JP7095898B2 - 微細加工プロセスのための液体マスク - Google Patents
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Description
本発明は、エネルギー省によって授与されたDE-SC0000989および空軍科学研究局によって授与されたFA9550-16-1-0150の下、政府の支援によって行われた。政府は、本発明における特定の権利を有する。
ビームペンリソグラフィー(BPL)は、柔軟なパターン設計、簡便で選択的なペン先端部の対処性、および低い製作費用をもって、大きな領域にわたってサブミクロンの特徴のパターン形成を可能にすることができる。 既に形成されたパターン(すなわち、フォトマスク)しか複製することができない従来のフォトリソグラフィーまたは接触印刷と比較して、BPLは、基板にわたる先端部アレイ10の動作を制御することによって、および/または先端部アレイ10内のペン先端部14のうちの1つ以上を選択的に照射することによって、異なるパターンを作製する柔軟性を提供することができる。したがって、例えば、複数の「ドット」を製作して、任意の特徴を達成することができる。このアプローチは、従来のフォトリソグラフィーにおけるフォトマスク製作に対する必要性およびそれに関連する費用を回避し、スループットが妨げられた逐次プロセスを介して新たなマスターを設計するハードルなく、多くの異なる種類の構造を任意に作製することを可能にする。
図1Bおよび2A~2Dを参照すると、BPL先端部アレイ10の一実施形態は、先端部基板層12(図1Bを参照されたい)と、先端部基板層12に固定された複数の先端部14(図1Bを参照されたい)とを含む。先端部基板層12および複数の先端部14は、透明なポリマーで形成される。先端部基板層12および先端部14は、同じポリマーで形成されても、異なるポリマーで形成されてもよい。先端部アレイ10は、先端部14の側壁上および隣接する先端部14間の先端部基板層12の一部分上にコーティングされたブロッキング層16を更に含む。図2Bおよび2Cを参照すると、透明なポリマーの先端部末端が開口部18を通して露出するように、開口部18は、先端部末端(例えば、先端部14の各々の感光層20が接触する末端)でブロッキング層16内に画定される。
先端部アレイの先端部分は、従来のフォトリソグラフィーおよび後続する湿式化学エッチングによって調製されるマスターによって作製することができる。 任意の所望される様式で配列された多くの先端部14を収容する鋳型が設計され得る。先端部アレイ10の先端部14は、任意の所望される数であり得、先端部14の企図される数には、約1000個の先端部14から約1500万個の先端部、またはそれ以上が含まれる。先端部アレイ10の先端部14の数は、約100万個超、約200万個超、約300万個超、約400万個超、500万個超の先端部14、600万個超、700万個超、800万個超、900万個超、1000万個超、1100万個超、1200万個超、1300万個超、1400万個超、または1500万個超の先端部であり得る。
BPLによってパターン形成する表面には、任意の好適な基板、および好ましくは放射線への露出によって有利な影響を受ける基板が含まれ得る。例えば、基板は、感光性であっても、感光層20を含んでもよい。例えば、感光性基板または感光層20は、レジスト層であってもよい。レジスト層は、任意の既知のレジスト材料、例えば、SHIPLEY1805(MicroChem Inc.)であり得る。他の好適なレジスト材料には、Shipley1813(MicroChem Inc.)、Shipley1830(MicroChem Inc.)、PHOTORESIST AZ1518(MicroChemicals,Germany)、PHOTORESIST AZ5214(MicroChemicals,Germany)、SU-8、およびそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。感光性材料の他の例には、液晶および金属が含まれるが、これらに限定されない。例えば、基板は、放射線への露出時に還元され得る金属塩を含んでもよい。本明細書に開示される方法における使用に好適な基板には、金属、合金、複合体、結晶性材料、無晶性材料、導体、半導体、光学素子、ファイバー、無機材料、ガラス、セラミック(例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属ケイ化物、およびそれらの組み合わせ)、ゼオライト、ポリマー、プラスチック、有機材料、鉱物、生体材料、生組織、骨、および積層体、ならびにそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。基板は、フィルム、薄フィルム、箔、およびそれらの組み合わせの形態であってもよい。基板は、結晶性シリコン、多結晶性シリコン、無晶性シリコン、p-ドープシリコン、n-ドープシリコン、酸化シリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ヒ化リン化ガリウム、酸化インジウムスズ、グラフェン、およびそれらの組み合わせのうちの1つ以上が含まれるが、これらに限定されない、半導体を含み得る。