JP5395789B2 - インプリントされたポリマー上に２次インプリントを作製する方法 - Google Patents

インプリントされたポリマー上に２次インプリントを作製する方法 Download PDF

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Description

本発明は概して、インプリントされたポリマー上への２次インプリントの作製方法に関する。
既存のエレクトロニクスデバイスが絶えず小型化していることで、互いに近接して設けられる電気部品を製造することが可能な方法及び装置の必要性が増大している。経験的観察−たとえばムーアの法則−によると、集積回路上のトランジスタの数は約２年ごとに２倍になっている。従ってナノパターニング法は、マイクロエレクトロニクス及びナノエレクトロニクスデバイス−たとえば集積回路（ＩＣ）、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）／ナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）、光学部品、及び発光ダイオード（ＬＥＤ）−の発展において非常に重要な役割を果たしている。既存のナノパターニング法には、フォトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、及びナノインプリント（ＮＩＬ）が含まれる。
従来のフォトリソグラフィ法は、光−通常は紫外（ＵＶ）放射線である−を用いて、フォトレジストとして知られている感光性化学物質−これは基板表面上に堆積されている−の所定部分を選択的に照射する。選択的照射工程は通常、フォトマスクを用いて、フォトレジストの各部分をＵＶ放射線に曝露／ＵＶ放射線から遮断することによって実現される。このプロセスの後は通常、そのフォトレジスト層の部分的除去及び多くの堆積プロセス−たとえば化学気相成長（ＣＶＤ）法又は物理的気相成長（ＰＶＤ）法−が続く。従って、フォトリソグラフィは、基板上に生成されるパターンの形状及びサイズを厳密に制御することが可能で、かつ単一のプロセスで、そのパターンを基板全体にわたって生成することができる。
フォトリソグラフィに係る問題は、生成されたパターンの分解能が１００ｎｍ範囲未満に到達できないことである。これは主として光の回折効果による。つまり光の回折効果は、その光によって照射されるフォトレジスト内での精度に影響を及ぼす。その結果、１００ｎｍ範囲が従来のフォトリソグラフィで実現可能な分解能の限界となる。回折は光の固有な物理的特性であるため、フォトリソグラフィの分解能限界は改善させることがかなり難しいと言える。さらにそのプロセスにおいて用いられるフォトマスクは、高価でかつ時間を要するものであるため、フォトリソグラフィに係る資本コストは増大する。
電子ビームリソグラフィは、レジストで覆われた基板全体にわたって、所定の方法で電子ビームを走査する手順を含むパターニング手法である。この目的は、レジスト中に非常に小さな構造を作製することである。その非常に小さな構造は、その後他の用途−たとえばマイクロエレクトロニクス−に用いられる他の材料に転写することができる。
電子ビームリソグラフィに係る問題は、パターニングプロセスが画素毎に行われるため、非常に時間がかかることである。従って特に大面積基板全体にわたって密なパターンを書き込むときには、スループットは深刻な制限となる。さらに電子ビームリソグラフィに必要とされる装置は高価でかつ操作が複雑であるため、相当な維持労力が必要とされる。
電子ビームリソグラフィに係るさらなる問題は、データ関連の欠陥が発生する恐れがあることである。十分予想できるように、大きなデータファイル（大きなパターン）は、工学制御ハードウエハに対するデータ入力の不一致によって引き起こされる、データ関連の欠陥−たとえばブランキング又は偏向エラー−の影響をより受けやすくなる。他の欠陥−たとえば試料の帯電、後方散乱、計算エラー、埃の付着、ガス放出、及び汚染など−もまた起こりうる。上述したように、電子ビームリソグラフィに係る長い「書き込み時間」は、無作為の欠陥−たとえば上で列挙したようなもの−を起こりやすくしてしまう。これらの問題は、短い期間で大表面積基板を大容量スループットでパターニングする必要があるときに、特に重要となる。
ＮＩＬは、相対的に低コスト、高スループット、及び高分解能という利点を有する別な既知のナノパターニング手法である。鋳型は典型的には、熱力学的変形を利用して、インプリントレジスト上にパターンを生成するのに用いられる。続いてレジストはエッチングプロセスを介して除去されることで、基板上にパターンが現れる。インプリントレジストは典型的には、インプリント中に熱又はＵＶ光によって硬化するモノマー又はポリマー組成物である。レジストと鋳型との間の接合は、変形プロセス後に容易に取り外されることを保証するように制御される。
既存のＮＩＬに係る問題は、レジスト上にインプリントを行うのに高分解能の鋳型を製造する必要があることである。鋳型の分解能が上がるにつれて、ＮＩＬ法の使用に係るコストも増大する。その理由は、鋳型の製造は、ＮＩＬに含まれる資本コストの大部分をなすからである。
従って、基板表面上に高分解能のパターンをインプリントする方法を改善しながらも、上述の問題を回避又は少なくとも改善することが必要とされている。
ＮＩＬ法を用いることによって、基板表面上に高分解能のパターンをインプリントする方法を改善すると同時に、テンプレート作製のコストを最小限に抑制することもまた必要とされている。
第１態様によると、画定された表面パターンをポリマー構造の１次インプリント表面に押圧することで、該１次インプリント表面上に２次インプリントを形成する工程を有する、ポリマー構造上へのインプリント作製方法が供される。
一の実施例では、ナノサイズ又はミクロンサイズの画定された表面パターンを、ポリマー構造のナノサイズ又はミクロンサイズの１次インプリント表面に押圧することで、該ナノサイズ又はミクロンサイズの１次インプリント表面上にナノサイズ又はミクロンサイズの２次インプリントを形成する工程を有する、ポリマー構造上へのナノサイズ又はミクロンサイズのインプリント作製方法が供される。一の実施例では、２次インプリントはナノサイズの寸法を有する一方で、１次インプリントはミクロンサイズの寸法を有する。
