基板上に機能材料のパターンを形成する方法
本発明は、機能材料のパターンを基板上に形成する方法を提供する。本方法は、隆起表面を備えたレリーフ構造を有し、弾性率が少なくとも１０メガパスカルであるエラストマースタンプを用いる。機能材料と液体との液体組成物をレリーフ構造に適用し、液体を除去して、隆起表面にフィルムを形成する。エラストマースタンプは、機能材料を隆起表面から基板に転写して、機能材料のパターンを基板上に形成する。本方法は、電子デバイスおよびコンポーネントのマイクロ回路の製造に好適である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に機能材料のパターンを形成する方法に関し、特に、本方法は、隆起表面を有するエラストマースタンプを用いて、コンポーネントおよびデバイスのマイクロ加工に用いる基板上にパターンを形成するものである。
【背景技術】
【０００２】
ほぼ全ての電子および光学デバイスにはパターン形成が必要である。マイクロ電子デバイスは、必要なパターンを形成するのに、フォトリソグラフィープロセスにより作製されてきた。この技術は、導体、絶縁体または半導体材料の薄膜を、基板上に堆積し、ネガまたはポジのフォトレジストを、材料の露出面にコートするものである。レジストに、所定のパターンで照射し、レジストの照射または非照射部分を表面から洗い流して、所定のパターンのレジストを表面に作製する。導電性金属材料のパターンを形成するには、所定のレジストパターンでカバーされていない金属材料をエッチングまたは除去する。次に、レジストパターンを除去して、金属材料のパターンを得る。しかしながら、フォトリソグラフィーは、複雑で、プラスチックエレクトロニクスの印刷では費用のかかり過ぎる多工程プロセスである。
【０００３】
接触印刷は、パターン化材料を形成するのに、柔軟性のある非リソグラフィー法である。接触印刷には、潜在的に、従来のフォトリソグラフィー技術を超える大きな利点がある。接触印刷は、電子部品アセンブリにおいて、プラスチックエレクトロニクス上に比較的高解像度のパターンを形成できるからである。マイクロ接触印刷には、基板表面に付与されるミクロン寸法のパターンを可能にする高解像度技術という特徴がある。マイクロ接触印刷はまた、フォトリソグラフィーシステムよりも経済的である。手順的にあまり複雑でなく、究極のところスピンコーティング機器も後続の現像工程も必要としないからである。さらに、マイクロ接触印刷は、オープンリール式電子部品アセンブリ操作に潜在的に適しており、フォトリソグラフィーおよびｅ−電子リソグラフィー（約数十ナノメートルの解像度が望ましい従来より用いられている技術）等の他の技術よりも高処理量の生産が可能となる。多数の画像を、オープンリール式アセンブリ操作において、マイクロ接触印刷を用いて、単一スタンプから印刷することができる。
【０００４】
接触印刷は、無線タグ（ＲＦＩＤ）、センサ、メモリおよびバックパネルディスプレイ等のマイクロ電子デバイスの製造におけるフォトリソグラフィーに代わる可能性がある。分子種を形成する自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）を、基板に転写するというマイクロ接触印刷の能力はまた、金属のパターン化無電解堆積にも用途が見出されている。ＳＡＭ印刷は、高解像度のパターンを作製することができるが、通常、金または銀の金属パターンを、チオールの化学により形成することに限られている。複数のバリエーションがあるものの、ＳＡＭ印刷においては、エラストマースタンプに与えられたポジのレリーフパターンが基板に着色される。典型的にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）でできたエラストマースタンプのレリーフパターンは、チオール材料により着色される。典型的に、チオール材料は、アルカンチオール材料である。基板は、金または銀の金属薄膜でブランケットコートされてから、金コートされた基板がスタンプと接触する。スタンプのレリーフパターンの金属膜との接触の際、所望のマイクロ回路パターンを有するチオール材料の単層が、金属膜に転写される。アルカンチオールは、自己組織化プロセスにより、金属に秩序ある単層を形成する。その結果、ＳＡＭは密集し、金属に良好に接合する。このように、ＳＡＭは、着色基板を、金属エッチング溶液に浸漬すると、エッチングレジストとして作用し、ＳＡＭ保護金属領域以外は全て、下にある基板からエッチングされる。ＳＡＭは、剥離されて、所望のパターンの金属が残る。
【０００５】
材料を基板、特に、発光素子に転写する方法は、Ｃｏｅ−Ｓｕｌｌｉｖａｎら、国際公開第２００６／０４７２１５号パンフレットに開示されている。この方法には、スタンプアプリケータの表面に材料を選択的に堆積し、スタンプアプリケータの表面を基板に接触することが含まれる。スタンプアプリケータは、テクスチャ付与、すなわち、凹凸パターンのある表面を有していても、特徴部なし、すなわち、凹凸を有していなくてもよい。材料は、ナノ材料インクであり、これは半導体ナノ結晶を含む。材料の基板への直接接触印刷だと、所望のマイクロ回路パターンを基板から形成しない過剰の材料をエッチングまたは除去するＳＡＭ印刷に関連する工程が排除される。スタンプアプリケータは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のエラストマー材料で作製することができる。
【０００６】
チオールの化学により印刷すると、２０ｎｍの特徴部が得られることが分かっているが、数少ない金属に限られており、オープンリール式プロセスには適合しない。対照的に、約５０ミクロン以下、特に、１〜５ミクロンの解像度を備えた機能材料のパターンを、機能材料の直接レリーフ印刷により形成するのは難しい。
【０００７】
従って、機能材料のパターンを基板上に形成する方法を提供することが望まれている。機能材料のパターンを、基板上に直接する形成する方法が望まれている。基板上に導体材料のパターンを直接形成して、パターンを形成しない導体材料を除去するための中間エッチング工程を省くことが特に望ましい。かかる方法については、エラストマースタンプによるマイクロ接触印刷をしやすく、解像度５０ミクロン以下、特に、約１〜５ミクロンを再生できるのも望ましい。ただし、金属への印刷に限られない。かかる方法は、パターンの特徴部のない領域における機能材料の転写の問題を排除することも望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板上に機能材料のパターンを形成する方法を提供する。本方法は、隆起表面を備えたレリーフ構造を有し、弾性率が少なくとも１０メガパスカルであるエラストマースタンプを提供することを含む。機能材料と液体とを含む液体組成物を、スタンプのレリーフ構造に適用し、少なくとも隆起表面に機能材料のフィルムが十分に形成されるように、レリーフ構造の組成物から液体を除去する。機能材料は、隆起表面から転写されて、基板上にパターンを形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】マイクロ回路のパターンまたはその他機能電子経路を形成するレリーフ構造を有するマスターの立断面図である。
【図２】支持体とマスターとの間に、化学線に露光されたエラストマー材料の層を有する印刷フォーム前駆体の一実施形態の立断面図である。
【図３】マスターから分離された、印刷フォーム前駆体から形成されたスタンプの立断面図である。スタンプは、マスターのレリーフパターンに対応するレリーフ構造を有し、特に、スタンプのレリーフ構造は、マスターのレリーフと反対の、少なくとも隆起表面とリセス表面のパターンを含む。
【図４】機能材料をスタンプのレリーフ構造に適用する一実施形態としての、スピンコーターのプラットフォームにあるエラストマースタンプの立断面図である。
【図５】基板と接触するレリーフ構造の隆起表面に、機能材料層を有するエラストマースタンプの立断面図である。
【図６】基板から分離され、隆起表面の機能材料を基板に転写して、機能材料のパターンを形成するエラストマースタンプの立断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明について、同じ参照文字は、全ての図面において同じ要素を参照している。
【００１１】
本発明は、これらに限られるものではないが、電子、光学、センサおよび診断用途をはじめとする様々な用途において、デバイスおよびコンポーネントに用いるために、基板上に機能材料のパターンを形成する方法を提供する。本方法は、機能材料として、様々な活性材料および不活性材料のパターン形成に適用することができる。本方法は、マスキング材料としてチオール材料のエラストマースタンプによる適用に限定されない。本方法は、機能材料のパターンを、広い面積について、５０ミクロン未満のライン解像度で、様々な基板上に機能材料のパターンを直接形成できるため、特に、マイクロ回路を形成することができる。１〜５ミクロンの微細ライン解像度でも、本発明の方法により達成することができる。本方法は、機能材料を転写するために、レリーフ構造を有するエラストマースタンプで、スタンプのサギングなし、または大幅なサギングなしで、材料の基板への望ましくない転写をすることなく、容易に印刷を行うものである。本方法は、従来のマイクロ接触印刷に付随する画像信頼性および解像度を保持しながら、機能材料のライン間にきれいな、特徴部のない（開放された）バックグラウンドを与える。本発明の方法では、比較的広い面積にわたって、ミクロンの解像度で様々な機能材料を印刷することができる。本方法はまた、１つ以上の下にある層の機能を損なうことなく、連続したオーバーレイの印刷を可能にする。本方法は、特に、オープンリール式プロセス等の電子デバイスおよびコンポーネントの製造のための高速製造プロセスに適用できる。
【００１２】
スタンプは、基板のパターン化のために提供される。スタンプは、隆起表面を備えたレリーフ構造を含む。典型的に、レリーフ構造は、複数の隆起表面と複数のリセス表面とを含む。スタンプのレリーフ構造は、機能材料を基板上に印刷するための隆起表面のパターンを形成する。基板上の機能材料のパターンは、コンポーネントまたはデバイスに有効な機能を与える。エラストマースタンプのレリーフ構造の隆起表面は、本方法により基板上に最終的に形成される機能材料のパターンを表し、リセス表面は、基板上のバックグラウンドまたは特徴部のない領域を表す。本発明の方法は、少なくとも１０メガパスカル（Ｍｐａ）の弾性率を有するエラストマースタンプを用いる。これにより、５０ミクロン未満の解像度の基板上の様々な機能材料の特徴部を形成することができる。３０ミクロン未満、１〜５ミクロンと微細なライン解像度を形成することができる。機能材料が、例えば、半導体または誘電体材料である、ある実施形態において、５０ミクロン未満の解像度が可能である。この解像度は、電子デバイスおよびコンポーネントの要件に適合するものである。機能材料が、例えば、導電材料である、ある実施形態において、本方法は、１〜５ミクロンの特徴部を形成することができる。本発明の方法は、基板上に機能材料のパターンを直接印刷できるため、導電性パターンを形成するための標準マイクロ接触印刷に関連する中間エッチング工程が省かれる。ある実施形態において、本発明の方法は、スタンプサギング（すなわち、リセス部分の天井崩壊）から典型的に生じる、機能材料の、基板上のパターンのない領域への転写を最小にもする。本発明の方法は、スタンプの隆起表面およびリセス表面の相対的な寸法に関わらず、機能材料のパターン形成に適用することができる。
【００１３】
スタンプは、マイクロ接触印刷の業界の当業者であれば理解される従来のやり方で形成される。例えば、スタンプは、レリーフ形態を表す表面（スタンプレリーフ構造の反対）を有するマスター上で、材料の層を鋳造および硬化することにより製造される。スタンプは、化学線への露光、加熱またはこれらの組み合わせにより硬化される。スタンプは、このように、エラストマー材料の層を含む。これは、エラストマー層、硬化層または硬化エラストマー層と呼ばれる。スタンプはまた、例えば、レリーフ構造を生成するやり方で、剥離またはエングレイブによっても製造できる。スタンプのレリーフ構造において、隆起表面が基板と十分選択的に接触するよう、隆起表面はリセス表面から高さがある。リセス表面から隆起表面までの高さもまた、レリーフ深さと呼ばれる。一実施形態において、隆起表面は、リセス表面から約０．２〜２０ミクロンの高さを有している。他の実施形態において、隆起表面は、リセス表面から約０．２〜２ミクロンの高さを有している。スタンプを形成するエラストマー層は、レリーフ構造が、印刷のための層中に形成できるのであれば特に限定されない厚さを有している。一実施形態において、エラストマー層の厚さは、１〜５１ミクロンである。他の実施形態において、エラストマー層の厚さは、５〜２５ミクロンである。
【００１４】
エラストマー層により、少なくとも１０メガパスカル、好ましくは１０メガパスカルを超える弾性率のスタンプが得られる。弾性率は、応力の増分対歪みの増分の比率である。本発明の方法について、弾性率は、ヤング率であり、低い歪みで、応力と歪みの関係が直線で、材料が、応力および歪みから回復できるようなものである。弾性率はまた、弾力性係数、弾力性率または弾性係数とも呼ばれる。弾性率は、当業者に周知の機械的特性である。材料の弾性率およびその他機械的特性の説明およびその分析は、Ｍａｒｋｓ’Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｆｏｒ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，ｅｄｓ．Ａｖａｌｏｎｅ，Ｅ．およびＢａｕｍｅｉｓｔｅｒ ＩＩＩ，Ｔ．，第９版、５章、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ、１９８７年にある。エラストマースタンプの弾性率を求めるのに好適な方法は、ＯｌｉｖｅｒおよびＰｈａｒｒ、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．７，１５６４（１９９２年）に記載されている。この方法は、エラストマー薄層、例えば、厚さ５１ミクロン未満のスタンプを形成するエラストマー層の弾性率を求めるのに特に好適である。印刷スタンプの弾性率は、試料表面に対して法線で、既知の形状を有するインデンター先端を備えたインデンテーション試験機（インデンター）で測定することができる。インデンター先端を、プリセット値まで増大する負荷をかけることにより、試料に作用させる。試料の部分的または完全な弛緩が生じるまで、負荷を徐々に減じる。試料に、複数回のインデンテーションを行うことができる。荷重／非荷重および変位は、試験プロセス全体にわたって、連続的に記録されて、荷重変位曲線が生成され、これにより、弾性率その他といった機械的特性を求めることができる。各インデンテーションについての荷重／非荷重曲線の分析は、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．に元々紹介されたＯｌｉｖｅｒおよびＰｈａｒｒに記載された方法により行われる。
【００１５】
スタンプを形成する材料は、エラストマーで、これは、スタンプの少なくとも隆起部分を、基板の表面に適合させて、マスキング材料の完全な転写を促進するためのものである。少なくとも１０メガパスカルの弾性率によって、直接レリーフ印刷により、基板上に機能材料の微細な解像度のパターンを、スタンプは確実に再生することができる。少なくとも１０メガパスカルの弾性率を備えたスタンプは、機能材料の基板への直接印刷により、改善された解像度が可能となる。少なくとも１０メガパスカルの弾性率を有するスタンプのある実施形態において、スタンプが示すリセス領域におけるサギングは少ない。一実施形態において、エラストマースタンプは、少なくとも１１メガパスカルの弾性率を有する。一実施形態において、エラストマースタンプは、少なくとも１５メガパスカルの弾性率を有する。他の実施形態において、エラストマースタンプは、少なくとも２０メガパスカルの弾性率を有する。他の実施形態において、エラストマースタンプは、少なくとも４０メガパスカルの弾性率を有する。
【００１６】
スタンプは、機能材料のパターンを、基板にレリーフ印刷することにより再生することのできる任意の材料または材料の組み合わせから製造することができる。エラストマースタンプを形成するのに好適なポリマー材料としては、これらに限られるものではないが、例えば、フルオロポリマー、重合可能なフッ素化化合物、エポキシポリマー、共役ジオレフィンハイドロカーボンのポリマー、例えば、ポリイソプレン、１，２−ポリブタジエン、１，４−ポリブタジエンおよびブタジエン／アクリロニトリル、Ａ−Ｂ−Ａ型ブロックコポリマーのエラストマーブロックコポリマー（Ａは、非エラストマーブロック、好ましくはビニルポリマーおよび最も好ましくはポリスチレンを表し、Ｂはエラストマーブロック、好ましくはポリブタジエンまたはポリイソプレンを表す）ならびにアクリレートポリマーが挙げられる。Ａ−Ｂ−Ａブロックポリマーとしては、これらに限られるものではないが、ポリ（スチレン−ブタジエン−スチレン）およびポリ（スチレン−イソプレン−スチレン）が例示される。シリコーンポリマー、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が、少なくとも１０メガパスカルの弾性率を備えたスタンプを与えることのできる範囲であれば、シリコーンポリマーも好適な材料である。エラストマースタンプに用いる材料の選択は、ある程度、スタンプに／スタンプにより適用された機能材料および液体の組成に応じて異なる。例えば、エラストマースタンプ用に選択された材料は、組成物、特に、液体と接触しながら、膨潤に対して抵抗性がなければならない。フルオロポリマーは、典型的に、有機溶剤（機能材料について）に対して抵抗性がある。機能材料と共に用いるある溶剤、例えば、クロロホルムは、シリコーンベースのスタンプ、例えば、ＰＤＭＳを膨潤する傾向がある。スタンプの膨潤によって、基板上の微細解像度パターンを生成する能力が変わる。ポリマー材料は、エラストマーであっても、硬化によりエラストマーになるものであってもよい。ポリマー材料自体は、感光性であり、かつ／またはポリマー材料が、組成物を感光性とする１種以上の添加剤と共に組成物中に含まれていてもよい。
