医学装置における請求項44〜45のいずれかに記載のパターンの使用。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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