一の実施例では、１次インプリント及び２次インプリントのうちの少なくとも１つは長手チャネルである。有利となるように、１次インプリントのチャネル幅は、前記プロセス工程後に、約２〜約１３倍にまで減少させて良い。一の実施例では、１次ポリマーインプリントは、同様なナノサイズのインプリントを有する鋳型を用いることなく、ナノサイズにすることができる。従って本明細書で開示されたプロセスを用いることによって、１次インプリントのチャネル幅を顕著に減少させることが可能となる。
第２態様によると、ポリマー構造上にインプリントを作製する方法が供される。当該方法は：
（ａ） 画定された表面パターンを有する鋳型を前記ポリマー構造の表面に押圧することで、該ポリマー構造の表面上に１次インプリントを形成する工程；及び、
（ｂ） 画定された表面パターンを有する鋳型を前記のポリマー構造の１次インプリントの表面に押圧することで、該１次インプリントの表面上に２次インプリントを形成する工程；
を有する。
一の実施例では、ポリマー構造上にナノサイズのインプリントを作製する方法が供される。当該方法は：
（ａ） 画定されたミクロンサイズのチャネルパターンを有する鋳型を前記ポリマー構造の表面に押圧することで、該ポリマー構造の表面上にミクロンサイズの１次チャネルを形成する工程；及び、
（ｂ） 画定された表面パターンを有する鋳型を前記のポリマー構造のミクロンサイズの１次チャネルの表面に押圧することで、該ミクロンサイズの１次チャネルの表面上にナノサイズの２次チャネルを形成する工程；
を有する。前記チャネルの幅はナノサイズ範囲にまで減少する。
第３態様によると、インプリントされたポリマー構造が供される。当該インプリントされたポリマー構造は、画定された表面パターンを有する鋳型をポリマー構造の１次インプリント表面に押圧することで、該１次インプリント表面上に２次インプリントを形成する工程を有する方法によって作製される。
一の実施例では、ナノサイズ又はミクロンサイズのインプリントされたポリマー構造が供される。当該ナノサイズ又はミクロンサイズのインプリントされたポリマー構造は、画定された表面パターンを有する鋳型を、ナノサイズ又はミクロンサイズのポリマー構造の１次インプリント表面に押圧することで、該１次インプリント表面上にナノサイズ又はミクロンサイズの２次インプリントを形成する工程を有する方法によって作製される。
第４態様によると、上述のインプリントされたポリマー構造のナノエレクトロニクスへの利用が供される。
ポリマー構造上の１次及び２次インプリントを作製する開示されたプロセスを概略的に表している。 開示された方法を用いて作製されたポリマー構造の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を図示している。 チャネル幅減少の傾向を２次鋳型パターンの関数として表したグラフを図示している。 開示された方法を用いて作製されたポリマー構造の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を図示している。
本明細書において用いられる以下の語は以下のような意味を有するものとする。
「ナノサイズ」という語は、約１ｎｍ〜約１μｍ未満のナノサイズ範囲の厚さを有する構造を指称する。
「ミクロンサイズ」という語は、約１μｍ〜約１０μｍ未満のミクロンサイズ範囲の厚さを有する構造を指称する。
本明細書において用いられている「チャネル」という語は概して、ポリマー構造底部から延びている１対の突起間に設けられている空間領域を指称する。ここで各突起は長手軸に沿って延びる長さを有し、高さ及び幅は前記長手軸に対して垂直である。本明細書において用いられている「チャネル幅」という語は、ポリマー構造の長手軸に対して垂直なチャネルの幅を指称する。一般的にはポリマー上には複数のチャネルが存在する。
「フォトレジスト」という語は、半導体製造プロセスにおいて一般的に用いられている感光性材料を意味する。詳細には、フォトレジストとは、物理的特性の変化を示す材料を意味する。物理的特性の変化とはたとえば、特定の溶媒に対する溶解度変化、つまり照射によって誘起されるその材料の分子構造の瞬間的変化による可溶化又は不溶化である。
本明細書において用いられる「ポジ型のフォトレジスト」という語は、露光−典型的には紫外光の照射−によって、対応する現像液中で可溶化するポリマー材料を指称する。
本明細書において用いられる「ネガ型のフォトレジスト」という語は、露光−典型的には紫外光の照射−によって、対応する現像液中で不溶化するポリマー材料を指称する。
本明細書において用いられる「現像液」という語は一般的には、様々な種類のフォトレジストポリマー用の溶媒として用いられる−通常は塩基性である有機性又は水性の媒質を指称する。
本明細書において開示されている「鋳型」という語は一般的に、特定の製品の成形若しくは製造に用いられる鋳型構造又はマスター鋳型を指称する。
本明細書における「押圧する」という語は、一の物体を他の物体へ押しつけること、他の物体を一の物体へ押しつけること、又は一の物体と他の物体が互いに同時に接近することで圧縮力を与えることを指称する。たとえば「ＡをＢに押圧する」という語は、物体Ａを物体Ｂに押しつける場合だけではなく、物体Ｂを物体Ａに押しつける場合や、物体Ａと物体Ｂを互いに押しつけ合う場合も含む。
本明細書において用いられている「ポリマー」という語は、同一モノマー成分から得られる２種類以上の単位を有する分子を意味する。そのため「ポリマー」は、コポリマー、ターポリマー、多成分ポリマー、グラフトコポリマー、ブロックコポリマー等を生成する様々なモノマー成分から得られる分子を含む。
本明細書において用いられている「表面パターン」という語は一般的に、本明細書において開示されている任意の構造に係る外側表面を指称する。