【００１７】
一実施形態において、レリーフ構造が、化学線に露光する際に形成できるようエラストマースタンプを形成する材料は感光性である。「感光性」という用語には、感光性組成物が、化学線に応答して、１つ以上の反応、特に、光化学反応を開始できる系が含まれる。化学線への露光の際、モノマーおよび／またはオリゴマーの連鎖重合は縮合機構か、フリーラジカル付加重合のいずれかにより誘導される。全ての光重合可能な機構が考えられるが、エラストマースタンプ材料として有用な感光性組成物は、１つ以上の末端エチレン化不飽和基を有するモノマーおよび／またはオリゴマーのフリーラジカル開始付加重合について説明する。これに関して、化学線に露出したときの光開始剤系は、モノマーおよび／またはオリゴマーの重合を開始するのに必要なフリーラジカルの源として作用し得る。
【００１８】
組成物は感光性である。組成物は、光開始付加重合によりポリマーを形成することのできる少なくとも１つのエチレン化不飽和基を有する化合物を含有するためである。感光性組成物はまた、化学線により活性化される開始系も含有していて、光重合を誘導してもよい。重合可能な化合物は、非末端エチレン化不飽和基を有している、かつ／または組成物は、架橋を促進するモノマー等の１つ以上のその他の化合物を含有していてもよい。このように、「光重合可能な」という用語は、光重合可能、光架橋可能またはその両方の系を包含するものである。本明細書で用いる、光重合はまた、硬化とも呼ばれる。エラストマースタンプを形成する感光性組成物は、１つ以上の成分および／または添加剤を含んでいてよく、これらに限られるものではないが、組成物を安定化またはその他強化する光開始剤、１つ以上のエチレン化不飽和化合物（モノマーと呼ばれる）、フィラ−、界面活性剤、熱重合防止剤、処理助剤、酸化防止剤、光増感剤等が挙げられる。
【００１９】
光開始剤は、化学線に感受性のある単一化合物または化合物の組み合わせとすることができ、過剰な停止反応なしで、重合を開始するフリーラジカルを生成する。公知の部類の光開始剤、特に、フリーラジカル開始剤、例えば、芳香族ケトン、キノン、ベンゾフェノン、ベンゾインエーテル、アリールケトン、過酸化物、ビイミダゾール、ベンジルジメチルケタ―ル、ヒドロキシルアルキルフェニルアセトフォン、ジアルコキシアセトフェノン、トリメチルベンゾイルホスフィンオキシド誘導体、アミノケトン、ベンゾイルシクロヘキサノール、メチルチオフェニルモルホリノケトン、モルホリノフェニルアミノケトン、アルファハロゲノアセトフェノン、オキシスルホニルケトン、スルホニルケトン、オキシフルホニルケトン、スルホニルケトン、ベンゾイルオキシムエステル、チオキサントロン、カンファーキノン、ケトクマリンおよびミヒラーズケトンを用いてよい。一実施形態において、光開始剤は、芳香族ケトン型の公知のフッ素を含まない光開始剤に基づくフッ素化光開始剤を含む。あるいは、光開始剤は、化合物の混合物であってもよく、そのうちの１つが、放射線により活性化される感光剤により、そのように行うと、フリーラジカルを与える。液体光開始剤は、組成物中で良好に分散するため、特に好適である。好ましくは、開始剤は、紫外線に感受性がある。光開始剤は、通常、感光性組成物の重量に基づいて、０．００１％〜１０．０％の量で存在する。
【００２０】
化学線により活性化される組成物中に用いることのできるモノマーは業界で周知であり、これらに限られるものではないが、付加重合エチレン化不飽和化合物が挙げられる。付加重合化合物はまた、オリゴマーであってもよく、オリゴマーの単体または混合物とすることができる。組成物は、単体モノマーまたはモノマーの組み合わせを含有することができる。付加重合可能なモノマー化合物は、組成物の重量の５％未満、好ましくは３％未満の量で存在し得る。
【００２１】
一実施形態において、エラストマースタンプは、化学線に露光する際に、重合するフッ素化化合物を含む感光性組成物で構成されていて、フッ素化エラストマーベースの材料を形成する。好適なエラストマーベースのフッ素化化合物としては、これらに限られるものではないが、重合反応により重合または架橋可能なパーフルオロポリエーテル、フルオロオレフィン、フッ素化熱可塑性エラストマー、フッ素化エポキシ樹脂、フッ素化モノマーおよびフッ素化オリゴマーが挙げられる。一実施形態において、フッ素化化合物は、反応して重合し、フッ素化エラストマー材料を形成する１つ以上の末端エチレン化不飽和基を有する。エラストマーベースのフッ素化化合物は、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリエステル、ポリシロキサン、ポリアミドおよび印刷フォーム前駆体および／またはその使用に好適なスタンプの所望の特性を達成するその他等でホモ重合または共重合することができる。化学線への露光は、フッ素化化合物を重合するのに十分なものであり、印刷スタンプとして用いられるようになり、高圧および／または室温より高い高温の印加は必要ない。化学線に露光することにより硬化するフッ素化化合物を含有する組成物の利点は、ＰＤＭＳベースの系等、熱硬化する組成物に比べると特に、組成物が比較的早く（例えば、１分以下で）硬化し、単純なプロセス過程であることである。
【００２２】
一実施形態において、エラストマースタンプは、フッ素化化合物が、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）化合物である感光性組成物の層を含む。パーフルオロポリエーテル化合物は、少なくとも大部分がパーフルオロエーテルセグメント、すなわち、パーフルオロポリエーテルを含む化合物である。ＰＦＰＥ化合物中に存在するパーフルオロエーテルセグメントの大部分は、ＰＦＰＥ化合物の総重量に基づいて、８０重量パーセント以上である。パーフルオロポリエーテル化合物はまた、フッ素化されていないハイドロカーボンまたはハイドロカーボンエーテルである、かつ／またはフッ素化されているが、過フッ素化されていないハイドロカーボンまたはハイドロカーボンエーテルである１つ以上の延長セグメントを含んでいてもよい。一実施形態において、パーフルオロポリエーテル化合物は、少なくとも大部分がパーフルオロポリエーテルセグメントおよび末端光反応性セグメント、任意で、フッ素化されていないハイドロカーボンの延長セグメントを含む。パーフルオロポリエーテル化合物は、１つ以上の末端エチレン化不飽和基により官能基が付与されて、化合物を、化学線に対して反応性とする（すなわち、光反応性セグメント）。光反応性セグメントはまた、光重合可能なセグメントとも呼ばれる。
【００２３】
パーフルオロポリエーテル化合物は、限定されないが、鎖状および分岐構造を含む。パーフルオロポリエーテル化合物の鎖状骨格構造が好ましい。ＰＦＰＥ化合物は、モノマーであってよいが、典型的には、室温でオリゴマーおよび液体である。パーフルオロポリエーテル化合物は、オリゴマーパーフルオロエーテルセグメントを有するオリゴマー二官能性モノマーと考えてもよい。パーフルオロポリエーテル化合物は、光化学的に重合して、スタンプのエラストマー層を与える。ＰＦＰＥベースの材料の利点は、ＰＦＰＥが高フッ素化されていて、有機溶剤、特に、マイクロ接触印刷技術に用いるのに望ましい塩化メチレン、クロロホルム、テトラヒドロフラン、トルエン、ヘキサンおよびアセトニトリル等による膨潤に抵抗性があることである。
【００２４】
任意で、エラストマースタンプは、可撓性フィルム、好ましくは可撓性ポリマーフィルムの支持体を含む。可撓性支持体は、スタンプのエラストマーレリーフ表面を、印刷可能な電子基板に、反りまたは歪みを生じさせることなく、適合または実質的に適合可能とする。支持体はまた、スタンプをマスターから剥離しながら、スタンプのエラストマー層と共に曲げることができるほど十分に可撓性でもある。支持体は、非反応性で、スタンプの製造および使用状況にわたって安定なままのフィルムを形成するポリマー材料とすることができる。好適なフィルム支持体としては、トリアセチルセルロース等のセルロースフィルムおよび、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリイミドおよびポリエステル等の熱可塑性材料が例示される。好ましいのは、ポリエチレン、例えば、ポリエチレンテレフタレートおよびポリエチレンナフタレートのフィルムである。同じく支持体に含まれるのは可撓性ガラスである。典型的に、支持体の厚さは、２〜５０ミル（０．００５１〜０．１３ｃｍ）である。典型的に、支持体はシートフィルムの形態であるが、この形態に限定されない。一実施形態において、支持体は、感光性組成物が重合する化学線に対して透明、または実質的に透明である。
【００２５】
任意で、エラストマースタンプは、機能材料適用前は、レリーフ表面に１つ以上の層を含んでいてよい。１つ以上の層は、例えば、機能材料の、スタンプから基板への転写を補助する。追加の層として用いるのに好適な材料の一例としては、フッ素化化合物が挙げられる。一実施形態において、追加の層は、機能材料の基板への転写後、エラストマースタンプと共に残る。
【００２６】
機能材料は、マイクロ加工によりパターン化されて、様々なコンポーネントおよびデバイスにおける操作を促進する材料である。機能材料は、活性材料または不活性材料とすることができる。活性材料としては、これらに限られるものではないが、電気的活性材料、光活性材料および生物学的活性材料が挙げられる。本明細書で用いる「電気的活性」、「光活性」および「生物学的活性」とは、電磁場、電位、太陽またはその他エネルギー放射線、生物刺激場またはこれらの組み合わせ等の刺激に応答して所定の活性を示す材料のことを指す。不活性材料としては、これらに限られるものではないが、絶縁材料、例えば、誘電体材料、平坦化材料、バリア材料および閉じ込め材料が挙げられる。一実施形態において、平坦化材料が、カラーフィルタにおいてピクセルのパターンの上部に印刷されて、全てのピクセルを同じ高さとする。一実施形態において、バリア材料は、パターンで印刷されて、バリアを形成して、カソード中の電荷によって、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）中、発光ポリマー層への電荷注入が促される。一実施形態において、閉じ込め材料は、パターンとして印刷されて、後に適用される液体の、閉じ込め材料のパターンにより画定される特定の領域に対する膨張を制限する。不活性材料についての機能材料は、上述した実施形態に用いるものだけに限定されない。活性材料および不活性材料は、有機または無機とすることができる。有機材料は、ポリマー材料または小分子材料とすることができる。
【００２７】
機能材料は、電子コンポーネントおよびデバイスのマイクロ製造に用いるためにパターン化された材料である。機能材料としては、これらに限られるものではないが、例えば、導体材料、半導体材料、および誘電体材料が挙げられる。機能材料として用いる導体材料としては、これらに限られるものではないが、酸化インジウム錫、銀、金、銅およびパラジウム等の金属、金属錯体、金属合金等が例示される。半導体材料としては、これらに限られるものではないが、例えば、シリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、酸化亜鉛およびセレン化亜鉛が例示される。
【００２８】
機能材料は、微粒子、ポリマー、分子等をはじめとする任意の形態とすることができる。典型的に、半導体材料および誘電体材料はポリマーであるが、この形態に限定されず、機能材料は、可溶半導体分子を含むことができる。
【００２９】
本方法に用いる機能材料はまた、導体、半導体および誘電体材料のナノ粒子を含んでいてもよい。ナノ粒子は、サイズがナノメートル（ｎｍ）で測定される微小粒子である。ナノ粒子は、２００ｎｍ未満の少なくとも１つの寸法を有する粒子を含む。一実施形態において、ナノ粒子の直径は、約３〜１００ｎｍである。サイズ範囲の下端では、ナノ粒子はクラスターと呼ばれる。ナノ粒子の形状は、限定されず、ナノスフェア、ナノロッドおよびナノカップが挙げられる。半導体材料でできたナノ粒子はまた、電子エネルギーレベルの量子化が生じるのに粒子が十分に小さい（典型的に、１０ｎｍ未満）場合には、量子ドットとも呼ばれる。半導体材料は、発光量子ドットを含む。バルク材料は、通常、そのサイズに関わらず一定した物理特性を有するが、ナノ粒子については、これは当てはまらないことが多い。半導体粒子における量子閉じ込め、金属粒子における表面プラズモン共鳴および磁気材料における超常磁性のように、サイズ依存特性が観察される。機能材料としては、これらに限られるものではないが、半固体ナノ粒子、例えば、リポソーム、軟性ナノ粒子、ナノ結晶、ハイブリッド構造、例えば、コア−シェルナノ粒子が挙げられる。機能材料としては、カーボンのナノ粒子、例えば、カーボンナノチューブ、導電性カーボンナノチューブおよび半導体カーボンナノチューブが挙げられる。金、銀および銅の金属ナノ粒子および分散液は、ＮａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓおよびＡＮＰより市販されている。
【００３０】
「光活性」という用語は、フォトルミネッセンス、エレクトロルミネッセンス、着色または感光性を示す材料のことを意味する。この用語には、特に、染料、光学漂白剤、フォトルミネッセンス材料、化学線に反応性の化合物および光開始剤が含まれる。一実施形態において、光活性材料には、化学線に応答して、反応、特に、光化学反応を開始できる材料または材料の組み合わせが含まれる。光活性材料は、それ自体が、化学線に反応性のある化合物を含む、かつ／または１種以上の化合物、例えば、組成物の化学線への反応性を与える、モノマーおよび光開始剤の組成物を含むことができる。機能材料の好適な光活性材料としては、感光性組成物およびエラストマースタンプに好適な材料として上述したようなものが挙げられる。一実施形態において、光活性材料は、エラストマースタンプについて上述したとおり、１種以上のフッ素化化合物、例えば、フルオロポリマー、フッ素化モノマーおよびフッ素化オリゴマーとすることができる。他の実施形態において、機能材料は、有機発光ポリマーである。
【００３１】
小分子材料と呼ばれる機能材料のさらなる例としては、これらに制限されないが、有機染料、半導体分子、蛍光発色団、りん光発色団、薬理活性化合物、生物学的活性化合物、触媒活性を有する化合物が挙げられ、単体または他の材料と様々に組み合わせて、電子、センサまたは診断用途に有用なパターン化されたデバイスの製造に好適である。
【００３２】
本発明において用いられるバイオ系材料とも呼ばれる生物学的活性材料としては、これらに限られるものではないが、様々な分子量のデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）が挙げられ、テンプレートまたは骨格として用いて、ＤＮＡを、明確な形状へと結合する他の材料、蛋白質、ポリ（オリゴ）ペプチドおよびポリ（オリゴ）サッカリドを配置することができる、単体または他の材料との様々な組み合わせが、電子、センサまたは診断用途のパターン化デバイスの製造に好適である。
【００３３】
機能材料は、典型的に、液体に、分散、溶解または懸濁されて、スタンプに適用するための組成物が形成される。機能材料に用いる液体は、限定されず、有機化合物および水性化合物を含むことができる。一実施形態において、液体は、アルコールベースの化合物である有機化合物である。液体は、他の物質（すなわち、機能材料）を溶解して、均一な混合物を形成することのできる物質である溶剤、または本発明の方法の工程を実施するのに十分、溶液中に材料を分散または懸濁できるキャリア化合物であってよい。溶剤またはキャリアのいずれにしろ、液体と機能材料は、適用中、スタンプの少なくとも隆起表面を湿潤できるものでなければならない。機能材料は、組成物の総重量に基づいて、０．１〜３０重量％で液体中に存在する。液体は、機能材料のための溶剤またはキャリアとして、１種または２種以上の化合物を含む。一実施形態において、液体は、機能材料のための１種の溶剤を含む。他の実施形態において、液体溶液は、機能材料のための１種のキャリア化合物を含む。他の実施形態において、液体は、機能材料のための２種の溶剤、すなわち、共溶剤混合物を含む。共溶剤混合物を用いる実施形態において、混合物中の成分は、次のガイドラインのうち１つ以上に従って選択する。（１）個々の溶剤成分の蒸発速度（すなわち、揮発度）が異なる。（２）特定の機能材料のための個々の溶剤成分の容媒和力が異なる。個々の溶剤成分の容媒和力および揮発度は、組成物中および／または液体除去中の勾配が形成されるよう十分に異なる。（３）個々の溶剤成分は、スタンプのレリーフ構造からの液体の除去中に生じる組成物範囲にわたって互いに混和する。（４）共溶剤混合物は、スタンプからの液体の除去中、スタンプの隆起表面を濡らし続ける。共溶剤混合物の一例としては、揮発性の低い貧溶剤と共に二成分溶剤溶液を形成する揮発性の高い非常に良好な溶剤（機能材料の）が挙げられる。二成分溶剤溶液が、スタンプの隆起表面から蒸発するにつれて、溶液組成が絶え間なく変化する（勾配）。溶液勾配は、液体の除去中の機能材料の特性変化を促して、スタンプ上にフィルムを形成することができる。かかる乾燥勾配の結果として、変化する特性としては、小芳香族分子の凝集体、例えば、半導体材料、およびＤＮＡや半導体ポリマー等の（バイオ）ポリマーの配座が挙げられる。乾燥勾配から得られる機能材料のフィルムは、物理、化学または生物学的に異なる特性を有し、基板の機能材料のプリ−またはポスト−転写の状態に影響する可能性がある。