基板は、非ドープ石英ガラス(SiO2)、フッ素化石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ホウリンケイ酸(borophosphorosilicate)ガラス、有機ケイ酸ガラス、多孔性有機ケイ酸ガラス、およびそれらの組み合わせのうちの1つ以上が含まれるが、これらに限定されない、ガラスを含み得る。基板は、熱分解炭素、強化炭素複合材、炭素フェノール樹脂、およびそれらの組み合わせのうちの1つ以上が含まれるが、これらに限定されない、非平坦な基板であってもよい。基板は、炭化シリコン、水素化炭化シリコン、窒化シリコン、炭窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸炭化シリコン、高温用再使用型表面耐熱材、繊維質耐火性複合体耐熱タイル、強化ユニピース繊維質絶縁材耐熱材、低温用再使用型表面耐熱材、高度使用型表面耐熱材、およびそれらの組み合わせのうちの1つ以上が含まれるが、これらに限定されない、セラミックを含んでもよい。基板は、プラスチック、金属、それらの複合体、それらの積層体、それらの薄フィルム、それらの箔、およびそれらの組み合わせのうちの1つ以上が含まれるが、これらに限定されない、柔軟な材料を含んでもよい。
BPLは、任意の好適なプラットフォーム、例えば、ハロゲン光源を備えたPark AFMプラットフォーム(XEP,Park Systems Co.,Suwon,Korea)を使用して実行することができる。BPLAの別の例、約360nm~約450nmの範囲内の波長を有する光源を有するZeiss顕微鏡を使用してもよい。Zeiss顕微鏡使用時の先端部アレイ10の動作は、例えば、顕微鏡試料台によって制御することができる。
BPLのためのシステムは、経路と、その経路内に配設された本明細書に開示される先端部アレイに放射線を発するための照射源とを含み得、放射線が先端部の開口部が露出した先端部末端を通して発せられるように、放射線は先端部基板層の上に入射する。システムは、先端部アレイとの選択的な接触のために配設された基板台を更に含み得る。基板台は、例えば、ピエゾ台であり得る。先端部アレイは、本明細書に記載のパターン形成法を実行するために、任意で放射線源および/または基板台に動作可能に結合されてもよい。本装置はまた、放射線源と先端部アレイとの間の放射線経路内に配設された、アレイ内の個々の先端部14の選択的な照射のための1つ以上の空間光変調器も含み得る。例えば、システムは、入射放射線を選択的に反射するように、またはそれを先端部基板層および先端部(複数可)へと通過させるように、個々にかつ動的に制御可能な空間光変調器のアレイを含み得る。空間光変調器は、BPL先端部アレイ10に結合されてもよい。 例えば、空間光変調器は、先端部アレイ10の先端部基板層12上に配設されてもよい。
Claims (38)
- ビームペンリソグラフィー先端部アレイを作成する方法であって、
1)共通基板に固定された複数の先端部を備える先端部アレイを提供すること、ここにおいて、前記共通基板は支持体に固定され、前記複数の先端部および前記共通基板の各々は少なくとも半透明の材料を含み、各先端部は1μm未満の曲率半径を有し、前記先端部アレイは、ブロッキング層を含むコーティングされた表面を更に含み、前記コーティングされた表面は前記複数の先端部上に配設されており、
2)マスク材料を前記先端部アレイ上にキャスティングして前記先端部アレイ上にマスクを形成し、前記先端部アレイの各先端部の露出部分を提供すること、ここにおいて、前記マスク材料および前記ブロッキング層は、毛細管現象を介して相互作用して、前記先端部アレイ上に前記マスクを形成し、かつ各先端部の実質的に均一な露出部分を提供し、及び
3)各先端部の前記露出部分の前記ブロッキング層を除去することによって、各先端部の前記露出部分に開口部を形成すること、
を含む、方法。 - 前記共通基板の厚さが、50μm~100μmである、請求項1に記載の方法。
- 前記共通基板の厚さと、前記共通基板を基準とした前記先端部の高さとの合計寸法が、200μm未満である、請求項1または2に記載の方法。
- 前記ブロッキング層が、金属、金属酸化物、ポリマー、複合体、セラミック、またはそれらの組み合わせを含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ブロッキング層が、金属を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記金属が、金を含む、請求項5に記載の方法。
- 前記ブロッキング層が、金属上の自己組織化単分子層(SAM)を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記マスク材料が、油またはポリマーを含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記マスク材料が、熱可塑性物質を含む、請求項8に記載の方法。
- 前記熱可塑性物質が、ポリ(メタクリル酸メチル)(PMMA)またはポリプロピレン(PP)を含む、請求項9に記載の方法。