本明細書において用いられている「スピンコーティング」という語、又は文法上の要請によりこの語尾が変化したものは一般的に、ポリマー溶液が表面上に分散されるプロセスであって、かつその表面を急速に回転させることで、その溶液に遠心力を及ぼすことでその溶液が広がり、かつそのプロセス中に脱溶媒和したポリマーの薄膜が形成されるプロセス、を指称する。
「実質的」という語は「完全に」という語を排除しない。たとえば、鋳型Ｂに対して「実質的に平行に」設けられた鋳型Ａは、鋳型Ｂの長手軸に対して完全に平行であっても良い。必要な場合、「実質的に」という語は本発明の定義から省略されても良い。
本明細書において用いられているように、組成の成分の濃度を表す際に用いられる「約」という語は、典型的には記載された値の±５％、より典型的には記載された値の±４％、より典型的には記載された値の±３％、より典型的には記載された値の±２％、さらにより典型的には記載された値の±１％で、さらにより典型的には記載された値の±０．５％であることを意味する。
本明細書全体を通じて、特定の実施例がある数値範囲を示した上で開示されている。数値範囲を示した記載は単に簡便を期すためのものに過ぎず、開示された範囲の技術的範囲を自由度のない状態で限定するものと解されてはならない。従って範囲の記載は、その範囲内に属する個別の数値のみならず、考えられ得るその範囲内の別な範囲をも具体的に開示しているものと解されるべきである。たとえば、１〜６の範囲の記載は、その範囲内に属する個別の数値−たとえば１、２、３、４、５、６−だけではなく、たとえば１〜３、１〜４、１〜５、２〜４、２〜６、３〜６等の１〜６の範囲に属する別な範囲をも具体的に開示していると解されるべきである。このことは、その範囲の広さに関係なく適用される。
ポリマー構造上にインプリントを作製する方法に係る典型的な非限定的実施例についてここで開示する。
一の実施例では、画定された表面パターンを有する鋳型を、ポリマー構造のナノサイズ又はミクロンサイズの１次インプリント表面に押圧することで、該ナノサイズ又はミクロンサイズの１次インプリント表面上にナノサイズ又はミクロンサイズの２次インプリントを形成する工程を有する、ポリマー構造上へのインプリント作製方法が供される。
他の実施例では、２次インプリントは前記１次インプリントよりも小さな寸法である。一の実施例では、１次インプリントはナノサイズ又はミクロンサイズであって良い。有利となるように、１次ポリマーのインプリントは、同様なナノサイズのインプリントを有する鋳型を用いることなく、ナノサイズにすることが可能である。これによりナノインプリントリソグラフィに含まれるコストが実効的に減少する。その理由は、インプリントされるポリマーと同様なナノサイズのインプリントを有する鋳型は概して高価だからである。
ポリマー構造の１次インプリントは、インプリントされたポリマー構造表面上にインプリントされた概ね長手方向に延びる複数のチャネルを有して良い。同様に２次インプリントも、１次ポリマー構造の表面上にインプリントされた概ね長手方向に延びる複数のチャネルを有して良い。
他の実施例では、ポリマー構造上にインプリントを作製する方法が供される。当該方法では、プロセス工程が前記１次インプリントのチャネル幅を減少させることができる。
一の実施例では、１次インプリントのチャネル幅を、約２〜約１３倍、約２〜約１０倍、約２〜約８倍、及び約２〜約８倍の範囲からなる群から選ばれる範囲で減少させることが可能である。
有利となるように、１次インプリントの減少したチャネル幅は、ナノ金属ライン又は細線を堆積するのに用いられて良い。
一の実施例では、前記１次インプリントのチャネル幅が前記プロセス工程によって減少した後、前記幅をミクロンサイズ範囲からナノサイズ範囲にまで減少することが可能である。一の実施例では、前記プロセス工程前に、前記１次インプリントのチャネル幅は、約２μｍよりも大きなサイズから、約１．５μｍよりも大きなサイズから、約１μｍよりも大きなサイズから、及び約０．５μｍよりも大きなサイズから、減少して良い。他の実施例では、前記プロセス工程後、前記１次インプリントのチャネル幅は、約８００ｎｍ未満のサイズ、約７５０ｎｍ未満のサイズ、約７００ｎｍ未満のサイズ、約６５０ｎｍ未満のサイズ、約５００ｎｍ未満のサイズ、約４５０ｎｍ未満のサイズ、約４００ｎｍ未満のサイズ、約３５０ｎｍ未満のサイズ、及び約１５０ｎｍ未満のサイズにまで減少させることが可能である。
特別な実施例では、前記プロセス工程後、前記１次インプリントのチャネル幅は、約１μｍよりも大きな範囲のサイズから約８００ｎｍ未満の範囲のサイズにまで減少して良い。より好適には、前記プロセス工程後、前記１次インプリントのチャネル幅は、約１μｍよりも大きな範囲のサイズから約５００ｎｍ未満の範囲のサイズにまで減少して良い。
一の実施例では、ポリマー構造はフォトレジストを有して良い。他の実施例では、フォトレジストは、ＳＵ−８、ジアゾナフトキノン−ノボラック樹脂（ＤＮＡ／ＮＲ）、ＢＦ４１０（東京応化工業）、及びこれらの組合せからなる群から選ばれて良い。
一の実施例では、本明細書に開示されているポリマーは熱可塑性ポリマーを有して良い。典型的な熱可塑性ポリマーには、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、アクリル、セルロイド、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＡＬ）、フルオロプラスチック、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアセタール（ＰＯＭ又はアセタール）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ又はアクリロニトリル）、ポリアミド−イミド（ＰＡＩ）、ポリアリルエーテルケトン（ＰＡＥＫ又はケトン）、ポリブタジエン（ＰＢＤ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、ポリヒドロキシアルカノアート（ＰＨＡ）、