【００３４】
機能材料および液体の組成物は、組成物をスタンプのレリーフ構造の少なくとも隆起表面に適用することにより、スタンプに提供される。機能材料および液体の組成物は、これらに限られるものではないが、注入、流し込み、液体鋳造、ジェッティング、浸漬、吹付け、蒸着およびコーティングをはじめとする任意の好適な方法により、スタンプに適用することができる。コーティングの好適な方法としては、スピンコーティング、ディップコーティング、スロットコーティング、ローラーコーティングおよびドクターブレーディングが例示される。一実施形態において、組成物がスタンプに適用されて、スタンプのレリーフ構造上に層を形成する。すなわち、組成物は、隆起表面とリセス表面に層を形成する。スタンプの組成物の層は、連続または不連続とすることができる。組成物の層の厚さは、特に限定されない。一実施形態において、組成物層の厚さは、典型的に、スタンプのレリーフ高さ（隆起表面とリセス表面との差）より少ない。
【００３５】
組成物は、スタンプのレリーフ構造の少なくとも隆起表面上に層を形成することができなければならない。スタンプのエラストマーモジュラスの要件を超えて、スタンプ材料の耐溶剤性等のエラストマースタンプの特定の他の特性、ならびに溶剤の沸点および機能材料の溶剤における溶解度等の機能材料の組成物の特定の特性は、特定の機能材料の能力に影響して、層を形成し、パターンとして基板に転写するものである。しかし、マイクロ接触印刷の当業者であれば、機能材料およびエラストマースタンプの適切な組み合わせを決めることができる。
【００３６】
一実施形態において、機能材料は、基板に適用するための溶剤の液体溶液中にある。他の実施形態において、機能材料は、基板に適用するための共溶剤混合物中にある。機能材料、特に、ナノ粒子の形態にあるときは、適用のためのキャリアシステム中に懸濁している。
【００３７】
機能材料および液体の組成物を、スタンプの少なくとも隆起表面に適用した後、組成物から液体の一部またはすべてを除去し、機能材料はスタンプ上に残す。レリーフ構造上の組成物からの液体は、十分に除去されて、機能材料のフィルムを、スタンプの少なくとも隆起表面に形成する。２種以上の化合物を、機能材料組成物のための液体として用いる場合には、２種以上の化合物の一部またはすべてを除去して、フィルムを形成する。除去は、ガスジェット、吸収材料によるブロット、室温または高温での蒸発等をはじめとする任意のやり方で行うことができる。一実施形態において、除去は、スタンプ上の機能材料の適用中、乾燥によりなされる。効率的な乾燥は、比較的低沸点の機能材料のための溶剤の選択により、かつ／または機能材料の組成物の非常に薄い層（すなわち、約１ミクロン未満）の適用により補助される。液体は、組成物層から十分に除去されて、レリーフ構造に従って、機能材料のパターンが基板に転写されるようにする。一実施形態において、スタンプ上の機能材料のフィルムの厚さは、０．００１〜２ミクロンである。他の実施形態において、スタンプ上の機能材料のフィルム層の厚さは、０．０１〜１ミクロンである。
【００３８】
一実施形態において、機能材料は、液体、すなわち、溶剤またはキャリアを実質的に含まず、レリーフ構造上にフィルムを形成する。他の実施形態において、液体は、組成物から実質的に除去されて、機能材料の乾燥したフィルムを、少なくとも隆起表面に形成し、乾燥したフィルムを、気化状態の化合物に露出して、基板への転写を促す。気化した化合物は限定されず、水蒸気または有機化合物蒸気が挙げられる。以下に限定されるものではないが、フィルムがやや可鍛性となって、機能材料を基板に接合する能力が増大する限りは、乾燥したフィルムを気化した化合物に露出すると、乾燥したフィルムが可塑化するものと考えられる。典型的に、気化した化合物の乾燥したフィルムへの影響は一時的で、その直後、または実質的にその直後に、フィルムが基板へ転写される。
【００３９】
レリーフ構造の隆起表面から基板までの機能材料の転写により、基板上の機能材料のパターンが作成される。転写はまた印刷とも呼ばれる。機能材料の基板の隆起表面との接触によって、機能材料が転写され、スタンプが基板から分離されると、機能材料のパターンが形成される。一実施形態において、隆起表面にある機能材料の全てまたは実質的に全てが基板に転写される。基板からのスタンプの分離は、これらに限られるものではないが、剥離、ガスジェット、液体ジェット、機械的デバイス等をはじめとする任意の好適な手段によりなされる。
【００４０】
任意で、圧力をスタンプに加えて、機能材料の基板との接触および基板への完全な転写を確実なものとする。機能材料を基板に転写するのに用いる好適な圧力は、５ポンド／ｃｍ2未満、好ましくは１ポンド／ｃｍ2未満、より好ましくは０．１〜０．９ポンド／ｃｍ2、最も好ましくは約０．５ポンド／ｃｍ2である。機能材料の基板への転写はいずれのやり方で行ってもよい。機能材料の転写は、スタンプのレリーフ表面を基板に動かす、または基板をスタンプのレリーフ表面に動かす、または基板とレリーフ表面の両方を接触させて動かすことによりなされる。一実施形態において、機能材料は、手動で転写される。他の実施形態において、機能材料の転写は、例えば、コンベヤーベルト、オープンリール式プロセス、直接駆動可動固定具またはパレット、チェーン、ベルトまたはギア駆動固定具またはパレット、摩擦ローラ、印刷プレスまたは回転式装置により、自動化される。機能材料の層の厚さは、特に限定されず、基板上の機能材料層の典型的な厚さは、１０〜１００００オングストロームである。
【００４１】
本発明の方法は、典型的に、室温、すなわち、１７〜３０℃（６３〜８６°Ｆ）の温度で行われるが、これに限定されない。熱が、エラストマースタンプ、機能材料、基板、基板上にパターンを形成する能力に悪影響を及ぼさない限りは、本発明の方法は、約１００℃までの高温で行われる。
【００４２】
機能材料のパターンが、上に形成できるのであれば、基板は、限定されないが、プラスチック、ポリマーフィルム、金属、シリコン、ガラス、ファブリック、紙およびこれらの組み合わせが挙げることができる。基板は不透明または透明とすることができる。基板は剛性または可撓性とすることができる。本発明の方法による機能材料のパターンが基板上に形成される前、基板はまた、他の材料の１つ以上の層および／または１つ以上のパターンを含んでいてもよい。基板の表面は、接着促進表面、例えば、プライマー層を含む、または処理して、接着層または機能材料の基板への接着を促すことができる。好適な基板としては、例えば、ポリマー、ガラスまたはセラミック基板上に金属フィルムのあるもの、ポリマー基板上に１枚または複数の導電性フィルム、その上に金属フィルムのあるもの、ポリマー基板上に半導体フィルム、その上に金属フィルムのあるものが挙げられる。好適な基板のさらなる例としては、例えば、ガラス、酸化インジウム錫コートガラス、酸化インジウム錫コートポリマーフィルム、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、シリコンおよび金属ホイルが例示される。基板は、パターンが転写される１つ以上の電荷注入層、電荷輸送層および半導体層を含むことができる。
【００４３】
任意で、基板上の機能材料のパターンは、加熱、紫外線および赤外線等の化学線源への露光等のさらなる処理工程を行ってもよい。機能材料が、ナノ粒子の形態である実施形態において、追加の処理工程は、機能材料を有効にする必要がある。例えば、機能材料が、金属ナノ粒子で構成されているときは、機能材料のパターンを加熱して、粒子を焼結し、パターンのラインを導電性にしてもよい。焼結は、ナノ粒子の形態等の金属粉末を、溶融せずに、加熱することにより、コヒーレント結合塊を形成する。導体材料を、約２２０℃未満、好ましくは約１４０℃未満の温度まで加熱すると、ナノ粒子導体材料が、連続機能フィルムへと焼結する。
【００４４】
本発明の方法は、これらに限られるものではないが、電子、光学、センサおよび診断用途をはじめとする様々な用途で、デバイスおよびコンポーネントに用いる基板上に機能材料のパターンを形成する方法を提供する。本方法を用いて、電子デバイスおよびコンポーネント、ならびに光学デバイスおよびコンポーネントに用いる活性材料または不活性材料のパターンを形成することができる。かかる電子および光学デバイスおよびコンポーネントとしては、無線タグ（ＲＦＩＤ）、センサ、メモリおよびバックパネルディスプレイが挙げられる。本方法を用いて、基板上に、導体材料、半導体材料、誘電体材料のパターンを形成することができる。本方法を用いて、センサまたは診断用途に用いる基板上に生物材料および薬理活性材料のパターンを形成することができる。本方法によれば、機能材料を、セルまたはピクセルのバリア壁を形成して、発光材料、カラーフィルタ着色材料を含むパターンへ、あるいは、溶液から供給されたソース材料とドレイン電極間のチャネル長を画定するパターンへと形成することができる。バリア壁のパターンはまた、閉じ込め層またはバリア層とも呼ばれる。本方法によれば、機能材料を、バリア壁を形成するパターンへと形成し、カラーフィルタピクセルとして用いるセルを作成することができる。カラーフィルタピクセルに、顔料着色剤、染料着色剤をはじめとするカラーフィルタ用の着色材料を充填することができる。本方法によれば、機能材料を、ソース材料およびドレイン材料等の他の材料が、チャネルに供給されるトップゲートデバイスのためのトランジスタチャネルへと形成することができる。本方法によれば、機能材料を、ソースおよびドレイン材料が、チャネルに供給されるボトムゲートデバイスのための基板の半導体層上のトランジスタチャネルへと形成することができる。他の材料を、インクジェットをはじめとする手段により、溶液として基板上のセルに供給することができる。
【００４５】
図１〜３は、鋳造操作において、スタンプ５をスタンプ前駆体１０から作製する方法の一実施形態を示す。図１に、マスター基板１５の表面１４に形成されたマイクロ電子特徴部のネガレリーフのパターン１３を有するマスター１２を示す。マスター基板１５は、平滑または実質的に平滑な金属、プラスチック、セラミックまたはガラスとすることができる。一実施形態において、マスター基板はガラスまたはシリコン面である。典型的に、マスター基板１５上のレリーフパターン１３は、当業者に周知の従来の方法により、フォトレジスト材料で形成される。プラスチック格子フィルムおよび石英格子フィルムはまたマスターとしても用いることができる。約ナノメートルの微細特徴部が望ましい場合には、マスターは、ｅ−ビーム放射線によりシリコンウェハ上に形成することができる。
【００４６】
マスター１２は、鋳型筺体に、かつ／またはその周囲に沿ってスペーサ（図示せず）と共に配置して、感光性組成物の均一な層の形成を補助してもよい。スタンプを形成するプロセスは、鋳型筺体またはスペーサを用いずに単純化することができる。
【００４７】
図２に示す一実施形態において、感光性組成物が導入されて、層２０を、レリーフパターン１３を有するマスター１２の表面に形成する。感光性組成物は、これらに限られるものではないが、注入、流し込み、液体鋳造およびコーティングをはじめとする任意の好適な方法により、マスター１２に導入することができる。一実施形態において、感光性組成物は、液体をマスターに注ぐことにより、層２０に形成される。感光性組成物２０の層をマスター１２に形成すると、化学線露光後に、硬化した組成物が、厚さ約５〜５０ミクロンの固体エラストマー層を形成する。示される実施形態において、支持体１６は、マスター１２の反対の感光性組成物層２０の側部に配置されて、接着層が、存在する場合には、感光性組成物の層に近接して、スタンプ前駆体１０が形成される。支持体１６は、スタンプ前駆体１０を得るのに好適な任意のやり方で組成物層に適用することができる。図示した実施形態においては紫外線である化学線露光の際、スタンプ前駆体１０の透明支持体１６を通して、感光性層２０が重合して、スタンプ５のための組成物のエラストマー層２４を形成する。感光性組成物２０の層は、化学線露光により硬化または重合する。さらに、典型的に、露光を窒素雰囲気中で実施して、露光中の、雰囲気酸素の存在、および重合反応に酸素が与える影響を排除または最小にする。
【００４８】
印刷フォーム前駆体を、紫外（ＵＶ）または可視光等の化学線に露光して、層２０を硬化することができる。化学線は、透明支持体１６を通して、感光性材料を露光する。露光した材料は、重合および／または架橋して、マスターのレリーフパターンに対応するレリーフ表面を備えた固体エラストマー層を有するスタンプまたはプレートとなる。一実施形態において、好適な露光エネルギーは、３６５ｎｍ Ｉ−ライナ露光ユニットで約１０〜２０ジュールである。
【００４９】
化学線源は、紫外、可視および赤外波長領域を含む。特定の化学線源の適合性は、感光性組成物の感光度、任意の開始剤および／またはスタンプ前駆体を調製するのに用いる少なくとも１つのモノマーにより決まる。スタンプ前駆体の好ましい感光度は、良好な室内光安定性を与えるよう、スペクトルのＵＶおよび短波長可視光領域にある。好適な可視およびＵＶ源としては、カーボンアーク、水銀蒸気アーク、蛍光ランプ、電子フラッシュユニット、電子ビームユニット、レーザおよび写真フラッドランプが例示される。ＵＶ放射線の最も好適な源は、水銀蒸気ランプ、特に、日光ランプである。これらの放射線源は、通常、３１０〜４００ｎｍの長波ＵＶ放射線を放出する。これらの特定のＵＶ源に感受性のあるスタンプ前駆体は、３１０〜４００ｎｍを吸収するエラストマーベースの化合物（および開始剤）を用いる。
【００５０】
図３において、支持体１６を含むスタンプ５は、剥離によりマスター１２から分離される。スタンプ５の支持体１６は、支持体およびスタンプが、マスター１２から分離するのに必要な曲げに耐えられるという点で十分に可撓性である。支持体１６は、硬化したエラストマー層２４と共に残って、ソフトリソグラフィー印刷法に関連したマイクロパターンおよびマイクロ構造を再生するのに必要な寸法安定性を備えたスタンプ５を与える。スタンプ５は、支持体１６の反対側に、マスター１２のレリーフパターン１３のネガに対応するリセス表面２８と隆起表面３０とを有するレリーフ構造２６を含む。レリーフ構造２６には、隆起部分３０とリセス部分２８との間に高さの差、すなわち、レリーフ深さがある。スタンプ５のレリーフ構造２６は、機能材料３２を、基板３４に印刷するための隆起表面３０と、印刷されないリセス表面部分２８とのパターンを形成する。
【００５１】
図４において、スタンプ５は、機能材料３２を、スタンプ５のレリーフ構造２６に適用するための一実施形態として、スピンコーティングデバイスのプラットフォーム３５にある。機能材料３２は、スタンプ５のレリーフ構造２６に適用され、プラットフォームを回転して、機能材料の比較的均一な連続層を形成する。スタンプ５への適用後、機能材料を乾燥して、室温での蒸発により、液体キャリアを除去する。
【００５２】
図５において、機能材料３２の層を有するスタンプ５と基板３４とを、互いに近接配置して、スタンプ５の隆起表面３０の機能材料が、基板３４の表面３８と接触するようにする。
【００５３】
図６において、スタンプ５は、基板３４から分離しており、基板と接触する機能材料３２は基板上に残り、転写されて、機能材料のパターン４０を形成する。基板３４は、機能材料３２のパターン４０と機能材料のない開口領域４２とを含む。基板３４上にある機能材料３２は、電子デバイスまたはコンポーネントのパターン４０を作成する。
【００５４】
本発明の方法は、少なくとも１０メガパスカル（Ｍｐａ）の弾性率を有するエラストマースタンプを用いる。これによって、５０ミクロン未満の解像度から少なくとも１〜５ミクロンと様々な機能材料の微細な特徴部を、基板上に形成する能力が与えられる。好適なライン解像度の機能材料のパターンを形成する本発明の方法の能力は、決してこれらに限られるものではないが、エラストマースタンプの材料の選択、印刷されている機能材料、機能材料の組成、本発明の方法が実施される条件等により影響される。電子デバイスおよびコンポーネントにおいて、最終用途に所望のライン解像度を与えるための最良の材料および条件を決めるのは、当業者にとって所定のことであると考えられる。
【実施例】
【００５５】
用語
ＩＴＯ 酸化インジウム錫
ＰＦＰＥ パーフルオロポリエーテル
ＴＨＦ テトラヒドロフラン
【００５６】
特に断りのない限り、パーセンテージは全て合計組成物の重量基準である。
【００５７】
実施例１
以下の実施例は、ポリフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）製の印刷スタンプによる基板上への発光ポリマー（ＬＥＰ）の印刷の実例である。
【００５８】
印刷スタンプ作製
マスター作製：
厚さ１．５マイクロメートルの層のネガフォトレジストＳＵ−８タイプ２（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ（Ｎｅｗｔｏｎ，ＭＡ）製）を、３０００ｒｐｍで６０秒間シリコンウェハ上にコートした。コートされたフォトレジストフィルムを備えたウェハを、６５℃で１分間加熱してから、９５℃で１分間ベークして、フィルムを完全に乾燥した。ベークしたフィルムを、１２秒間、Ｉ−ライナ（ＯＡＩ Ｍａｓｋ Ａｌｉｇｎｅｒ、Ｍｏｄｅｌ２００）中で３６５ｎｍで、寸法が１〜５ミクロンのライン、スペースおよびスクエアのパターンを有するマスキングを通して露光し、６５℃で１分間ポストベークした。９５℃で１分間の最終ベーク後、露光したフォトレジストを、ＳＵ−８現像液で１分間現像し、イソプロピルアルコールで洗った。現像したフィルムを窒素で乾燥し、ウェハ上にパターンを形成し、スタンプのためのマスターとして用いた。