- 前記マスク材料が、液体であり、前記キャスティングすることが、前記液体を前記先端部アレイ上にスピンコーティングすることを含む、請求項1~10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記マスク材料が、固体であり、前記キャスティングすることが、前記先端部アレイへの適用前または適用中に前記固体を液体または半固体に融解させることを含む、請求項1~10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記マスク材料が、フルオロ油を含む、請求項1~12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記フルオロ油が、フッ素化ポリマーまたはフッ素化溶媒を含む、請求項13に記載の方法。
- 前記マスク材料を30℃超の温度まで加熱し、その後任意で、前記先端部アレイへの適用前に室温まで冷却することを更に含む、請求項1~14のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ブロッキング層が、SAM修飾金属を含み、前記マスク材料が、油を含み、任意で前記SAM修飾金属の金属が、Au、Ag、Pt、またはCuを含む、請求項1~15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ブロッキング層が、金を含み、前記マスク材料が、熱可塑性物質を含み、任意で前記熱可塑性物質が、PMMAを含む、請求項1~15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ブロッキング層が、金を含み、かつ表面上に全フッ素置換アルカンチオール自己組織化単分子層を有し、前記マスク層の材料が、全フッ素置換油を含む、請求項1~15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記キャスティングすることが、スピンコーティング、ドロップキャスティング、スプレーコーティング、またはフィルムコーティングすることを含む、請求項1~18のいずれか1項に記載の方法。
- 前記少なくとも半透明の材料が、ポリマーを含む、請求項1~19のいずれか1項に記載の方法。
- 前記少なくとも半透明の材料が、架橋ポリマーまたはポリマーゲルを含む、請求項20に記載の方法。
- 前記先端部の材料が、エラストマー性である、請求項1~21のいずれか1項に記載の方法。
- 前記先端部の材料が、可逆的に変形可能である、請求項1~22のいずれか1項に記載の方法。
- 前記先端部の材料が、実質的に透明である、請求項1~23のいずれか1項に記載の方法。
- 前記先端部の材料が、ポリジメチルシロキサン(PDMS)を含む、請求項1~24のいずれか1項に記載の方法。
- 前記PDMSが、トリメチルシロキシ末端ビニルメチルシロキサン-ジメチシロキサンコポリマー、メチルヒドロシロキサン-ジメチルシロキサンコポリマー、またはそれらの混合物を含む、請求項25に記載の方法。
- 前記開口部が、30nm~20μmの直径を有する、請求項1~26のいずれか1項に記載の方法。
- 前記複数の先端部が、1μm~1mmの先端部から先端部の離間をもって配設される、請求項1~27のいずれか1項に記載の方法。
- 各先端部が、0.2μm未満の曲率半径を有する、請求項1~28のいずれか1項に記載の方法。
- 前記共通基板および前記先端部が各々、約10MPa~約300MPaの圧縮弾性率を有するポリマーを含む、請求項1~29のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ブロッキング層の材料が除去されて、湿式エッチングによって前記開口部が形成される、請求項1~30のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ブロッキング層の材料が、金を含み、前記湿式エッチングが、金エッチング液と接触させることを含む、請求項31に記載の方法。
- 所望される開口部の直径が、エッチング液濃度、エッチング曝露時間、またはそれらの組み合わせの選択によって達成される請求項1~32のいずれか1項に記載の方法。
- 感光性基板上に印影をサブミクロンスケール印刷するための方法であって、
前記感光性基板を、請求項1~34のいずれか1項に記載の方法によって調製された先端部アレイの近くまたはそれに接触して配向することであって、前記感光性基板および前記先端部アレイが、互いから1μm以内にあることと、
前記先端部アレイの少なくとも1つの先端部を放射線源で照射して、放射線を前記先端部の開口部を通して透過させることと、
前記感光性基板の一部分を前記透過した放射線に露出させて、前記印影を前記感光性基板の表面上に印刷することと、
を含む、方法。 - 前記印影が、実質的に均一である、請求項34に記載の方法。
- 前記印影が、1μm未満のサイズを有する、請求項34または35に記載の方法。
- 前記感光性基板が、基板層上に配設された感光層を含む、請求項34~36のいずれか1項に記載の方法。
- 前記感光性基板が、レジスト材料を含む、請求項34~37のいずれか1項に記載の方法。
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