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエステル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンクロリナート（ＰＥＣ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリビニリデンクロライド（ＰＶＤＣ）、スペクトラロン、ポリメチルメタクリラート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリビニルアセテート（ＰＶＡ）、２軸配向ポリプロピレン（ＢＯＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリ（アミド）、ポリアクリル、ポリ（ブチレン）、ポリ（ペンタジエン）、ポリビニルクロライド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリイミド、セルロース、セルロースアセテート、エチレン−プロピレンコポリマー、エチレン−ブテン−プロピレンターポリマー、ポリオキサゾリン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリビニルピロリダン、及びこれらの混合物からなる群から選ばれたポリマーが含まれるが、これらに限定されるわけではない。
一の特別な実施例では、熱可塑性ポリマーはポリスチレン（ＰＳ）を有して良い。
一の実施例では、ポリマー構造上にインプリントを作製する方法が供される。当該方法では、プロセス工程が前記ポリマー構造のガラス転移温度未満の温度で実行されることで、前記１次インプリント上に２次インプリントが形成されて良い。他の実施例では、前記プロセス工程は、約２０℃〜約１００℃、約２０℃〜約８５℃、約２０℃〜約６５℃、約２０℃〜約４５℃、約３０℃〜約１００℃、約４５℃〜約１００℃、約６５℃〜約１００℃、及び約８５℃〜約１００℃の範囲からなる群から選ばれた範囲内の温度で実行されて良い。一の特別な実施例では、前記プロセス工程中での温度条件は約４０℃〜約６５℃である。
一の実施例では、ポリマー構造上にインプリントを作製する方法が供される。当該方法は、前記プロセス工程の前に、画定された表面パターンを有する鋳型を前記ポリマー構造の表面に押圧することによって、前記ポリマー構造の表面上に１次インプリントを形成する工程をさらに有する。
一の実施例では、ポリマー構造上に１次インプリントを形成するプロセス工程は、約５０℃〜約１８０℃、約５０℃〜約１５０℃、約５０℃〜約１００℃、約５０℃〜約８０℃、約１００℃〜約１８０℃、及び約１５０℃〜約１８０℃の範囲からなる群から選ばれる範囲内の温度で行われて良い。一の特別な実施例では、前記プロセス工程中での温度条件は約９０℃〜約１４０℃である。
一の実施例では、ポリマー構造上にインプリントを作製する方法が供される。当該方法では、前記プロセス工程中での圧力条件は、約２ＭＰａ〜約１０ＭＰａ、約２ＭＰａ〜約８ＭＰａ、及び約２ＭＰａ〜約５ＭＰａの範囲からなる群から選ばれる範囲内であって良い。一の特別な実施例では、前記プロセス工程中での圧力条件は約４ＭＰａ〜約６ＭＰａである。
一の実施例では、ポリマー構造上にインプリントを作製する方法が供される。当該方法では、前記プロセス工程中での時間条件は、約１分〜約１５分、約１分〜約１０分、約１分〜約５分、約５分〜約１５分、及び約１０分〜約１５分の範囲からなる群から選ばれる範囲内であって良い。一の特別な実施例では、前記プロセス工程中での時間条件は約５分〜約１０分である。
一の実施例では、ポリマー構造上にインプリントを作製する方法が供される。当該方法は、前記プロセス工程の後に、画定された表面パターンを有する他の鋳型を前記ポリマー構造の２次インプリント表面に押圧することによって、前記ポリマー構造の２次インプリント表面上に３次インプリントを形成する工程をさらに有する。
有利となるように、前記２次インプリント表面上に３次インプリントを形成する工程が実行される結果、前記２次インプリントのチャネル幅を減少させることが可能となる。従って３次のナノサイズインプリントは、３次のナノサイズインプリントと同様のサイズの鋳型を用いることなく作製することが可能である。
一の実施例では、１次インプリント及び２次インプリントは全体として長手チャネルであって良い。前記プロセス工程は、該プロセス工程中に鋳型を配向させる工程を有して良い。それにより、前記１次インプリント及び２次インプリントの長手軸は、約０°〜約９０°、約０°〜約８０°、約０°〜約６５°、約０°〜約４５°、約０°〜約２５°、約１０°〜約９０°、約２０°〜約９０°、約３５°〜約９０°、約４５°〜約９０°、約６０°〜約９０°、からなる群から選ばれる角度の範囲内で相互に位置合わせさせた角度に位置する。一の特別な実施例では、１次インプリントと２次インプリントの長手軸の位置合わせ角は約２５°〜約６０°である。
一の実施例では、鋳型は前記プロセス工程中に配向されて良い。それにより、前記１次インプリント及び２次インプリントの長手軸は、互いに実質的に平行となることができる。他の実施例では、鋳型は前記プロセス工程中に配向されて良い。それにより、前記１次インプリント及び２次インプリントの長手軸は、互いが４５°の角度をなした状態で位置合わせされて良い。さらに他の実施例では、鋳型は前記プロセス工程中に配向されて良い。それにより、前記１次インプリント及び２次インプリントの長手軸は、互いに実質的に垂直となることができる。
有利となるように、鋳型が配向することで、前記プロセス工程中に前記１次インプリントと２次インプリントの長手軸が、０°〜９０°の角度をなした状態で位置合わせされるときに、様々なチャネル幅を有する様々な種類のインプリントされたポリマー構造が作製されて良い。さらに、前記１次インプリントと２次インプリントの長手軸が、互いに実質的に垂直となるか、又は４５°の角度をなした状態で位置合わせされるとき、１次インプリントのチャネル幅は大きく減少する。さらに、前記１次インプリントと２次インプリントの長手軸が互いに実質的に垂直であるとき、前記チャネル幅はより大きく減少する。従って、減少したチャネル幅を有する１次インプリントは、ナノ金属ライン又は細線を堆積するのに有用である。