【００５９】
スタンプ前駆体作製：
支持体を、ＵＶ硬化性の光学的に透明な接着剤、タイプＮＯＡ７３（Ｎｏｒｌａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ；Ｃｒａｎｂｕｒｙ，ＮＪより購入）の層を、厚さ５ミクロンで、５ミル（０．０１２７ｃｍ）のＭｅｌｉｎｅｘ（登録商標）５６１ポリエステルフィルム支持体上に、スピンコーティングにより、３０００ｒｐｍで適用し、紫外線（３５０〜４００ｎｍ）に、１．６ワット出力（２０ｍワット／ｃｍ2）で、９０秒間、窒素環境で露光により硬化することにより作製した。
【００６０】
ポリフルオロポリエーテル化合物を、以下の手順により作製した。無水ＴＨＦ（１００ｍｌ）中Ｓｏｌｖａｙ Ｓｏｌｅｘｓｉｓ（Ｔｈｏｒｏｆａｒｅ，ＮＪ）（１０ｇｒ、０．００５モル、１当量）およびＢＨＴ（１ｗｔ％ＦＬＫ−Ｄ２０ ０．００１ｇｒ）より購入したＦＬＫ−Ｄ２０ジオールの溶液を、滴下漏斗、温度計、凝縮器およびＮ2パージアダプタを備えた三つ口丸底反応フラスコ（２５０ｍｌ）中で攪拌した。反応フラスコを、０℃まで、好ましくは氷水浴を用いて冷却した。トリエチルアミン（１．９４８ｇｒ、０．０１９３モル、３．８５等量）を、ＴＨＦ中ＦＬＫ−Ｄ２０ジオールの溶液に、１５分間にわたって滴下して添加した。反応を０℃に維持した。塩化アクリロイル（１．５８５ｇｒ、０．０１８５モル、３．５当量）を充填した第２の滴下漏斗に、溶液を６０分間にわたって滴下して添加した。混合物の温度は、５℃を超えないようにした。厚い塩が、塩化アクリロイルの添加により沈殿した。混合物を１０〜１５℃まで、２時間にわたって暖めてから、室温とし、反応物をＮ2雰囲気下で一晩攪拌した。反応混合物を、５００ｍｌの蒸留水に注ぎ、２時間攪拌した。Ｄ２０−ＤＡを、水溶液から酢酸エチルまたは塩化メチレンにより抽出した。約８３％の変換率であった。アルミナカラムを通して溶液を流すことにより、粗生成物を精製して、透明な無色の油を得た。調製したパーフルオロポリエーテル（プレポリマー）化合物の構造は下式のものであった。式中、アクリレート末端基（式中、ＸおよびＸ’はＨ）、不規則に供給されたパーフルオロメチレンオキシ（ＣＦ2Ｏ）およびパーフルオロエチレンオキシ（ＣＦ2ＣＦ2Ｏ）骨格繰り返しサブユニットの数を指定するｍおよびｎは、ＰＦＰＥ化合物の分子量が数平均で約２０００となるようなものである。
【００６１】
【化１】
【００６２】
フッ素化開始剤を、以下の手順で、以下の反応に従って調製した。
【００６３】
【化２】
【００６４】
【表１】
【００６５】
フッ素化光開始剤の調製手順：
５００ｍＬの丸底フラスコに、α−ヒドロキシメチルベンゾイン（２０．１４ｇ）、トリエチルアミン（Ｆｌｕｋａ、８．４０ｇ）および塩化メチレン（１００ｍＬ）を添加した。混合物を、正の窒素圧力下で、室温で磁気的に攪拌した。別のフラスコに、ＨＦＰＯダイマーフッ化酸（３２．９８ｇ）およびＦｒｅｏｎ−１１３（ＣＦＣｌ2ＣＦ2Ｃｌ，Ａｌｄｒｉｃｈ、６０ｍＬ）を添加した。酸フッ化物溶液を、攪拌しているα−ヒドロキシメチルベンゾイン溶液に、４〜５℃で３０分間にわたって滴下して添加し、発熱反応を制御した。反応ポットを、添加完了後、２．５時間にわたって、室温で攪拌した。
【００６６】
反応物を、４×５００ｍＬ飽和ＮａＣｌ溶液で洗った。有機層を、ＭｇＳＯ4で乾燥し、セリット／塩化メチレンパッドでろ過した。ＴＬＣ分析によれば、少量の出発材料が粗生成物に残ったのが分かった。生成物を、真空中で濃縮し、ヘキサン（１００ｍＬ）に溶解した。この溶液を、シリカゲルに事前吸収し、９０：１０ヘキサン：ＥｔＯＡｃ溶離剤を用いて、シリカカラムを通して洗浄した。所望の生成物を、ジアステレオマー（３３ｇ、収率７２％）の混合物である淡黄色油として分離した。
【００６７】
ＰＦＰＥジアクリレートプレポリマー（分子量約２０００）および１重量％の調製したフッ素化光開始剤を混合し、０．４５マイクロメートルＰＴＦＥフィルタでろ過し、ＰＦＰＥ感光組成物を形成した。
【００６８】
ＰＦＰＥ感光組成物を、マスターとして用いるウェハの現像したフォトレジストパターン上に注ぐことにより、印刷スタンプを作製し、湿潤厚さ約２５ミクロンの層を形成した。
【００６９】
支持体を、マスターの反対の表面にあるＰＦＰＥ組成物の層に適用し、接着剤が層と接触するようにした。ＰＦＰＥ層を、ＵＶ放射線に、１０分間、３６５ｎｍのＩ−ライナで露光して、ＰＦＰＥ層を硬化または重合して、スタンプを形成した。マスターから剥がすことにより、スタンプを分離したところ、マスターのパターンに対応するレリーフ表面を有していた。
【００７０】
弾性率試験方法：
印刷スタンプの弾性率を、Ｈｙｓｉｔｒｏｎ ＴｒｉｂｏＩｎｄｅｎｔｅｒ（ＭＮ、Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ、Ｈｙｓｉｔｒｏｎ Ｉｎｃ．，）で測定し、ＯｌｉｖｅｒおよびＰｈａｒｒ、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．７，１５６４（１９９２年）に記載された試験方法に従って求めた。ＴｒｉｂｏＩｎｄｅｎｔｅｒは、Ｂｅｒｋｏｖｉｃｈダイアモンドインデンターを備えており、エラストマースタンプの試料にインデンテーションを行った。各スタンプについて、最大負荷１００マイクロニュートンまで、少なくとも２組の２５のインデンテーションを実施した。表面の影響および基板との相互作用は、測定した表面粗さに、１１回以上、試料の合計厚さの１０％以下インデンテーションすることにより最小とした。各セットのインデンテーションは、１０ｕｍ離れており、セットは少なくとも１ｍｍ分離されていた。インデンテーションを、５−２−５負荷関数を用いて行った。５秒負荷を加え、２秒保持（負荷をかけて、閉ループフィードバックを制御）して、ヒステリシス／クリープの影響を減じてから、５秒負荷をかけない状態とした。負荷／負荷なし曲線を、ＯｌｉｖｅｒおよびＰｈａｒｒの方法に従って得て、弾性率を求めた。トップから５％〜ボトムから２０％まで曲線の負荷なし部分の７５パーセントを計算に用いて、弾性率を求めた。この方法を用いたナノインデンテーションデータの分析に必要なインデンター面積関数を、縮合シリカ中で一連のインデントを用いて計算した。
【００７１】
印刷スタンプの弾性率は、２０メガパスカルであった。
【００７２】
基板への発光ポリマー（ＬＥＰ）の乾式転写印刷：
基板は、ＮｅｏＶａｃ Ｃｏｍｐａｎｙ（ＣＡ、Ｓａｎｔａ Ｒｏｓａ）より購入し、厚さ５ミルのＭｙｌａｒ（登録商標）ポリエチレンテレフタレート支持体上に、シート抵抗７０オーム／□の酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を有していた。
【００７３】
ＬＥＰは、ＣＯＶＩＯＮ（登録商標）Ｓｕｐｅｒ ＮＲＳ−ＰＰＶ（Ｍｅｒｃｋ製）であった。トルエン中０．５重量％のＳｕｐｅｒ ＮＲＳ−ＰＰＶ溶液を、窒素ドライボックス中で調製し、ＰＴＦＥ１．５ミクロンフィルタでろ過した。ＬＥＰの構造は以下のとおりである。
【００７４】
【化３】
【００７５】
ＮＲＳ−ＰＰＶ溶液を、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上に、４５００ｒｐｍでスパンコートして、スタンプ上の乾燥フィルムをコートし、形成した。スタンプのレリーフ表面は、最上平坦面をそれぞれ有する隆起部分と、最下平坦面をそれぞれ有するリセス部分とを含んでいた。溶液を、隆起部分の最上面と、リセス部分の最下面にコートした。
【００７６】
ＰＦＰＥスタンプの隆起部分の最上面にある乾燥したＮＲＳ−ＰＰＶは、隆起部分を、基板のＩＴＯ表面に接触印刷することにより転写され、基板上に、超ＮＲＳ−ＰＰＶ発光ポリマーのパターンを作成する。超ＮＲＳ−ＰＰＶの厚さは、２８ｎｍであった。ＬＥＰの印刷パターンの解像度は５ミクロン以下であった。
【００７７】
実施例２
以下の実施例は、ＰＦＰＥ製の印刷スタンプによる基板上への他の発光ポリマー（ＬＥＰ）の印刷の実例である。
【００７８】
マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。
【００７９】
基板上へのＬＥＰの印刷：
ＬＥＰ溶液は、Ｈｏｅｃｈｓｔ製のポリ（ｐ−フェニレンビニレン）誘導体であるＯＣ１−Ｃ１０であった。以下の構造を有している。
【００８０】
【化４】
【００８１】
ＴＨＦ／トルエン（５０／５０ｖ／ｖ）中ＯＣ１−Ｃ１０の０．５重量％溶液を調製し、窒素ドライボックス中で維持した。溶液を、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上に、４５００ｒｐｍで、乾燥窒素雰囲気中スパンコートして、スタンプ上の層として、ＯＣ１−Ｃ１０をコートし乾燥した。
【００８２】
用いた基板は、実施例１に記載した基板と同じであった。ＰＦＰＥの隆起部分の最上面にあるＯＣ１−Ｃ１０は、基板のＩＴＯ表面上に接触転写により印刷された。転写は、６５℃に維持されたホットプレート上に、乾燥窒素雰囲気下で、ＩＴＯ基板を置き、スタンプに僅かの圧力を適用することによりなされた。ＯＣ１−Ｃ１０発光ポリマーのパターンを、スタンプの隆起部分のパターンに従って基板上に作成した。
【００８３】
基板上の印刷したＯＣ１−Ｃ１０フィルム層の厚さは、３２ｎｍであった。ＬＥＰの印刷パターンの解像度は、１０ミクロン未満であった。
【００８４】
実施例３
以下の実施例は、ＰＦＰＥ製の印刷スタンプによる基板上への誘電体材料の印刷の実例である。
【００８５】
印刷された誘電体材料は、Ｅｌｖａｃｉｔｅ（登録商標）２０４２、ポリ（エチルメタクリレート）およびＥｌｖａｃｉｔｅ（登録商標）２０４５、ポリ（ブチルメタクリレート）（両者共Ｌｕｃｉｔｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ製）であった。基板は、厚さ約３０００オングストロームのＳｉＯ2の層を有するシリコンウェハであった。
【００８６】
実施例３の両方の印刷試料について、マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、分子量約１０００の異なるＰＦＰＥ化合物および異なる光開始剤を用いた以外は、実施例１に記載したようにして作製した。
【００８７】
パーフルオロポリエーテル化合物Ｅ１０−ＤＡは、Ｓａｒｔｏｍｅｒより製品タイプＣＮ４０００として供給され、受け取ったままの状態で用いた。Ｅ１０−ＤＡは、式Ｒ−Ｅ−ＣＦ2−Ｏ−（ＣＦ2−Ｏ−）n（−ＣＦ2−ＣＦ2−Ｏ−）m−ＣＦ2−Ｅ’−Ｒ’の構造を有し、式中、ＲおよびＲ’はそれぞれアクリレートであり、Ｅは、（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）1-2ＣＨ2の鎖状非フッ素化ハイドロカーボンエーテルであり、Ｅ’は、（ＣＦ2ＣＨ2Ｏ（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）1-2の鎖状ハイドロカーボンエーテルであり、分子量約１０００である。光開始剤は、Ｄａｒｏｃｕｒ１１７３（Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ，ＢａｓｅｌのＣｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ製）であった。Ｄａｒｏｃｕｒ１１７３の構造は次のとおりである。
【００８８】
【化５】
【００８９】
ＰＦＰＥジアクリレートプレポリマーＥ１０−ＤＡおよび１ｗｔ％Ｄａｒｏｃｕｒ１１７３光開始剤を混合し、ろ過して、印刷スタンプを作成するのに用いたＰＦＰＥ組成物を形成した。
【００９０】
印刷スタンプの弾性率を、実施例１に記載したようにして測定した。印刷スタンプの弾性率は、４０メガパスカルであった。
【００９１】
基板へのＥｌｖａｃｉｔｅ２０４２ポリ（エチルメタクリレート）の印刷：
溶剤としての塩化メチレン中ポリ（エチルメタクリレート）の１ｗｔ％溶液を、２０００ｒｐｍで６０秒間、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上にスパンコートした。
【００９２】
塩化メチレンが非常に低沸点であるため、溶剤は、フィルムのスピニング中完全に蒸発した。ポリ（エチルメタクリレート）のフィルムが、スタンプのレリーフ表面に残った。フィルムを備えたスタンプのレリーフ表面は、ウェハのＳｉＯｘ表面に近接配置し、６５℃で、適度な圧力を基板上のスタンプに適用した。フィルムが、レリーフの隆起部分の最上面からの接触転写により印刷された。基板からスタンプを分離したところ、誘電体フィルムのパターンが基板に転写された。
【００９３】
ポリ（エチルメタクリレート）の転写フィルムの厚さは、約０．１２５マイクロメートルであった。ポリ（エチルメタクリレート）の印刷パターンの解像度は、５０ミクロン以下であった。
【００９４】
基板上へのＥｌｖａｃｉｔｅ２０４５ポリ（エチルメタクリレート）の印刷：
溶剤としてのクロロホルム中ポリ（ブチルメタクリレート）の１ｗｔ％溶液を、２０００ｒｐｍで６０秒間、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上にスパンコートした。
【００９５】
上述したように、溶剤が完全に蒸発したら、ポリ（ブチルメタクリレート）のフィルムが、スタンプのレリーフ表面に残った。フィルムを備えたスタンプのレリーフ表面は、ウェハのＳｉＯｘ表面に近接配置し、６５℃で、適度な圧力（約０．５ポンド／ｃｍ2）を基板上のスタンプに適用した。フィルムが、レリーフの隆起部分の最上面からの転写により印刷された。基板からスタンプを分離したところ、ポリ（エチルメタクリレート）のパターンが基板に転写された。クロロホルムから鋳造されたポリ（ブチルメタクリレート）の転写フィルムの厚さは、約７０ナノメートルであった。ポリ（ブチルメタクリレート）の印刷パターンの解像度は、５０ミクロン以下であった。
【００９６】
実施例４
以下の実施例は、ＰＦＰＥスタンプを用いた、基板上へのＡｌｄｒｉｃｈ製誘電体材料、ポリ２−ビニルピリリドン（分子量２０，０００）の印刷の実例である。基板は、ＳｉＯ2の層（３０００オングストローム）を有するシリコンウェハであった。
【００９７】
マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。
【００９８】
基板上の誘電体材料の染料転写印刷：
クロロホルム中ポリ（２−ビニルピロリドン）の１重量％溶液を、２０００ｒｐｍで６０秒間、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上にスパンコートした。クロロホルムは、スピニング中蒸発して、スタンプのレリーフ表面の隆起部分とリセス部分に２−ビニルピロリドンのフィルムが残った。フィルムを備えたスタンプのレリーフ表面を、ウェハのＳｉＯ2表面に近接配置して、室温で、適度な圧力を基板上のスタンプに適用した。フィルムは、レリーフの隆起部分の最上面から印刷されて、ポリ（２−ビニルピロリドン）のパターンを基板上に形成した。基板からスタンプを分離したところ、ポリ（２−ビニルピロリドン）フィルムが、ＰＦＰＥスタンプから、シリコンウェハのＳｉＯ2表面に転写された。
【００９９】
ポリ（２−ビニルピロリドン）の転写フィルムの厚さは、ウェハ上で約４７ｎｍであった。ポリ−２−ビニルピロリドンの印刷パターンの解像度は、５ミクロン以下であった。
【０１００】
実施例５
以下の実施例は、ＰＦＰＥスタンプを用いた、基板上への誘電体材料の印刷の実例である。
【０１０１】
誘電体材料は、Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリヒドロキシスチレン（ＰＨＳ）（分子量約２０，０００）であった。基板は、ＳｉＯ2の層（３０００オングストローム）を有するシリコンウェハであった。
【０１０２】
マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。
【０１０３】
基板上の誘電体材料の染料転写印刷：
ＴＨＦ中ＰＨＳの５重量％溶液を、２０００ｒｐｍで６０秒間、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上にスパンコートした。ＴＨＦ溶液中の溶剤は、スピンコーティング中に蒸発して、スタンプのレリーフ表面の少なくとも隆起部分にＰＨＳのフィルムが残った。フィルムを備えたスタンプのレリーフ表面を、ウェハのＳｉＯ2表面に近接配置して、６５℃で、適度な圧力（約０．５ポンド／ｃｍ2）を、スタンプの支持体側に加えて、フィルムを基板と接触させた。乾燥フィルムを、レリーフスタンプの隆起部分の最上面の接触転写により印刷した。基板からスタンプを分離したところ、ＰＨＳのパターン化フィルムが、シリコンウェハのＳｉＯ2表面に転写された。
【０１０４】
ＰＨＳの転写フィルムの厚さは、約２９０ｎｍであった。ＰＨＳの印刷パターンの解像度は５０ミクロン以下であった。
【０１０５】
実施例６
以下の実施例は、ＰＦＰＥスタンプを用いた、基板上への半導体材料の印刷の実例である。
【０１０６】
半導体材料は、Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリチオフェンであった。基板は、ＳｉＯ2の層（３０００オングストローム）を有するシリコンウェハであった。
【０１０７】
マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。
【０１０８】
基板上の半導体材料の染料転写印刷：
クロロホルム中ポリチオフェンの１．２重量％溶液を、２０００ｒｐｍで６０秒間、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上にスパンコートした。ポリチオフェン溶液中の溶剤は、スピニング中に蒸発して、スタンプのレリーフ表面にポリチオフェンのフィルムが残った。乾燥フィルムを備えたスタンプのレリーフ表面を、ウェハのＳｉＯ2表面に近接配置して、６０℃で、適度な圧力（約０．５ポンド／ｃｍ2）を、スタンプの支持体側に加えて、フィルムを基板と接触させた。フィルムを、レリーフの隆起部分の最上面の基板との接触転写により印刷した。基板からスタンプを分離したところ、転写により、ポリチオフェンフィルムのパターンが、シリコンウェハのＳｉＯ2表面上に形成された。
【０１０９】
ポリチオフェンの転写フィルムの厚さは、約２９０ｎｍであった。ポリチオフェンの印刷パターンの解像度は５０ミクロン以下であった。
【０１１０】
実施例７
以下の実施例は、ＰＦＰＥスタンプを用いた、基板上への誘電体材料の印刷の実例である。
【０１１１】
誘電体材料は、ＤｕＰｏｎｔ製ポリアニリンジノニルナフタレンスルホン酸（ＰＡＮＩ／ＤＮＮＳＡ）であった。基板は、ＳｉＯ2の層（３０００オングストローム）を有するシリコンウェハであった。
【０１１２】
マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。
【０１１３】
基板上の導体材料の染料転写印刷：
キシレン中ＰＡＮＩ／ＤＮＮＳＡの１５重量％溶液を、２０００ＲＰＭで６０秒間、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上にスパンコートした。ＰＡＮＩ／ＤＮＮＳＡ溶液中の溶剤は、スピニング中に蒸発して、スタンプのレリーフ表面の隆起部分およびリセス表面にＰＡＮＩ／ＤＮＮＳＡのフィルムが残った。フィルムを備えたスタンプのレリーフ表面を、ウェハのＳｉＯ2表面に近接配置して、６５℃で、適度な圧力を、スタンプの支持体側に加えて、フィルムを基板と接触させた。フィルムを、レリーフ表面の隆起部分の最上面の接触転写により印刷した。基板からスタンプを分離したところ、ＰＡＮＩ／ＤＮＮＳＡのパターン化フィルムが、ＰＦＰＥスタンプから、シリコンウェハのＳｉＯ2表面に転写された。
【０１１４】
ＰＡＮＩ／ＤＮＮＳＡの転写フィルムの厚さは、約２９０ｎｍであった。ＰＡＮＩ／ＤＮＮＳＡの印刷パターンの解像度は５０ミクロンであった。
【０１１５】
実施例８Ａ
以下の実施例は、ＰＦＰＥスタンプを用いた、基板上への導体材料の印刷の実例である。
【０１１６】
導体材料は、ＡＮＰ（Ｓｏｕｔｈ Ｋｏｒｅａ）製の粒径１０ｎｍの銀粉末であるＳｉｌｖｅｒｊｅｔ ＤＧＨ５０であった。基板は、５ミルのＭｅｌｉｎｅｘ（登録商標）ポリエステルフィルムタイプＳＴ５０４であった。
【０１１７】
マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。ＰＦＰＥスタンプの弾性率は、２０メガパスカルであった。
【０１１８】
基板上の導体材料の染料転写印刷：
９．９グラムのＳｉｌｖｅｒｊｅｔ ＤＧＨ５０および０．１グラムのＥｌｖａｃｉｔｅ（登録商標）タイプ２０２８、メタクリレートコポリマー（Ｌｕｃｉｔｅ製）の分散液を、４０グラムのトルエンと混合して、１０分間、チップ超音波印加装置により、超音波印加した。分散液を、０．４５ミクロンのＰＴＰＥフィルタで２回ろ過した。ろ過した分散液を、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上に、６０秒間スパンコートした。分散液の溶剤は、スピニング中に蒸発して、スタンプのレリーフ表面の隆起部分およびリセス表面に銀およびＥｌｖａｃｉｔｅ２０２８のフィルムが残った。銀フィルムを備えたスタンプのレリーフ表面を、Ｍｅｌｉｎｅｘ（登録商標）フィルムに近接配置して、６５℃で、適度な圧力を、スタンプの支持体側に加えて、フィルムを基板と接触させた。フィルムを、レリーフの隆起部分の最上面から基板まで接触転写により印刷した。基板からスタンプを分離したところ、銀のパターンが、基板上に形成された。
【０１１９】
基板上の銀パターンを、１４０℃で４８時間、焼成および焼結した。銀フィルムのシート抵抗を、２オーム／□まで減じた。
【０１２０】
パターン化された銀の転写フィルムの厚さは、約７０ｎｍであった。銀の印刷パターンの解像度は５ミクロン以下であった。
【０１２１】
比較例８Ｂ
以下の例は、ＰＤＭＳスタンプを用いた、基板上への導体材料の印刷の実例である。
【０１２２】
ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）のスタンプを、ＰＦＰＥスタンプについて用いたのと同じマスターを用いて、次のようにして作製した以外は、実施例８Ａを繰り返した。
【０１２３】
ＰＤＭＳスタンプ作製：
Ｓｙｌｇａｒｄ１８４、ポリジメチルシロキサンおよび硬化剤（両者共Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ製）を、１０：１の比で混合した。混合物を脱気して、フォトレジストパターン化シリコンウェハマスター上に注いだ。厚さ５ミルのポリエステルバッキングＭｅｌｉｎｅｘ（登録商標）５６１（ＤｕＰｏｎｔ製）を適用した後、プレポリマーを、６５℃で１２０分間加熱することにより、硬化した。ポリエステル支持体上の硬化したＰＤＭＳのスタンプを、マスターから分離した。
【０１２４】
印刷スタンプの弾性率を、実施例１に記載したようにして測定した。ＰＤＭＳ印刷スタンプの弾性率は、５．６メガパスカルであった。
【０１２５】
基板上の導体材料の染料転写印刷：
ＰＦＰＥスタンプで用いた、銀組成物の適用、乾燥および銀のフィルムおよびＥｌｖａｃｉｔｅ２０２８の印刷について同じ手順を、ＰＤＭＳスタンプについて繰り返した。圧力適用の際に、銀フィルムが、ＰＤＭＳスタンプから剥がれて、銀材料を、隆起部分とリセス部分との両方から、基板に転写し、銀材料のパターンが、基板上に形成されないようにした。銀材料を、上述したように焼成および焼結し、未パターン化フィルムのシート抵抗を、２．２オーム／□まで減じた。
【０１２６】
実施例９
以下の実施例は、ＰＦＰＥスタンプを用いた、小分子の乾燥印刷の実例である。
【０１２７】
マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。
【０１２８】
基板上の小分子の染料転写印刷：
塩化メチレン中、ブリリアントグリーン染料材料（ＭＷ４８２．６５）（Ａｌｄｒｉｃｈ製、ＣＡＳ番号［６３３−０３−４］）の５％溶液を調製した。溶液を、ＰＦＰＥスタンプ上に、３０００ｒｐｍでスパンコートし、スタンプ上の溶液を乾燥した。スタンプのレリーフ表面は、最上平坦面をそれぞれ有する隆起部分と、最下平坦面をそれぞれ有するリセス部分とを含んでいた。溶液を、隆起部分の最上面と、リセス部分の最下面にコートした。
【０１２９】
ＰＦＰＥスタンプの隆起部分の最上面の乾燥材料の乾燥したフィルムを、適度な圧力（約０．５ポンド／ｃｍ2）を加えることにより、隆起部分の接触印刷により、６５℃で、Ｍｅｌｉｎｅｘ（登録商標）５０４ポリエステルフィルムの基板に転写した。基板からスタンプを分離したところ、レリーフパターンの最上面の乾燥フィルムが、基板に転写され、染料フィルムのパターンが形成された。
【０１３０】
転写された染料フィルムの厚さは、約５０ｎｍであった。染料の構造は、以下の式の右手側に見られる。
【０１３１】
【化６】
【０１３２】
実施例１０
以下の実施例は、ＤＮＡの基板上への乾燥印刷の実例である。マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。
【０１３３】
デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）溶液の調製：
高重合ＤＮＡ（サロモン試験、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ）（０．２００ｇ）を、２回蒸留水（４０ｍＬ）に添加した。得られた混合物を、下垂プラットフォームで、２４時間にわたって緩やかに攪拌したところ、約０．５重量パーセントの濃度の粘性の均一な溶液が得られた。得られた溶液のアリコート（２０ｍｌ）を、２回蒸留水（８０ｍｌ）で希釈したところ、約０．１重量パーセントの濃度の第２の溶液が得られた。０．１ｗｔ％のＤＮＡ溶液を、さらに１２時間にわたって緩やかに攪拌したところ、スピンコーティング手順で用いるまで、暗所に４℃で保管した。
【０１３４】
ＤＮＡの染料転写印刷：
上述した０．１ｗｔ％のＤＮＡ溶液を、ＰＦＰＥスタンプ上に、３０００ＲＰＭでスパンコートして、スタンプのレリーフ構造に乾燥フィルムをコートし、形成した。スタンプのレリーフ表面は、最上平坦面をそれぞれ有する隆起部分と、最下平坦面をそれぞれ有するリセス部分とを含んでいた。溶液を、隆起部分の最上面と、リセス部分の最下面にコートした。
【０１３５】
スタンプの最上面の乾燥したＤＮＡフィルムは、適度な圧力（約０．５ポンド／ｃｍ2）を加えることにより、Ｍｅｌｉｎｅｘ（登録商標）タイプ５０４ポリエステルフィルムの基板上の隆起部分の直接印刷により、６５℃で転写された。基板からスタンプを分離したところ、ＤＮＡフィルムが、ＰＦＰＥスタンプに転写されて、基板上にパターンが形成された。
【０１３６】
印刷されたＤＮＡは、その二本鎖を保持していた。ＤＮＡは、次のいくつかのプローブの存在で蛍光を発する。（１）臭化エチジウム（二重らせん挿入剤）および（２）ＤＡＰＩ（二重らせん溝結合剤）。これらの定性的なプローブに基づく結果によれば、「印刷」バイオポリマーについて二重（二本鎖）形状が保持されたことが分かる。
【０１３７】
ＤＮＡの印刷パターンのライン解像度は５ミクロン以下であった。
【０１３８】
実施例１１
以下の実施例は、ＰＦＰＥ製の印刷スタンプによる基板上へのフッ素含有モノマーの印刷の実例である。
【０１３９】
マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。
【０１４０】
基板へのフッ素含有モノマーの印刷：
フッ素含有モノマーは、３，３，４，４，５，５，６，６，７，７，８，８，９，９，１０，１０，１１，１１，１２，１２，１２−ヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレート（Ａｌｄｒｉｃｈ製、ＣＡＳ番号［１７７４１−６０−５］）、以降ヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレートと呼ばれ、以下の構造を有している。
【０１４１】
【化７】
【０１４２】
式ＣＦ3ＣＦＨＣＦＨＣＦ2ＣＦ3のＶｅｒｔｒｅｌ（登録商標）ＸＦ（ＤｕＰｏｎｔ製）中ヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレートの３重量％溶液を、ヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレートに基づいて、実施例１のフッ素化開始剤１ｗｔ％により調製した。溶液を、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上に、２０００ｒｐｍで、２０秒間、３回スパンコートした。
【０１４３】
基板を、正孔輸送材料ポリマーを、Ｃｏｒｎｉｎｇ１７３７ガラス（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ．製）に、３０００ｒｐｍでスピンコーティングし、２６０℃で１５分間熱硬化することにより作製した。正孔輸送材料ポリマーは、フルオレン−トリアリールアミンコポリマーであり、以下の構造を有している。
【０１４４】
【化８】
【０１４５】
式中、ａ：ｂ：ｃの比率は約３５：５０：１５で、Ｍｎは約２６，０００で、Ｍｗは約８９，０００であった。正孔輸送材料ポリマーの出発材料は以下のとおりである。
ａは、９，９−ジオクチル−２，７−ジブロモフルオレンであった。
ｂは、Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブロモｍフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンであった。
ｃは、２，７−ジブロモ−９，９’−（ビニルベンジル）−フルオレンであった。
【０１４６】
ポリマーは、Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．１７，ｐ１１５３（１９９２年）に記載されている合成方法により作製した。モノマー単位のジハロ誘導体を、ビス（１，５−シクロオクタジエン）ニッケル（０）等の化学量論の０価のニッケル化合物と反応させる。
【０１４７】
層、材料、部材または構造を指すとき、「正孔輸送」という用語は、かかる層、材料、部材または構造が、かかる層、材料、部材または構造の厚さを通して、比較的効率的に、かつ電荷の喪失を少なくして、正電荷の移動を促すことを意味している。
【０１４８】
ＰＦＰＥの隆起部分の最上面にあるヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレートは、正孔輸送層を有する基板表面への接触転写により印刷された。転写は、室温で実施され、スタンプに圧力を適用せずに、ヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレートのパターンを基板上に形成した。基板からスタンプを分離した後、パターン化されたヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレートを、１０分間、Ｉ−ライナ（１７ｍＷ／ｃｍ2、ＯＡＩ）を用いて、窒素環境中でＵＶ露光して、モノマーを基板上で硬化させた。ヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレートのパターンを、スタンプの隆起部分のパターンに従って、基板のコート表面に作成した。
【０１４９】
基板上の印刷されたヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレート層の厚さは、２ｎｍであった。ヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレートの印刷されたパターンの解像度は、５ミクロン未満であった。ナノメートルの解像度が、バリア層の印刷用に、この方法で達成できるものと考えられる。
【０１５０】
実施例１２
以下の実施例は、弾性率が１０．５メガパスカルのポリフルオロポリエーテル製のスタンプによる基板上への有機発光ポリマー材料の印刷の実例である。
【０１５１】
この例について、マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、分子量４０００の異なるＰＦＰＥ化合物を用いた以外は、実施例１に記載したようにして作製した。
【０１５２】
ポリオロポリエーテル化合物Ｄ４０−ＤＡは、Ｓａｒｔｏｍｅｒより供給され、受け取ったままの状態で用いた。作製されたポリフルオロポリエーテル化合物（プレポリマー）は、実施例１で示した式の構造を有していた。式中、アクリレート末端基（式中、ＸおよびＸ’はＨである）、不規則に供給されたパーフルオロメチレンオキシ（ＣＦ2Ｏ）およびパーフルオロエチレンオキシ（ＣＦ2ＣＦ2Ｏ）骨格繰り返しサブユニットの数を指定するｍおよびｎは、ＰＦＰＥ化合物の分子量が数平均で約４０００となるようなものである。用いた光開始剤は、実施例３に記載したＤａｒｏｃｕｒ１１７３であった。
【０１５３】
パーフルオロポリエーテルプレポリマー（分子量４０００）および１ｗｔ％の光開始剤を混合して、ろ過し、ＰＦＰＥ感光性組成物を形成した。印刷スタンプを、実施例１に記載したＰＦＰＥ光開始剤から作製した。
【０１５４】
印刷スタンプの弾性率は、実施例１に記載したとおりにして測定した。印刷スタンプの弾性率は、１０．５メガパスカルであった。
【０１５５】
ＳＴ５０４基板上への有機発光ポリマー（ＯＬＥＰ）の印刷：
Ｃｏｖｉｏｎ Ｓｕｐｅｒ−Ｙｅｌｌｏｗ（登録商標）、置換ポリフェニレン−ビニレン１−４コポリマー（Ｍｅｒｃｋ製）（以降ＯＬＥＰ）の１ｗｔ％溶液を、溶剤としてのトルエン中に溶解し、４０００ｒｐｍで、６０秒間、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上にスパンコートした。溶剤は、フィルムのスピニング中完全に蒸発した。ＯＬＥＰの５０ｎｍのフィルムが、スタンプのレリーフ表面に残った。基板は、５ミルのＭｅｌｉｎｅｘ（登録商標）フィルムタイプＳＴ５０４であった。フィルムを備えたスタンプのレリーフ表面は、ＳＴ５０４フィルムのアクリルコート側に、６５℃で、近接配置した。フィルムが、レリーフの隆起部分の最上面からの接触転写により印刷された。基板からスタンプを分離したところ、ＯＬＥＰフィルムのパターンが基板に転写された。
【０１５６】
ＯＬＥＰの転写フィルムの厚さは、約５０ｎｍであった。ＯＬＥＰの印刷パターンの解像度は、５ミクロン以下で、ライン間の分離は２ミクロンであった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に機能材料のパターンを形成する方法に関し、特に、本方法は、隆起表面を有するエラストマースタンプを用いて、コンポーネントおよびデバイスのマイクロ加工に用いる基板上にパターンを形成するものである。
【背景技術】
【０００２】