１次インプリントのチャネル幅の減少は、複数の因子−たとえば用いられるポリマーの種類やプロセス工程中に印加される圧力−の組合せに依存すると考えられる。たとえば様々な熱力学特性を有する様々な種類のポリマーが、プロセス工程中にチャネル幅のサイズに影響を及ぼすと考えられる。
１次インプリントを形成する鋳型及び／又は２次インプリントを形成する鋳型の画定された表面パターンは、前記鋳型から延在する複数の突起を有して良い。各突起は前記鋳型の長手軸に対して垂直な幅寸法を有する。一の実施例では、ポリマー構造上に１次インプリントを形成する鋳型の幅寸法は、約０．２５μｍ〜約１０μｍ、約０．２５μｍ〜約４μｍ、約０．２５μｍ〜約２μｍ、約０．５μｍ〜約１０μｍ、約１．５μｍ〜約１０μｍ、及び約４μｍ〜約１０μｍの範囲からなる群から選ばれる範囲内であって良い。一の特別な実施例では、１次インプリント用の鋳型の幅寸法は約０．２５μｍ〜約２μｍである。
一の実施例では、ポリマー構造上にインプリントを作製する方法が供される。当該方法は、前記プロセス工程の前に、基板上にポリマーをスピンコーティングしてポリマー構造を作製する工程をさらに有する。前記基板は前記ポリマーに対して化学的に不活性であって良い。一の実施例では、前記基板は、シリコン、ガラス、金属、金属酸化物、二酸化シリコン、シリコン窒化物、インジウムスズ酸化物、セラミックス、サファイア、ポリマー、及びこれらの混合物からなる群から選ばれて良い。
一の実施例では、ポリマー構造上にインプリントを作製する方法が供される。当該方法は、前記プロセス工程の後に、前記基板から残余層を除去する工程をさらに有する。一の実施例では、酸素プラズマが、前記基板から前記残余層を除去するために導入される。
有利となるように、適切なエッチング耐性を有するポリマーが用いられるとき、前記基板上にチャネル幅を複製するようにエッチングされる下地の基板は、ポリマーインプリントのチャネル幅によって、曝露されることが可能である。従ってインプリントされたポリマー構造は、ナノメーターサイズの部位を基板にエッチングするための乾式又は湿式エッチングマスクとして用いられて良い。
一の実施例では、ポリマー構造上にインプリントを作製する方法が供される。当該方法は：
（ａ） 画定された表面パターンを有する鋳型を前記ポリマー構造の表面に押圧することで、該ポリマー構造の表面上に１次インプリントを形成する工程；及び、
（ｂ） 画定された表面パターンを有する鋳型を前記のポリマー構造の１次インプリントの表面に押圧することで、該１次インプリントの表面上に２次インプリントを形成する工程；
を有する。
添付図面は開示された実施例を表し、かつ開示された実施例の原理を説明する役割を果たす。しかし図面は、例示目的でしかなく、本発明の限定を画定するものではないことに留意して欲しい。
図１を参照すると、ポリマー構造上に１次及び２次インプリントを形成する方法１０の概略的例示が開示されている。
工程１では、突起（１２Ａ，１２Ｂ）からなるインプリントされた表面パターンを有する第１シリコン（Ｓｉ）の鋳型Ａが、平坦なポリスチレンポリマー基板（ＰＳ）の表面上で直接的に位置合わせされている。ここで突起（１２Ａ，１２Ｂ）はＳｉ鋳型Ａの長さに沿って延在している。Ｓｉ鋳型Ａは、温度１４０℃において６ＭＰａで１０分間、ＰＳポリマー表面に向かって押圧されることで、１次インプリント表面に沿って設けられる溝ギャップ（１４Ａ，１４Ｂ）及び突起（１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ）からなる１次インプリントを形成する。
続いて１次インプリントが反応性イオンエッチングに曝露されることで、残余層（図示されていない）が除去される。
工程２では、複数の突起（１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ，１８Ｅ，１８Ｆ）で構成される画定された表面パターンを有するＳｉ鋳型Ｂが、ＰＳポリマーの１次インプリント表面上に直接設けられる。第２Ｓｉ鋳型Ｂは、該Ｓｉ鋳型Ｂの長手軸とＰＳポリマーの長手軸が、互いに０°の位置合わせ角をなす−つまり平行となる−ように、配向する。
Ｓｉ鋳型Ｂは、６５℃の温度において６ＭＰａで１０分間、１次インプリントの表面に向かって押圧されることで、前記１次インプリントの表面上に複数の溝ギャップ（２０Ａ，２０Ｂ， ２０Ｃ，２０Ｄ， ２０Ｅ，２０Ｆ）からなる２次インプリントを形成する。工程１における溝ギャップ（１４Ａ，１４Ｂ）の幅の顕著な減少、及び工程２における溝ギャップ（１４Ａ’，１４Ｂ’）の幅の顕著な減少を明確に観測することができる。
本発明の非限定的な例について、具体例を参照しながらかなり詳細に説明する。これは、如何なる意味においても本発明の技術的範囲を限定するものと解されてはならない。
この例は、ネガ型のフォトレジスト（ＳＵ−８）及びポリスチレン（ＰＳ）を用いることによってＮＩＬでのパターンサイズの減少を実現する鋳型の準備及びインプリント方法を記載している。ここでネガ型のフォトレジスト（ＳＵ−８）は米国のミクロケム（Ｍｉｃｒｏ Ｃｈｅｍ）社から販売されていて、及びポリスチレン（ＰＳ）はシンガポールのシグマアルドリッチ（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ）社から販売されている。
［鋳型の処理］
１次インプリントのプロセスに用いられる鋳型はシリコン（Ｓｉ）で作られた。その鋳型は、ダイアモンドスクライバを用いることによって２ｃｍ×２ｃｍのサイズに切り分けられる。その切り分けられた鋳型は、アセトン中と、それに続いてイソプロパノール中で合計１０分間超音波洗浄された。鋳型はさらに、酸素プラズマ（８０Ｗ，２５０Ｔｏｒｒ）で１０分間処理された。酸素処理後、鋳型は、窒素グローブボックス中において３０分間、ペルフルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）の２０ｍＭ溶液でシラン化された。そのグローブボックス中での相対湿度は１０〜１５％に保持された。続いて鋳型は、ヘプタン及びイソプロパノールで洗浄された。その後鋳型は、如何なる残留溶媒をも除去するため、オーブン中において９５℃で１時間ソフトベークされた。