ほぼ全ての電子および光学デバイスにはパターン形成が必要である。マイクロ電子デバイスは、必要なパターンを形成するのに、フォトリソグラフィープロセスにより作製されてきた。この技術は、導体、絶縁体または半導体材料の薄膜を、基板上に堆積し、ネガまたはポジのフォトレジストを、材料の露出面にコートするものである。レジストに、所定のパターンで照射し、レジストの照射または非照射部分を表面から洗い流して、所定のパターンのレジストを表面に作製する。導電性金属材料のパターンを形成するには、所定のレジストパターンでカバーされていない金属材料をエッチングまたは除去する。次に、レジストパターンを除去して、金属材料のパターンを得る。しかしながら、フォトリソグラフィーは、複雑で、プラスチックエレクトロニクスの印刷では費用のかかり過ぎる多工程プロセスである。
【０００３】
接触印刷は、パターン化材料を形成するのに、柔軟性のある非リソグラフィー法である。接触印刷には、潜在的に、従来のフォトリソグラフィー技術を超える大きな利点がある。接触印刷は、電子部品アセンブリにおいて、プラスチックエレクトロニクス上に比較的高解像度のパターンを形成できるからである。マイクロ接触印刷には、基板表面に付与されるミクロン寸法のパターンを可能にする高解像度技術という特徴がある。マイクロ接触印刷はまた、フォトリソグラフィーシステムよりも経済的である。手順的にあまり複雑でなく、究極のところスピンコーティング機器も後続の現像工程も必要としないからである。さらに、マイクロ接触印刷は、オープンリール式電子部品アセンブリ操作に潜在的に適しており、フォトリソグラフィーおよびｅ−電子リソグラフィー（約数十ナノメートルの解像度が望ましい従来より用いられている技術）等の他の技術よりも高処理量の生産が可能となる。多数の画像を、オープンリール式アセンブリ操作において、マイクロ接触印刷を用いて、単一スタンプから印刷することができる。
【０００４】
接触印刷は、無線タグ（ＲＦＩＤ）、センサ、メモリおよびバックパネルディスプレイ等のマイクロ電子デバイスの製造におけるフォトリソグラフィーに代わる可能性がある。分子種を形成する自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）を、基板に転写するというマイクロ接触印刷の能力はまた、金属のパターン化無電解堆積にも用途が見出されている。ＳＡＭ印刷は、高解像度のパターンを作製することができるが、通常、金または銀の金属パターンを、チオールの化学により形成することに限られている。複数のバリエーションがあるものの、ＳＡＭ印刷においては、エラストマースタンプに与えられたポジのレリーフパターンが基板に着色される。典型的にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）でできたエラストマースタンプのレリーフパターンは、チオール材料により着色される。典型的に、チオール材料は、アルカンチオール材料である。基板は、金または銀の金属薄膜でブランケットコートされてから、金コートされた基板がスタンプと接触する。スタンプのレリーフパターンの金属膜との接触の際、所望のマイクロ回路パターンを有するチオール材料の単層が、金属膜に転写される。アルカンチオールは、自己組織化プロセスにより、金属に秩序ある単層を形成する。その結果、ＳＡＭは密集し、金属に良好に接合する。このように、ＳＡＭは、着色基板を、金属エッチング溶液に浸漬すると、エッチングレジストとして作用し、ＳＡＭ保護金属領域以外は全て、下にある基板からエッチングされる。ＳＡＭは、剥離されて、所望のパターンの金属が残る。
【０００５】
材料を基板、特に、発光素子に転写する方法は、Ｃｏｅ−Ｓｕｌｌｉｖａｎら、国際公開第２００６／０４７２１５号パンフレットに開示されている。この方法には、スタンプアプリケータの表面に材料を選択的に堆積し、スタンプアプリケータの表面を基板に接触することが含まれる。スタンプアプリケータは、テクスチャ付与、すなわち、凹凸パターンのある表面を有していても、特徴部なし、すなわち、凹凸を有していなくてもよい。材料は、ナノ材料インクであり、これは半導体ナノ結晶を含む。材料の基板への直接接触印刷だと、所望のマイクロ回路パターンを基板から形成しない過剰の材料をエッチングまたは除去するＳＡＭ印刷に関連する工程が排除される。スタンプアプリケータは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のエラストマー材料で作製することができる。
【０００６】
チオールの化学により印刷すると、２０ｎｍの特徴部が得られることが分かっているが、数少ない金属に限られており、オープンリール式プロセスには適合しない。対照的に、約５０ミクロン以下、特に、１〜５ミクロンの解像度を備えた機能材料のパターンを、機能材料の直接レリーフ印刷により形成するのは難しい。
【０００７】
従って、機能材料のパターンを基板上に形成する方法を提供することが望まれている。機能材料のパターンを、基板上に直接する形成する方法が望まれている。基板上に導体材料のパターンを直接形成して、パターンを形成しない導体材料を除去するための中間エッチング工程を省くことが特に望ましい。かかる方法については、エラストマースタンプによるマイクロ接触印刷をしやすく、解像度５０ミクロン以下、特に、約１〜５ミクロンを再生できるのも望ましい。ただし、金属への印刷に限られない。かかる方法は、パターンの特徴部のない領域における機能材料の転写の問題を排除することも望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板上に機能材料のパターンを形成する方法を提供する。本方法は、隆起表面を備えたレリーフ構造を有し、弾性率が少なくとも１０メガパスカルであるエラストマースタンプを提供することを含む。機能材料と液体とを含む液体組成物を、スタンプのレリーフ構造に適用し、少なくとも隆起表面に機能材料のフィルムが十分に形成されるように、レリーフ構造の組成物から液体を除去する。機能材料は、隆起表面から転写されて、基板上にパターンを形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】マイクロ回路のパターンまたはその他機能電子経路を形成するレリーフ構造を有するマスターの立断面図である。
【図２】支持体とマスターとの間に、化学線に露光されたエラストマー材料の層を有する印刷フォーム前駆体の一実施形態の立断面図である。
【図３】マスターから分離された、印刷フォーム前駆体から形成されたスタンプの立断面図である。スタンプは、マスターのレリーフパターンに対応するレリーフ構造を有し、特に、スタンプのレリーフ構造は、マスターのレリーフと反対の、少なくとも隆起表面とリセス表面のパターンを含む。
【図４】機能材料をスタンプのレリーフ構造に適用する一実施形態としての、スピンコーターのプラットフォームにあるエラストマースタンプの立断面図である。
【図５】基板と接触するレリーフ構造の隆起表面に、機能材料層を有するエラストマースタンプの立断面図である。
【図６】基板から分離され、隆起表面の機能材料を基板に転写して、機能材料のパターンを形成するエラストマースタンプの立断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明について、同じ参照文字は、全ての図面において同じ要素を参照している。
【００１１】
本発明は、これらに限られるものではないが、電子、光学、センサおよび診断用途をはじめとする様々な用途において、デバイスおよびコンポーネントに用いるために、基板上に機能材料のパターンを形成する方法を提供する。本方法は、機能材料として、様々な活性材料および不活性材料のパターン形成に適用することができる。本方法は、マスキング材料としてチオール材料のエラストマースタンプによる適用に限定されない。本方法は、機能材料のパターンを、広い面積について、５０ミクロン未満のライン解像度で、様々な基板上に機能材料のパターンを直接形成できるため、特に、マイクロ回路を形成することができる。１〜５ミクロンの微細ライン解像度でも、本発明の方法により達成することができる。本方法は、機能材料を転写するために、レリーフ構造を有するエラストマースタンプで、スタンプのサギングなし、または大幅なサギングなしで、材料の基板への望ましくない転写をすることなく、容易に印刷を行うものである。本方法は、従来のマイクロ接触印刷に付随する画像信頼性および解像度を保持しながら、機能材料のライン間にきれいな、特徴部のない（開放された）バックグラウンドを与える。本発明の方法では、比較的広い面積にわたって、ミクロンの解像度で様々な機能材料を印刷することができる。本方法はまた、１つ以上の下にある層の機能を損なうことなく、連続したオーバーレイの印刷を可能にする。本方法は、特に、オープンリール式プロセス等の電子デバイスおよびコンポーネントの製造のための高速製造プロセスに適用できる。
【００１２】
スタンプは、基板のパターン化のために提供される。スタンプは、隆起表面を備えたレリーフ構造を含む。典型的に、レリーフ構造は、複数の隆起表面と複数のリセス表面とを含む。スタンプのレリーフ構造は、機能材料を基板上に印刷するための隆起表面のパターンを形成する。基板上の機能材料のパターンは、コンポーネントまたはデバイスに有効な機能を与える。エラストマースタンプのレリーフ構造の隆起表面は、本方法により基板上に最終的に形成される機能材料のパターンを表し、リセス表面は、基板上のバックグラウンドまたは特徴部のない領域を表す。本発明の方法は、少なくとも１０メガパスカル（Ｍｐａ）の弾性率を有するエラストマースタンプを用いる。これにより、５０ミクロン未満の解像度の基板上の様々な機能材料の特徴部を形成することができる。３０ミクロン未満、１〜５ミクロンと微細なライン解像度を形成することができる。機能材料が、例えば、半導体または誘電体材料である、ある実施形態において、５０ミクロン未満の解像度が可能である。この解像度は、電子デバイスおよびコンポーネントの要件に適合するものである。機能材料が、例えば、導電材料である、ある実施形態において、本方法は、１〜５ミクロンの特徴部を形成することができる。本発明の方法は、基板上に機能材料のパターンを直接印刷できるため、導電性パターンを形成するための標準マイクロ接触印刷に関連する中間エッチング工程が省かれる。ある実施形態において、本発明の方法は、スタンプサギング（すなわち、リセス部分の天井崩壊）から典型的に生じる、機能材料の、基板上のパターンのない領域への転写を最小にもする。本発明の方法は、スタンプの隆起表面およびリセス表面の相対的な寸法に関わらず、機能材料のパターン形成に適用することができる。
【００１３】
スタンプは、マイクロ接触印刷の業界の当業者であれば理解される従来のやり方で形成される。例えば、スタンプは、レリーフ形態を表す表面（スタンプレリーフ構造の反対）を有するマスター上で、材料の層を鋳造および硬化することにより製造される。スタンプは、化学線への露光、加熱またはこれらの組み合わせにより硬化される。スタンプは、このように、エラストマー材料の層を含む。これは、エラストマー層、硬化層または硬化エラストマー層と呼ばれる。スタンプはまた、例えば、レリーフ構造を生成するやり方で、剥離またはエングレイブによっても製造できる。スタンプのレリーフ構造において、隆起表面が基板と十分選択的に接触するよう、隆起表面はリセス表面から高さがある。リセス表面から隆起表面までの高さもまた、レリーフ深さと呼ばれる。一実施形態において、隆起表面は、リセス表面から約０．２〜２０ミクロンの高さを有している。他の実施形態において、隆起表面は、リセス表面から約０．２〜２ミクロンの高さを有している。スタンプを形成するエラストマー層は、レリーフ構造が、印刷のための層中に形成できるのであれば特に限定されない厚さを有している。一実施形態において、エラストマー層の厚さは、１〜５１ミクロンである。他の実施形態において、エラストマー層の厚さは、５〜２５ミクロンである。
【００１４】
エラストマー層により、少なくとも１０メガパスカル、好ましくは１０メガパスカルを超える弾性率のスタンプが得られる。弾性率は、応力の増分対歪みの増分の比率である。本発明の方法について、弾性率は、ヤング率であり、低い歪みで、応力と歪みの関係が直線で、材料が、応力および歪みから回復できるようなものである。弾性率はまた、弾力性係数、弾力性率または弾性係数とも呼ばれる。弾性率は、当業者に周知の機械的特性である。材料の弾性率およびその他機械的特性の説明およびその分析は、Ｍａｒｋｓ’Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｆｏｒ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，ｅｄｓ．Ａｖａｌｏｎｅ，Ｅ．およびＢａｕｍｅｉｓｔｅｒ ＩＩＩ，Ｔ．，第９版、５章、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ、１９８７年にある。エラストマースタンプの弾性率を求めるのに好適な方法は、ＯｌｉｖｅｒおよびＰｈａｒｒ、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．７，１５６４（１９９２年）に記載されている。この方法は、エラストマー薄層、例えば、厚さ５１ミクロン未満のスタンプを形成するエラストマー層の弾性率を求めるのに特に好適である。印刷スタンプの弾性率は、試料表面に対して法線で、既知の形状を有するインデンター先端を備えたインデンテーション試験機（インデンター）で測定することができる。インデンター先端を、プリセット値まで増大する負荷をかけることにより、試料に作用させる。試料の部分的または完全な弛緩が生じるまで、負荷を徐々に減じる。試料に、複数回のインデンテーションを行うことができる。荷重／非荷重および変位は、試験プロセス全体にわたって、連続的に記録されて、荷重変位曲線が生成され、これにより、弾性率その他といった機械的特性を求めることができる。各インデンテーションについての荷重／非荷重曲線の分析は、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．に元々紹介されたＯｌｉｖｅｒおよびＰｈａｒｒに記載された方法により行われる。
【００１５】
スタンプを形成する材料は、エラストマーで、これは、スタンプの少なくとも隆起部分を、基板の表面に適合させて、マスキング材料の完全な転写を促進するためのものである。少なくとも１０メガパスカルの弾性率によって、直接レリーフ印刷により、基板上に機能材料の微細な解像度のパターンを、スタンプは確実に再生することができる。少なくとも１０メガパスカルの弾性率を備えたスタンプは、機能材料の基板への直接印刷により、改善された解像度が可能となる。少なくとも１０メガパスカルの弾性率を有するスタンプのある実施形態において、スタンプが示すリセス領域におけるサギングは少ない。一実施形態において、エラストマースタンプは、少なくとも１１メガパスカルの弾性率を有する。一実施形態において、エラストマースタンプは、少なくとも１５メガパスカルの弾性率を有する。他の実施形態において、エラストマースタンプは、少なくとも２０メガパスカルの弾性率を有する。他の実施形態において、エラストマースタンプは、少なくとも４０メガパスカルの弾性率を有する。
【００１６】
スタンプは、機能材料のパターンを、基板にレリーフ印刷することにより再生することのできる任意の材料または材料の組み合わせから製造することができる。エラストマースタンプを形成するのに好適なポリマー材料としては、これらに限られるものではないが、例えば、フルオロポリマー、重合可能なフッ素化化合物、エポキシポリマー、共役ジオレフィンハイドロカーボンのポリマー、例えば、ポリイソプレン、１，２−ポリブタジエン、１，４−ポリブタジエンおよびブタジエン／アクリロニトリル、Ａ−Ｂ−Ａ型ブロックコポリマーのエラストマーブロックコポリマー（Ａは、非エラストマーブロック、好ましくはビニルポリマーおよび最も好ましくはポリスチレンを表し、Ｂはエラストマーブロック、好ましくはポリブタジエンまたはポリイソプレンを表す）ならびにアクリレートポリマーが挙げられる。Ａ−Ｂ−Ａブロックポリマーとしては、これらに限られるものではないが、ポリ（スチレン−ブタジエン−スチレン）およびポリ（スチレン−イソプレン−スチレン）が例示される。シリコーンポリマー、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が、少なくとも１０メガパスカルの弾性率を備えたスタンプを与えることのできる範囲であれば、シリコーンポリマーも好適な材料である。エラストマースタンプに用いる材料の選択は、ある程度、スタンプに／スタンプにより適用された機能材料および液体の組成に応じて異なる。例えば、エラストマースタンプ用に選択された材料は、組成物、特に、液体と接触しながら、膨潤に対して抵抗性がなければならない。フルオロポリマーは、典型的に、有機溶剤（機能材料について）に対して抵抗性がある。機能材料と共に用いるある溶剤、例えば、クロロホルムは、シリコーンベースのスタンプ、例えば、ＰＤＭＳを膨潤する傾向がある。スタンプの膨潤によって、基板上の微細解像度パターンを生成する能力が変わる。ポリマー材料は、エラストマーであっても、硬化によりエラストマーになるものであってもよい。ポリマー材料自体は、感光性であり、かつ／またはポリマー材料が、組成物を感光性とする１種以上の添加剤と共に組成物中に含まれていてもよい。
【００１７】
一実施形態において、レリーフ構造が、化学線に露光する際に形成できるようエラストマースタンプを形成する材料は感光性である。「感光性」という用語には、感光性組成物が、化学線に応答して、１つ以上の反応、特に、光化学反応を開始できる系が含まれる。化学線への露光の際、モノマーおよび／またはオリゴマーの連鎖重合は縮合機構か、フリーラジカル付加重合のいずれかにより誘導される。全ての光重合可能な機構が考えられるが、エラストマースタンプ材料として有用な感光性組成物は、１つ以上の末端エチレン化不飽和基を有するモノマーおよび／またはオリゴマーのフリーラジカル開始付加重合について説明する。これに関して、化学線に露出したときの光開始剤系は、モノマーおよび／またはオリゴマーの重合を開始するのに必要なフリーラジカルの源として作用し得る。
【００１８】
組成物は感光性である。組成物は、光開始付加重合によりポリマーを形成することのできる少なくとも１つのエチレン化不飽和基を有する化合物を含有するためである。感光性組成物はまた、化学線により活性化される開始系も含有していて、光重合を誘導してもよい。重合可能な化合物は、非末端エチレン化不飽和基を有している、かつ／または組成物は、架橋を促進するモノマー等の１つ以上のその他の化合物を含有していてもよい。このように、「光重合可能な」という用語は、光重合可能、光架橋可能またはその両方の系を包含するものである。本明細書で用いる、光重合はまた、硬化とも呼ばれる。エラストマースタンプを形成する感光性組成物は、１つ以上の成分および／または添加剤を含んでいてよく、これらに限られるものではないが、組成物を安定化またはその他強化する光開始剤、１つ以上のエチレン化不飽和化合物（モノマーと呼ばれる）、フィラ−、界面活性剤、熱重合防止剤、処理助剤、酸化防止剤、光増感剤等が挙げられる。
【００１９】
光開始剤は、化学線に感受性のある単一化合物または化合物の組み合わせとすることができ、過剰な停止反応なしで、重合を開始するフリーラジカルを生成する。公知の部類の光開始剤、特に、フリーラジカル開始剤、例えば、芳香族ケトン、キノン、ベンゾフェノン、ベンゾインエーテル、アリールケトン、過酸化物、ビイミダゾール、ベンジルジメチルケタ―ル、ヒドロキシルアルキルフェニルアセトフォン、ジアルコキシアセトフェノン、トリメチルベンゾイルホスフィンオキシド誘導体、アミノケトン、ベンゾイルシクロヘキサノール、メチルチオフェニルモルホリノケトン、モルホリノフェニルアミノケトン、アルファハロゲノアセトフェノン、オキシスルホニルケトン、スルホニルケトン、オキシフルホニルケトン、スルホニルケトン、ベンゾイルオキシムエステル、チオキサントロン、カンファーキノン、ケトクマリンおよびミヒラーズケトンを用いてよい。一実施形態において、光開始剤は、芳香族ケトン型の公知のフッ素を含まない光開始剤に基づくフッ素化光開始剤を含む。あるいは、光開始剤は、化合物の混合物であってもよく、そのうちの１つが、放射線により活性化される感光剤により、そのように行うと、フリーラジカルを与える。液体光開始剤は、組成物中で良好に分散するため、特に好適である。好ましくは、開始剤は、紫外線に感受性がある。光開始剤は、通常、感光性組成物の重量に基づいて、０．００１％〜１０．０％の量で存在する。
【００２０】
化学線により活性化される組成物中に用いることのできるモノマーは業界で周知であり、これらに限られるものではないが、付加重合エチレン化不飽和化合物が挙げられる。付加重合化合物はまた、オリゴマーであってもよく、オリゴマーの単体または混合物とすることができる。組成物は、単体モノマーまたはモノマーの組み合わせを含有することができる。付加重合可能なモノマー化合物は、組成物の重量の５％未満、好ましくは３％未満の量で存在し得る。
【００２１】
一実施形態において、エラストマースタンプは、化学線に露光する際に、重合するフッ素化化合物を含む感光性組成物で構成されていて、フッ素化エラストマーベースの材料を形成する。好適なエラストマーベースのフッ素化化合物としては、これらに限られるものではないが、重合反応により重合または架橋可能なパーフルオロポリエーテル、フルオロオレフィン、フッ素化熱可塑性エラストマー、フッ素化エポキシ樹脂、フッ素化モノマーおよびフッ素化オリゴマーが挙げられる。一実施形態において、フッ素化化合物は、反応して重合し、フッ素化エラストマー材料を形成する１つ以上の末端エチレン化不飽和基を有する。エラストマーベースのフッ素化化合物は、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリエステル、ポリシロキサン、ポリアミドおよび印刷フォーム前駆体および／またはその使用に好適なスタンプの所望の特性を達成するその他等でホモ重合または共重合することができる。化学線への露光は、フッ素化化合物を重合するのに十分なものであり、印刷スタンプとして用いられるようになり、高圧および／または室温より高い高温の印加は必要ない。化学線に露光することにより硬化するフッ素化化合物を含有する組成物の利点は、ＰＤＭＳベースの系等、熱硬化する組成物に比べると特に、組成物が比較的早く（例えば、１分以下で）硬化し、単純なプロセス過程であることである。
【００２２】
一実施形態において、エラストマースタンプは、フッ素化化合物が、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）化合物である感光性組成物の層を含む。パーフルオロポリエーテル化合物は、少なくとも大部分がパーフルオロエーテルセグメント、すなわち、パーフルオロポリエーテルを含む化合物である。ＰＦＰＥ化合物中に存在するパーフルオロエーテルセグメントの大部分は、ＰＦＰＥ化合物の総重量に基づいて、８０重量パーセント以上である。パーフルオロポリエーテル化合物はまた、フッ素化されていないハイドロカーボンまたはハイドロカーボンエーテルである、かつ／またはフッ素化されているが、過フッ素化されていないハイドロカーボンまたはハイドロカーボンエーテルである１つ以上の延長セグメントを含んでいてもよい。一実施形態において、パーフルオロポリエーテル化合物は、少なくとも大部分がパーフルオロポリエーテルセグメントおよび末端光反応性セグメント、任意で、フッ素化されていないハイドロカーボンの延長セグメントを含む。パーフルオロポリエーテル化合物は、１つ以上の末端エチレン化不飽和基により官能基が付与されて、化合物を、化学線に対して反応性とする（すなわち、光反応性セグメント）。光反応性セグメントはまた、光重合可能なセグメントとも呼ばれる。
【００２３】
パーフルオロポリエーテル化合物は、限定されないが、鎖状および分岐構造を含む。パーフルオロポリエーテル化合物の鎖状骨格構造が好ましい。ＰＦＰＥ化合物は、モノマーであってよいが、典型的には、室温でオリゴマーおよび液体である。パーフルオロポリエーテル化合物は、オリゴマーパーフルオロエーテルセグメントを有するオリゴマー二官能性モノマーと考えてもよい。パーフルオロポリエーテル化合物は、光化学的に重合して、スタンプのエラストマー層を与える。ＰＦＰＥベースの材料の利点は、ＰＦＰＥが高フッ素化されていて、有機溶剤、特に、マイクロ接触印刷技術に用いるのに望ましい塩化メチレン、クロロホルム、テトラヒドロフラン、トルエン、ヘキサンおよびアセトニトリル等による膨潤に抵抗性があることである。
【００２４】
任意で、エラストマースタンプは、可撓性フィルム、好ましくは可撓性ポリマーフィルムの支持体を含む。可撓性支持体は、スタンプのエラストマーレリーフ表面を、印刷可能な電子基板に、反りまたは歪みを生じさせることなく、適合または実質的に適合可能とする。支持体はまた、スタンプをマスターから剥離しながら、スタンプのエラストマー層と共に曲げることができるほど十分に可撓性でもある。支持体は、非反応性で、スタンプの製造および使用状況にわたって安定なままのフィルムを形成するポリマー材料とすることができる。好適なフィルム支持体としては、トリアセチルセルロース等のセルロースフィルムおよび、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリイミドおよびポリエステル等の熱可塑性材料が例示される。好ましいのは、ポリエチレン、例えば、ポリエチレンテレフタレートおよびポリエチレンナフタレートのフィルムである。同じく支持体に含まれるのは可撓性ガラスである。典型的に、支持体の厚さは、２〜５０ミル（０．００５１〜０．１３ｃｍ）である。典型的に、支持体はシートフィルムの形態であるが、この形態に限定されない。一実施形態において、支持体は、感光性組成物が重合する化学線に対して透明、または実質的に透明である。
【００２５】
任意で、エラストマースタンプは、機能材料適用前は、レリーフ表面に１つ以上の層を含んでいてよい。１つ以上の層は、例えば、機能材料の、スタンプから基板への転写を補助する。追加の層として用いるのに好適な材料の一例としては、フッ素化化合物が挙げられる。一実施形態において、追加の層は、機能材料の基板への転写後、エラストマースタンプと共に残る。
【００２６】
機能材料は、マイクロ加工によりパターン化されて、様々なコンポーネントおよびデバイスにおける操作を促進する材料である。機能材料は、活性材料または不活性材料とすることができる。活性材料としては、これらに限られるものではないが、電気的活性材料、光活性材料および生物学的活性材料が挙げられる。本明細書で用いる「電気的活性」、「光活性」および「生物学的活性」とは、電磁場、電位、太陽またはその他エネルギー放射線、生物刺激場またはこれらの組み合わせ等の刺激に応答して所定の活性を示す材料のことを指す。不活性材料としては、これらに限られるものではないが、絶縁材料、例えば、誘電体材料、平坦化材料、バリア材料および閉じ込め材料が挙げられる。一実施形態において、平坦化材料が、カラーフィルタにおいてピクセルのパターンの上部に印刷されて、全てのピクセルを同じ高さとする。一実施形態において、バリア材料は、パターンで印刷されて、バリアを形成して、カソード中の電荷によって、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）中、発光ポリマー層への電荷注入が促される。一実施形態において、閉じ込め材料は、パターンとして印刷されて、後に適用される液体の、閉じ込め材料のパターンにより画定される特定の領域に対する膨張を制限する。不活性材料についての機能材料は、上述した実施形態に用いるものだけに限定されない。活性材料および不活性材料は、有機または無機とすることができる。有機材料は、ポリマー材料または小分子材料とすることができる。
【００２７】
機能材料は、電子コンポーネントおよびデバイスのマイクロ製造に用いるためにパターン化された材料である。機能材料としては、これらに限られるものではないが、例えば、導体材料、半導体材料、および誘電体材料が挙げられる。機能材料として用いる導体材料としては、これらに限られるものではないが、酸化インジウム錫、銀、金、銅およびパラジウム等の金属、金属錯体、金属合金等が例示される。半導体材料としては、これらに限られるものではないが、例えば、シリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、酸化亜鉛およびセレン化亜鉛が例示される。
【００２８】
機能材料は、微粒子、ポリマー、分子等をはじめとする任意の形態とすることができる。典型的に、半導体材料および誘電体材料はポリマーであるが、この形態に限定されず、機能材料は、可溶半導体分子を含むことができる。
【００２９】
本方法に用いる機能材料はまた、導体、半導体および誘電体材料のナノ粒子を含んでいてもよい。ナノ粒子は、サイズがナノメートル（ｎｍ）で測定される微小粒子である。ナノ粒子は、２００ｎｍ未満の少なくとも１つの寸法を有する粒子を含む。一実施形態において、ナノ粒子の直径は、約３〜１００ｎｍである。サイズ範囲の下端では、ナノ粒子はクラスターと呼ばれる。ナノ粒子の形状は、限定されず、ナノスフェア、ナノロッドおよびナノカップが挙げられる。半導体材料でできたナノ粒子はまた、電子エネルギーレベルの量子化が生じるのに粒子が十分に小さい（典型的に、１０ｎｍ未満）場合には、量子ドットとも呼ばれる。半導体材料は、発光量子ドットを含む。バルク材料は、通常、そのサイズに関わらず一定した物理特性を有するが、ナノ粒子については、これは当てはまらないことが多い。半導体粒子における量子閉じ込め、金属粒子における表面プラズモン共鳴および磁気材料における超常磁性のように、サイズ依存特性が観察される。機能材料としては、これらに限られるものではないが、半固体ナノ粒子、例えば、リポソーム、軟性ナノ粒子、ナノ結晶、ハイブリッド構造、例えば、コア−シェルナノ粒子が挙げられる。機能材料としては、カーボンのナノ粒子、例えば、カーボンナノチューブ、導電性カーボンナノチューブおよび半導体カーボンナノチューブが挙げられる。金、銀および銅の金属ナノ粒子および分散液は、ＮａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓおよびＡＮＰより市販されている。
【００３０】
「光活性」という用語は、フォトルミネッセンス、エレクトロルミネッセンス、着色または感光性を示す材料のことを意味する。この用語には、特に、染料、光学漂白剤、フォトルミネッセンス材料、化学線に反応性の化合物および光開始剤が含まれる。一実施形態において、光活性材料には、化学線に応答して、反応、特に、光化学反応を開始できる材料または材料の組み合わせが含まれる。光活性材料は、それ自体が、化学線に反応性のある化合物を含む、かつ／または１種以上の化合物、例えば、組成物の化学線への反応性を与える、モノマーおよび光開始剤の組成物を含むことができる。機能材料の好適な光活性材料としては、感光性組成物およびエラストマースタンプに好適な材料として上述したようなものが挙げられる。一実施形態において、光活性材料は、エラストマースタンプについて上述したとおり、１種以上のフッ素化化合物、例えば、フルオロポリマー、フッ素化モノマーおよびフッ素化オリゴマーとすることができる。他の実施形態において、機能材料は、有機発光ポリマーである。
【００３１】
小分子材料と呼ばれる機能材料のさらなる例としては、これらに制限されないが、有機染料、半導体分子、蛍光発色団、りん光発色団、薬理活性化合物、生物学的活性化合物、触媒活性を有する化合物が挙げられ、単体または他の材料と様々に組み合わせて、電子、センサまたは診断用途に有用なパターン化されたデバイスの製造に好適である。
【００３２】
本発明において用いられるバイオ系材料とも呼ばれる生物学的活性材料としては、これらに限られるものではないが、様々な分子量のデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）が挙げられ、テンプレートまたは骨格として用いて、ＤＮＡを、明確な形状へと結合する他の材料、蛋白質、ポリ（オリゴ）ペプチドおよびポリ（オリゴ）サッカリドを配置することができる、単体または他の材料との様々な組み合わせが、電子、センサまたは診断用途のパターン化デバイスの製造に好適である。
【００３３】
機能材料は、典型的に、液体に、分散、溶解または懸濁されて、スタンプに適用するための組成物が形成される。機能材料に用いる液体は、限定されず、有機化合物および水性化合物を含むことができる。一実施形態において、液体は、アルコールベースの化合物である有機化合物である。液体は、他の物質（すなわち、機能材料）を溶解して、均一な混合物を形成することのできる物質である溶剤、または本発明の方法の工程を実施するのに十分、溶液中に材料を分散または懸濁できるキャリア化合物であってよい。溶剤またはキャリアのいずれにしろ、液体と機能材料は、適用中、スタンプの少なくとも隆起表面を湿潤できるものでなければならない。機能材料は、組成物の総重量に基づいて、０．１〜３０重量％で液体中に存在する。液体は、機能材料のための溶剤またはキャリアとして、１種または２種以上の化合物を含む。一実施形態において、液体は、機能材料のための１種の溶剤を含む。他の実施形態において、液体溶液は、機能材料のための１種のキャリア化合物を含む。他の実施形態において、液体は、機能材料のための２種の溶剤、すなわち、共溶剤混合物を含む。共溶剤混合物を用いる実施形態において、混合物中の成分は、次のガイドラインのうち１つ以上に従って選択する。（１）個々の溶剤成分の蒸発速度（すなわち、揮発度）が異なる。（２）特定の機能材料のための個々の溶剤成分の容媒和力が異なる。個々の溶剤成分の容媒和力および揮発度は、組成物中および／または液体除去中の勾配が形成されるよう十分に異なる。（３）個々の溶剤成分は、スタンプのレリーフ構造からの液体の除去中に生じる組成物範囲にわたって互いに混和する。（４）共溶剤混合物は、スタンプからの液体の除去中、スタンプの隆起表面を濡らし続ける。共溶剤混合物の一例としては、揮発性の低い貧溶剤と共に二成分溶剤溶液を形成する揮発性の高い非常に良好な溶剤（機能材料の）が挙げられる。二成分溶剤溶液が、スタンプの隆起表面から蒸発するにつれて、溶液組成が絶え間なく変化する（勾配）。溶液勾配は、液体の除去中の機能材料の特性変化を促して、スタンプ上にフィルムを形成することができる。かかる乾燥勾配の結果として、変化する特性としては、小芳香族分子の凝集体、例えば、半導体材料、およびＤＮＡや半導体ポリマー等の（バイオ）ポリマーの配座が挙げられる。乾燥勾配から得られる機能材料のフィルムは、物理、化学または生物学的に異なる特性を有し、基板の機能材料のプリ−またはポスト−転写の状態に影響する可能性がある。
【００３４】
機能材料および液体の組成物は、組成物をスタンプのレリーフ構造の少なくとも隆起表面に適用することにより、スタンプに提供される。機能材料および液体の組成物は、これらに限られるものではないが、注入、流し込み、液体鋳造、ジェッティング、浸漬、吹付け、蒸着およびコーティングをはじめとする任意の好適な方法により、スタンプに適用することができる。コーティングの好適な方法としては、スピンコーティング、ディップコーティング、スロットコーティング、ローラーコーティングおよびドクターブレーディングが例示される。一実施形態において、組成物がスタンプに適用されて、スタンプのレリーフ構造上に層を形成する。すなわち、組成物は、隆起表面とリセス表面に層を形成する。スタンプの組成物の層は、連続または不連続とすることができる。組成物の層の厚さは、特に限定されない。一実施形態において、組成物層の厚さは、典型的に、スタンプのレリーフ高さ（隆起表面とリセス表面との差）より少ない。