インプリントを行う前、用いられる全ての鋳型は、アセトンとイソプロパノールによる超音波洗浄によって再度１０分間洗浄され、その後使用前に窒素で乾燥させた。
［膜の調製］
全レジスト（ＳＵ−８）膜は、十分に洗浄されたＳｉウエハ又はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のいずれかの上にレジストをスピンコーティングすることによって調製された。基板は、酸素プラズマ（８０Ｗ，２５０Ｔｏｒｒ）で１０分間処理された。ＳＵ−８ ２００２は、本来はシクロペンタノンで表されるもので、かつ供給者によって受け取られるものとして用いられてきた。用いられたコーティング条件は、２μｍの厚さを有するレジスト膜を与えるように定式化された。基板表面１ｃｍ２毎に約１ｍｌのレジストが用いられた。回転周期は３０秒で３０００ｒｐｍに設定された。レジストが基板に塗布された後、レジストがコーティングされた基板（試料）が、６５℃で５分間ソフトベークされ、続いて９５℃で５分間ソフトベークされることで、溶媒が蒸発して、レジスト膜の密度が増大した。試料はデジタルレベルのホットプレート上でベーキングされた。
ポリスチレン（ＰＳ）膜は、十分に洗浄したシリコンウエハ上で１２％のＰＳ溶液（４５ｋ）をスピンコーティングすることによって調製された。用いられるコーティング条件は、１．８μｍ〜２μｍの厚さを与えるように定式化された。基板表面１ｃｍ２毎に約１ｍｌの１２％ＰＳが用いられた。用いられた回転周期は、ＰＳ試料上で最小の残留層を得るように、３０秒で５００ｒｐｍに設定された。スピンコーティング後、溶媒を揮発させるため、試料は６５℃で５分間ソフトベークされた。試料はデジタルレベルのホットプレート上でベーキングされた。
［インプリント条件］
インプリントはオブデュキャット（Ｏｂｄｕｃａｔ）社のインプリント装置で実行された。鋳型が試料上部に設けられ、かつそのインプリント装置へ搬入された。レジストは、９０℃において６０ｂａｒ（絶対値）で６００秒間インプリント処理された。他方ＰＳは、１４０℃において４０ｂａｒ（絶対値）で６００秒間インプリント処理された。１次インプリントがデューティサイクル１：１で２μｍの格子状鋳型によって実行された。用いられる２次鋳型は２５０ｎｍの格子状鋳型で、デューティサイクルは１：１である。
１次インプリントの初期工程の完了後、２次インプリントが実行される前に、酸素プラズマ（トライオン（ＴＲＩＯＮ）社製ＲＩＥ）が、残余層（熱力学的に変形したレジスト／ＰＳ領域）をエッチングによって除去するのに用いられた。
従って、１次インプリントの残余層を最小限に抑制して、初期の１次レジスト構造のオーバーエッチングを回避することが重要である。さらに残余層を除去する工程は、１次ポリマーの突起を横方向に移動させることを可能にする。それにより、２次インプリントプロセス中に、１次ポリマーのチャネル幅を実効的に減少させることができる。
１０秒の最適エッチング時間が、残余層をエッチングにより除去するのに用いられた。残余層の厚さに関する一連のエッチング処理が表１に示されている。
Figure 0005395789
表１：回転条件、対応する残余層の厚さ、及び必要なエッチング時間を介したＰＳ中での残余層の最適化が示されている。

表１では、回転速度が減少するにつれてエッチング時間が増大することが示されている。
１次インプリント及び残余層エッチング後、２次インプリントプロセスが、レジストについては、４０℃の低温（ガラス転移温度未満）において６０ｂａｒで６００秒間行われ、かつＰＳについては６５℃において４０ｂａｒで６００秒間行われた。
レジスト試料については、残余層の除去後、試料はインプリント装置内で１０秒間ＵＶ光に曝露され、そのレジスト構造内部で架橋が生じる。続いて試料は対流式オーブン内において１８０℃で２．５時間ベーキングされた。試料を徐々に冷却できるように、温度をゆっくりと下げた。これは、試料中に熱応力が発生するのを防ぐためである。続いて試料から鋳型が外され、基板から鋳型を分離した。ＰＳ試料は、如何なる曝露又はポストベーキング処理も必要とせず、基板から鋳型を分離するように単純に鋳型を外すだけである。
本実施例で用いられた試料は、実施例１に記載された手法と同様の手法を用いて調製された。インプリント手法も実施例１に記載された手法と同様である。本実施例はさらに、フォトレジスト（ＳＵ−８）コーティング上でのパターン分解能を向上させるために２次インプリントを使用することについて示している。
図２（ａ）は、格子状鋳型による１次インプリント後の１次レジスト構造のＳＥＭ像−倍率は５０００倍−を示している。図示されているように、２μｍの溝ギャップ幅を有する格子状パターンが、シリコン基板上に堆積されたネガ型のフォトレジスト（ＳＵ−８）上にインプリントされた。２μｍの溝ギャップ幅は、用いられた格子状鋳型の分解能のパターンと一致した。１次レジスト構造は４μｍのピッチを有する。
図２（ｂ）は、図２（ａ）から得られた１次インプリント表面上に２５０ｎｍの格子状鋳型（２次鋳型）がさらにインプリントされたときに得られた２次格子状パターンを表すＳＥＭ像−倍率は１３０００倍−を示している。２次鋳型のチャネルの長手軸は、１次インプリントのチャネルの長手軸に対してほとんど平行となるように位置合わせされた。その結果、１次レジスト構造に沿って平行な溝が形成される。１次インプリントにおいて、溝ギャップ幅が、２μｍから５５０ｎｍにまで減少しているのを明瞭に観測することができる（３．６倍の減少）。
図２（ｃ）は、図２（ａ）から得られた１次インプリント表面上に２５０ｎｍの格子状鋳型（２次鋳型）がさらにインプリントされたときに得られた２次格子状パターンを表すＳＥＭ像−倍率は５０００倍である−を示している。２次鋳型のチャネルの長手軸は、１次インプリントの長手軸に対して垂直に設けられた。１次インプリントにおいて、溝ギャップ幅が、２μｍから３００ｎｍにまで減少したことを明瞭に観測することができる。
図２（ｄ）は、図２（ａ）から得られた１次インプリント表面上に２５０ｎｍの格子状鋳型（２次鋳型）がさらにインプリントされたときに得られた２次格子状パターンを表すＳＥＭ像−倍率は６０００倍である−を示している。２次鋳型は、１次インプリントの長手軸に対して４５°の角度をなすように設けられた。１次インプリントにおいて、溝幅のギャップが、２μｍから２８１ｎｍにまで減少しているのを明瞭に観測することができる。
Figure 0005395789
表２：レジストポリマー層用のナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）によって作製された溝幅の減少をまとめた表

表２は、様々な位置合わせでの１次及び２次鋳型インプリントの組合せによって得られたレジストの１次構造についての溝幅の減少をまとめた表を与えている。２５０ｎｍの２次インプリント鋳型が、１次インプリントの長手軸に対して４５°又は９０°の角度をなした状態でインプリントされるときに、１次インプリントの溝幅の顕著な減少を明瞭に観測することができる。
図３では、用いられる２次鋳型のインプリントの寸法が大きくなればなるほど、１次インプリントのチャネル幅の減少が大きくなることが観測できる。
本実施例で用いられた試料は、実施例１に記載された手法と同様の手法を用いて調製された。インプリント手法は実施例１に記載された手法と同様であった。本実施例はさらに、ＰＳ１次構造上でのパターン分解能を減少させるために２次インプリントを使用することについて表している。
図４は、開示された方法によって作製されたＰＳ構造の一連のＳＥＭ像を図示している。当該方法においては、１次構造の溝幅の減少に対する２次鋳型のパターン部位の効果が検討されている。
図４（ａ）は、２μｍの格子状１次鋳型によるインプリントによって得られた格子状パターンを表すＳＥＭ像−倍率は３５００倍である−を図示している。１次ＰＳ構造について２μｍの溝幅ギャップが観測された。２μｍの溝ギャップ幅は、用いられた格子状の１次鋳型の分解能のパターンと一致した。
図４（ｂ）は、２μｍの１次鋳型によるインプリントに続いて、該１次鋳型と９０°の角度をなして設けられた５００ｎｍの２次鋳型によるインプリントによって得られた格子状パターンを表すＳＥＭ像−倍率は５５００倍である−を図示している。１次インプリントにおいて、溝幅ギャップが２μｍから４０９ｎｍに減少しているのを明瞭に観測することができる。
図４（ｃ）は、２μｍの１次鋳型によるインプリントに続いて、該１次鋳型と９０°の角度をなして設けられた１５０ｎｍの２次鋳型によるインプリントによって得られた格子状パターンを表すＳＥＭ像−倍率は７５００倍である−を図示している。１次インプリントにおいて、溝幅ギャップが２μｍから１５０ｎｍに減少しているのを明瞭に観測することができる。
図４（ｄ）は、２μｍの１次鋳型によるインプリントに続いて、該１次鋳型と９０°の角度をなして設けられた２μｍの２次鋳型によるインプリントによって得られた格子状パターンを表すＳＥＭ像−倍率は２３００倍である−を図示している。溝幅ギャップが２μｍから１．７μｍに減少しているのを観測することができる。
Figure 0005395789
表３：ＰＳポリマー層用のナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）によって作製されたギャップの減少をまとめた表

表３は、様々な位置合わせでの一連の１次及び２次鋳型のインプリントによって得られたＰＳの１次構造についての溝幅の減少をまとめた表を与える。ＰＳの１次構造については、９０°をなすように位置合わせされた２５０ｎｍの格子を有する２次インプリント鋳型が、１次のＰＳ構造の溝幅を減少させるのに最も有効であることが分かる。また２次鋳型の分解能が１次鋳型の分解能と同一であるときには、最小サイズの減少は非常に小さいことも分かった。
本明細書において開示されている方法は、ＮＩＬを用いてナノパターンを得るための、より安価な代替手法を与える。その理由は、ナノメーターの表面パターンを実現するのに、ナノメータースケールのパターンを有する鋳型を必要としないためである。つまり、ポリマー構造の１次インプリント表面へ向かって画定された表面パターンを有する鋳型を押圧することによって、１次インプリントの寸法が減少する。たとえば、１次インプリントがチャネルの形態をとっている場合には、そのチャネル幅は、ミクロンサイズ範囲からナノサイズ範囲にまで減少することが可能である。
有利となるように、１次インプリントのチャネル幅は、約２倍〜約１３倍の範囲にまで減少することが可能である。従ってナノサイズのポリマーインプリントは、ナノサイズポリマーインプリントと同様のサイズのインプリントを有する鋳型を用いることなく実現可能である。従って本明細書に開示された方法を用いることによって、１次インプリントのチャネル幅を顕著に減少させることが可能となる。さらに１次インプリントの長手軸と２次インプリントの長手軸が互いに、実質的に垂直である場合、又は４５°の角度をなす場合には、１次インプリントのチャネル幅は顕著に減少する。
従って本明細書に開示された方法は、ナノ電極として利用される金属ライン及び細線を堆積するのに用いることの可能な高分解能パターンを有するテンプレートの作製が可能である。有利となるように、インプリントされたポリマー構造は、エッチングによってナノメートルサイズの部位を基板に作製するための乾式又は湿式のシャドーマスクとして用いることができる。
本発明の他の様々な修正型及び変化型は、前述の開示内容を読んだ後であれば、当業者にとっては、本発明の技術的範囲及び技術的思想から逸脱することなく明らかである。そのような修正型及び変化型は全て「特許請求の範囲」の請求項の技術的範囲内に属するものと解される。

Claims (26)

  1. ポリマー構造上へのインプリント作製方法であって、
    当該方法は、画定された表面パターンをポリマー構造の１次インプリント表面に押圧することで、該１次インプリント表面上に２次インプリントを形成する押圧工程（ａ）を有し、
    前記押圧工程は前記１次インプリントの寸法を減少させ、かつ、
    前記１次インプリントは、熱力学的に変形した領域を含む残余領域を有しない、
    方法。
  2. 前記１次インプリントよりも小さな寸法を有する前記２次インプリントを供する工程を有する、請求項１に記載の方法。
  3. ナノサイズ又はミクロンサイズの寸法を有する前記１次インプリントを供する工程を有する、請求項２に記載の方法。
  4. 前記１次インプリントがミクロンサイズの寸法を有する一方でナノサイズの寸法を有する前記２次インプリントを供する工程を有する、請求項２に記載の方法。
  5. ナノサイズ範囲での前記２次インプリントを供する工程を有する、請求項４に記載の方法。
  6. 長手チャネルの形態をとる前記１次インプリント及び２次インプリントのうちの少なくとも１つを供する工程を有する、請求項１に記載の方法。
  7. 前記１次インプリントの寸法が減少することで、前記の１次インプリントのチャネル幅が減少する、請求項６に記載の方法。
  8. 前記チャネル幅が２乃至１３倍の範囲で減少する、請求項７に記載の方法。
  9. 前記の１次インプリントのチャネル幅は、前記押圧工程によって減少した後に、ミクロサイズ範囲からナノサイズ範囲にまで減少する、請求項７に記載の方法。
  10. 前記の１次インプリントのチャネル幅は、前記押圧工程後、１μｍ未満のサイズ範囲から８００ｎｍ未満のサイズ範囲にまで減少する、請求項９に記載の方法。
  11. 前記ポリマー構造がフォトレジストを有する、請求項１に記載の方法。
  12. 前記フォトレジストがＳＵ−８を有する、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記ポリマー構造が熱可塑性ポリマーを有する、請求項１に記載の方法。
  14. 前記熱可塑性ポリマーがポリスチレン（ＰＳ）を有する、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記押圧工程（ａ）が前記ポリマー構造のガラス転移温度未満の温度で実行される、請求項１に記載の方法。
  16. 前記押圧工程（ａ）の前に、前記ポリマー構造の表面へ向かって画定された表面パターンを有する鋳型を押圧することによって、前記ポリマー構造上に前記１次インプリントを形成する押圧工程（ｂ１）、及び、前記ポリマー構造から熱力学的に変形した領域を含む前記残余領域を除去する除去工程（ｂ２）をさらに有する、請求項１に記載の方法。
  17. 前記押圧工程（ａ）及び（ｂ１）のうちの少なくとも１つが、
    （ｉ）４０℃乃至１４０℃の範囲の温度条件、
    （ｉｉ）４ＭＰａ乃至６ＭＰａの範囲の圧力条件、及び
    （ｉｉｉ）５分間乃至１０分間の範囲の期間条件、
    のうちの少なくとも１つの条件下で実行される、
    請求項１６に記載の方法。
  18. 前記１次及び２次インプリントが長手チャネルの形態であって、かつ
    前記押圧工程（ａ）は、前記１次インプリントの長手軸と前記２次インプリントの長手軸が互いに０°乃至９０°の位置合わせ角をなすように、前記鋳型を配向させる工程を有する、
    請求項１に記載の方法。
  19. 前記の１次インプリントの長手軸と２次インプリントの長手軸の間の位置合わせ角が２５°乃至６０°である、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記押圧工程（ａ）の前に、基板上にポリマーをスピンコーティングさせることによって前記ポリマー構造を形成する工程をさらに有する、請求項１に記載の方法。
  21. 前記基板が前記ポリマーに対して化学的に不活性である、請求項２０に記載の方法。
  22. 前記基板が、シリコン、ガラス、金属、金属酸化物、二酸化シリコン、シリコン窒化物、インジウムスズ酸化物、セラミックス、サファイア、ポリマー、及びこれらの混合物からなる群から選ばれる、請求項２１に記載の方法。
  23. ポリマー構造上にインプリントを作製する方法であって、
    当該方法は、
    （ａ）前記ポリマー構造の表面へ向かって画定された表面パターンを押圧することによって前記ポリマー構造上に１次インプリントを作製する工程；

    （ｂ）前記ポリマー構造から熱力学的に変形した領域を含む前記残余領域を除去する除去工程；及び
    （ｃ）前記のポリマー構造の１次インプリントの表面へ向かって画定された表面パターンを押圧することによって前記１次インプリントの表面上に２次インプリントを作製する工程；
    を有し、かつ
    前記押圧工程（ｃ）が前記１次インプリントの寸法を減少させる、
    方法。
  24. ポリマー構造の１次インプリントの表面へ向かって画定された表面パターンを押圧することによって前記１次インプリントの表面上に２次インプリントを作製する工程であって、前記押圧工程が前記１次インプリントの寸法を減少させ、かつ、前記１次インプリントは、熱力学的に変形した領域を含む残余領域を有しない、工程を有する方法で作製された、インプリントされたポリマー構造。
  25. ポリマー構造のナノサイズ又はミクロンサイズの１次インプリントの表面へ向かって画定された表面パターンを押圧することによって、前記ナノサイズ又はミクロンサイズの１次インプリントの表面上に、ナノサイズ又はミクロンサイズの２次インプリントを作製する工程であって、前記押圧工程が前記１次インプリントの寸法を減少させ、かつ、前記１次インプリントは、熱力学的に変形した領域を含む残余領域を有しない、工程を有する方法で作製された、ナノサイズ又はミクロンサイズのインプリントされたポリマー構造。
  26. 請求項２４又は２５に記載のインプリントされたポリマー構造のナノエレクトロニクスへの利用。
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