【００３５】
組成物は、スタンプのレリーフ構造の少なくとも隆起表面上に層を形成することができなければならない。スタンプのエラストマーモジュラスの要件を超えて、スタンプ材料の耐溶剤性等のエラストマースタンプの特定の他の特性、ならびに溶剤の沸点および機能材料の溶剤における溶解度等の機能材料の組成物の特定の特性は、特定の機能材料の能力に影響して、層を形成し、パターンとして基板に転写するものである。しかし、マイクロ接触印刷の当業者であれば、機能材料およびエラストマースタンプの適切な組み合わせを決めることができる。
【００３６】
一実施形態において、機能材料は、基板に適用するための溶剤の液体溶液中にある。他の実施形態において、機能材料は、基板に適用するための共溶剤混合物中にある。機能材料、特に、ナノ粒子の形態にあるときは、適用のためのキャリアシステム中に懸濁している。
【００３７】
機能材料および液体の組成物を、スタンプの少なくとも隆起表面に適用した後、組成物から液体の一部またはすべてを除去し、機能材料はスタンプ上に残す。レリーフ構造上の組成物からの液体は、十分に除去されて、機能材料のフィルムを、スタンプの少なくとも隆起表面に形成する。２種以上の化合物を、機能材料組成物のための液体として用いる場合には、２種以上の化合物の一部またはすべてを除去して、フィルムを形成する。除去は、ガスジェット、吸収材料によるブロット、室温または高温での蒸発等をはじめとする任意のやり方で行うことができる。一実施形態において、除去は、スタンプ上の機能材料の適用中、乾燥によりなされる。効率的な乾燥は、比較的低沸点の機能材料のための溶剤の選択により、かつ／または機能材料の組成物の非常に薄い層（すなわち、約１ミクロン未満）の適用により補助される。液体は、組成物層から十分に除去されて、レリーフ構造に従って、機能材料のパターンが基板に転写されるようにする。一実施形態において、スタンプ上の機能材料のフィルムの厚さは、０．００１〜２ミクロンである。他の実施形態において、スタンプ上の機能材料のフィルム層の厚さは、０．０１〜１ミクロンである。
【００３８】
一実施形態において、機能材料は、液体、すなわち、溶剤またはキャリアを実質的に含まず、レリーフ構造上にフィルムを形成する。他の実施形態において、液体は、組成物から実質的に除去されて、機能材料の乾燥したフィルムを、少なくとも隆起表面に形成し、乾燥したフィルムを、気化状態の化合物に露出して、基板への転写を促す。気化した化合物は限定されず、水蒸気または有機化合物蒸気が挙げられる。以下に限定されるものではないが、フィルムがやや可鍛性となって、機能材料を基板に接合する能力が増大する限りは、乾燥したフィルムを気化した化合物に露出すると、乾燥したフィルムが可塑化するものと考えられる。典型的に、気化した化合物の乾燥したフィルムへの影響は一時的で、その直後、または実質的にその直後に、フィルムが基板へ転写される。
【００３９】
レリーフ構造の隆起表面から基板までの機能材料の転写により、基板上の機能材料のパターンが作成される。転写はまた印刷とも呼ばれる。機能材料の基板の隆起表面との接触によって、機能材料が転写され、スタンプが基板から分離されると、機能材料のパターンが形成される。一実施形態において、隆起表面にある機能材料の全てまたは実質的に全てが基板に転写される。基板からのスタンプの分離は、これらに限られるものではないが、剥離、ガスジェット、液体ジェット、機械的デバイス等をはじめとする任意の好適な手段によりなされる。
【００４０】
任意で、圧力をスタンプに加えて、機能材料の基板との接触および基板への完全な転写を確実なものとする。機能材料を基板に転写するのに用いる好適な圧力は、５ポンド／ｃｍ2未満、好ましくは１ポンド／ｃｍ2未満、より好ましくは０．１〜０．９ポンド／ｃｍ2、最も好ましくは約０．５ポンド／ｃｍ2である。機能材料の基板への転写はいずれのやり方で行ってもよい。機能材料の転写は、スタンプのレリーフ表面を基板に動かす、または基板をスタンプのレリーフ表面に動かす、または基板とレリーフ表面の両方を接触させて動かすことによりなされる。一実施形態において、機能材料は、手動で転写される。他の実施形態において、機能材料の転写は、例えば、コンベヤーベルト、オープンリール式プロセス、直接駆動可動固定具またはパレット、チェーン、ベルトまたはギア駆動固定具またはパレット、摩擦ローラ、印刷プレスまたは回転式装置により、自動化される。機能材料の層の厚さは、特に限定されず、基板上の機能材料層の典型的な厚さは、１０〜１００００オングストロームである。
【００４１】
本発明の方法は、典型的に、室温、すなわち、１７〜３０℃（６３〜８６°Ｆ）の温度で行われるが、これに限定されない。熱が、エラストマースタンプ、機能材料、基板、基板上にパターンを形成する能力に悪影響を及ぼさない限りは、本発明の方法は、約１００℃までの高温で行われる。
【００４２】
機能材料のパターンが、上に形成できるのであれば、基板は、限定されないが、プラスチック、ポリマーフィルム、金属、シリコン、ガラス、ファブリック、紙およびこれらの組み合わせが挙げることができる。基板は不透明または透明とすることができる。基板は剛性または可撓性とすることができる。本発明の方法による機能材料のパターンが基板上に形成される前、基板はまた、他の材料の１つ以上の層および／または１つ以上のパターンを含んでいてもよい。基板の表面は、接着促進表面、例えば、プライマー層を含む、または処理して、接着層または機能材料の基板への接着を促すことができる。好適な基板としては、例えば、ポリマー、ガラスまたはセラミック基板上に金属フィルムのあるもの、ポリマー基板上に１枚または複数の導電性フィルム、その上に金属フィルムのあるもの、ポリマー基板上に半導体フィルム、その上に金属フィルムのあるものが挙げられる。好適な基板のさらなる例としては、例えば、ガラス、酸化インジウム錫コートガラス、酸化インジウム錫コートポリマーフィルム、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、シリコンおよび金属ホイルが例示される。基板は、パターンが転写される１つ以上の電荷注入層、電荷輸送層および半導体層を含むことができる。
【００４３】
任意で、基板上の機能材料のパターンは、加熱、紫外線および赤外線等の化学線源への露光等のさらなる処理工程を行ってもよい。機能材料が、ナノ粒子の形態である実施形態において、追加の処理工程は、機能材料を有効にする必要がある。例えば、機能材料が、金属ナノ粒子で構成されているときは、機能材料のパターンを加熱して、粒子を焼結し、パターンのラインを導電性にしてもよい。焼結は、ナノ粒子の形態等の金属粉末を、溶融せずに、加熱することにより、コヒーレント結合塊を形成する。導体材料を、約２２０℃未満、好ましくは約１４０℃未満の温度まで加熱すると、ナノ粒子導体材料が、連続機能フィルムへと焼結する。
【００４４】
本発明の方法は、これらに限られるものではないが、電子、光学、センサおよび診断用途をはじめとする様々な用途で、デバイスおよびコンポーネントに用いる基板上に機能材料のパターンを形成する方法を提供する。本方法を用いて、電子デバイスおよびコンポーネント、ならびに光学デバイスおよびコンポーネントに用いる活性材料または不活性材料のパターンを形成することができる。かかる電子および光学デバイスおよびコンポーネントとしては、無線タグ（ＲＦＩＤ）、センサ、メモリおよびバックパネルディスプレイが挙げられる。本方法を用いて、基板上に、導体材料、半導体材料、誘電体材料のパターンを形成することができる。本方法を用いて、センサまたは診断用途に用いる基板上に生物材料および薬理活性材料のパターンを形成することができる。本方法によれば、機能材料を、セルまたはピクセルのバリア壁を形成して、発光材料、カラーフィルタ着色材料を含むパターンへ、あるいは、溶液から供給されたソース材料とドレイン電極間のチャネル長を画定するパターンへと形成することができる。バリア壁のパターンはまた、閉じ込め層またはバリア層とも呼ばれる。本方法によれば、機能材料を、バリア壁を形成するパターンへと形成し、カラーフィルタピクセルとして用いるセルを作成することができる。カラーフィルタピクセルに、顔料着色剤、染料着色剤をはじめとするカラーフィルタ用の着色材料を充填することができる。本方法によれば、機能材料を、ソース材料およびドレイン材料等の他の材料が、チャネルに供給されるトップゲートデバイスのためのトランジスタチャネルへと形成することができる。本方法によれば、機能材料を、ソースおよびドレイン材料が、チャネルに供給されるボトムゲートデバイスのための基板の半導体層上のトランジスタチャネルへと形成することができる。他の材料を、インクジェットをはじめとする手段により、溶液として基板上のセルに供給することができる。
【００４５】
図１〜３は、鋳造操作において、スタンプ５をスタンプ前駆体１０から作製する方法の一実施形態を示す。図１に、マスター基板１５の表面１４に形成されたマイクロ電子特徴部のネガレリーフのパターン１３を有するマスター１２を示す。マスター基板１５は、平滑または実質的に平滑な金属、プラスチック、セラミックまたはガラスとすることができる。一実施形態において、マスター基板はガラスまたはシリコン面である。典型的に、マスター基板１５上のレリーフパターン１３は、当業者に周知の従来の方法により、フォトレジスト材料で形成される。プラスチック格子フィルムおよび石英格子フィルムはまたマスターとしても用いることができる。約ナノメートルの微細特徴部が望ましい場合には、マスターは、ｅ−ビーム放射線によりシリコンウェハ上に形成することができる。
【００４６】
マスター１２は、鋳型筺体に、かつ／またはその周囲に沿ってスペーサ（図示せず）と共に配置して、感光性組成物の均一な層の形成を補助してもよい。スタンプを形成するプロセスは、鋳型筺体またはスペーサを用いずに単純化することができる。
【００４７】
図２に示す一実施形態において、感光性組成物が導入されて、層２０を、レリーフパターン１３を有するマスター１２の表面に形成する。感光性組成物は、これらに限られるものではないが、注入、流し込み、液体鋳造およびコーティングをはじめとする任意の好適な方法により、マスター１２に導入することができる。一実施形態において、感光性組成物は、液体をマスターに注ぐことにより、層２０に形成される。感光性組成物２０の層をマスター１２に形成すると、化学線露光後に、硬化した組成物が、厚さ約５〜５０ミクロンの固体エラストマー層を形成する。示される実施形態において、支持体１６は、マスター１２の反対の感光性組成物層２０の側部に配置されて、接着層が、存在する場合には、感光性組成物の層に近接して、スタンプ前駆体１０が形成される。支持体１６は、スタンプ前駆体１０を得るのに好適な任意のやり方で組成物層に適用することができる。図示した実施形態においては紫外線である化学線露光の際、スタンプ前駆体１０の透明支持体１６を通して、感光性層２０が重合して、スタンプ５のための組成物のエラストマー層２４を形成する。感光性組成物２０の層は、化学線露光により硬化または重合する。さらに、典型的に、露光を窒素雰囲気中で実施して、露光中の、雰囲気酸素の存在、および重合反応に酸素が与える影響を排除または最小にする。
【００４８】
印刷フォーム前駆体を、紫外（ＵＶ）または可視光等の化学線に露光して、層２０を硬化することができる。化学線は、透明支持体１６を通して、感光性材料を露光する。露光した材料は、重合および／または架橋して、マスターのレリーフパターンに対応するレリーフ表面を備えた固体エラストマー層を有するスタンプまたはプレートとなる。一実施形態において、好適な露光エネルギーは、３６５ｎｍ Ｉ−ライナ露光ユニットで約１０〜２０ジュールである。
【００４９】
化学線源は、紫外、可視および赤外波長領域を含む。特定の化学線源の適合性は、感光性組成物の感光度、任意の開始剤および／またはスタンプ前駆体を調製するのに用いる少なくとも１つのモノマーにより決まる。スタンプ前駆体の好ましい感光度は、良好な室内光安定性を与えるよう、スペクトルのＵＶおよび短波長可視光領域にある。好適な可視およびＵＶ源としては、カーボンアーク、水銀蒸気アーク、蛍光ランプ、電子フラッシュユニット、電子ビームユニット、レーザおよび写真フラッドランプが例示される。ＵＶ放射線の最も好適な源は、水銀蒸気ランプ、特に、日光ランプである。これらの放射線源は、通常、３１０〜４００ｎｍの長波ＵＶ放射線を放出する。これらの特定のＵＶ源に感受性のあるスタンプ前駆体は、３１０〜４００ｎｍを吸収するエラストマーベースの化合物（および開始剤）を用いる。
【００５０】
図３において、支持体１６を含むスタンプ５は、剥離によりマスター１２から分離される。スタンプ５の支持体１６は、支持体およびスタンプが、マスター１２から分離するのに必要な曲げに耐えられるという点で十分に可撓性である。支持体１６は、硬化したエラストマー層２４と共に残って、ソフトリソグラフィー印刷法に関連したマイクロパターンおよびマイクロ構造を再生するのに必要な寸法安定性を備えたスタンプ５を与える。スタンプ５は、支持体１６の反対側に、マスター１２のレリーフパターン１３のネガに対応するリセス表面２８と隆起表面３０とを有するレリーフ構造２６を含む。レリーフ構造２６には、隆起部分３０とリセス部分２８との間に高さの差、すなわち、レリーフ深さがある。スタンプ５のレリーフ構造２６は、機能材料３２を、基板３４に印刷するための隆起表面３０と、印刷されないリセス表面部分２８とのパターンを形成する。
【００５１】
図４において、スタンプ５は、機能材料３２を、スタンプ５のレリーフ構造２６に適用するための一実施形態として、スピンコーティングデバイスのプラットフォーム３５にある。機能材料３２は、スタンプ５のレリーフ構造２６に適用され、プラットフォームを回転して、機能材料の比較的均一な連続層を形成する。スタンプ５への適用後、機能材料を乾燥して、室温での蒸発により、液体キャリアを除去する。
【００５２】
図５において、機能材料３２の層を有するスタンプ５と基板３４とを、互いに近接配置して、スタンプ５の隆起表面３０の機能材料が、基板３４の表面３８と接触するようにする。
【００５３】
図６において、スタンプ５は、基板３４から分離しており、基板と接触する機能材料３２は基板上に残り、転写されて、機能材料のパターン４０を形成する。基板３４は、機能材料３２のパターン４０と機能材料のない開口領域４２とを含む。基板３４上にある機能材料３２は、電子デバイスまたはコンポーネントのパターン４０を作成する。
【００５４】
本発明の方法は、少なくとも１０メガパスカル（Ｍｐａ）の弾性率を有するエラストマースタンプを用いる。これによって、５０ミクロン未満の解像度から少なくとも１〜５ミクロンと様々な機能材料の微細な特徴部を、基板上に形成する能力が与えられる。好適なライン解像度の機能材料のパターンを形成する本発明の方法の能力は、決してこれらに限られるものではないが、エラストマースタンプの材料の選択、印刷されている機能材料、機能材料の組成、本発明の方法が実施される条件等により影響される。電子デバイスおよびコンポーネントにおいて、最終用途に所望のライン解像度を与えるための最良の材料および条件を決めるのは、当業者にとって所定のことであると考えられる。
【実施例】
【００５５】
用語
ＩＴＯ 酸化インジウム錫
ＰＦＰＥ パーフルオロポリエーテル
ＴＨＦ テトラヒドロフラン
【００５６】
特に断りのない限り、パーセンテージは全て合計組成物の重量基準である。
【００５７】
実施例１
以下の実施例は、ポリフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）製の印刷スタンプによる基板上への発光ポリマー（ＬＥＰ）の印刷の実例である。
【００５８】
印刷スタンプ作製
マスター作製：
厚さ１．５マイクロメートルの層のネガフォトレジストＳＵ−８タイプ２（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ（Ｎｅｗｔｏｎ，ＭＡ）製）を、３０００ｒｐｍで６０秒間シリコンウェハ上にコートした。コートされたフォトレジストフィルムを備えたウェハを、６５℃で１分間加熱してから、９５℃で１分間ベークして、フィルムを完全に乾燥した。ベークしたフィルムを、１２秒間、Ｉ−ライナ（ＯＡＩ Ｍａｓｋ Ａｌｉｇｎｅｒ、Ｍｏｄｅｌ２００）中で３６５ｎｍで、寸法が１〜５ミクロンのライン、スペースおよびスクエアのパターンを有するマスキングを通して露光し、６５℃で１分間ポストベークした。９５℃で１分間の最終ベーク後、露光したフォトレジストを、ＳＵ−８現像液で１分間現像し、イソプロピルアルコールで洗った。現像したフィルムを窒素で乾燥し、ウェハ上にパターンを形成し、スタンプのためのマスターとして用いた。
【００５９】
スタンプ前駆体作製：
支持体を、ＵＶ硬化性の光学的に透明な接着剤、タイプＮＯＡ７３（Ｎｏｒｌａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ；Ｃｒａｎｂｕｒｙ，ＮＪより購入）の層を、厚さ５ミクロンで、５ミル（０．０１２７ｃｍ）のＭｅｌｉｎｅｘ（登録商標）５６１ポリエステルフィルム支持体上に、スピンコーティングにより、３０００ｒｐｍで適用し、紫外線（３５０〜４００ｎｍ）に、１．６ワット出力（２０ｍワット／ｃｍ2）で、９０秒間、窒素環境で露光により硬化することにより作製した。
【００６０】
ポリフルオロポリエーテル化合物を、以下の手順により作製した。無水ＴＨＦ（１００ｍｌ）中Ｓｏｌｖａｙ Ｓｏｌｅｘｓｉｓ（Ｔｈｏｒｏｆａｒｅ，ＮＪ）（１０ｇｒ、０．００５モル、１当量）およびＢＨＴ（１ｗｔ％ＦＬＫ−Ｄ２０ ０．００１ｇｒ）より購入したＦＬＫ−Ｄ２０ジオールの溶液を、滴下漏斗、温度計、凝縮器およびＮ2パージアダプタを備えた三つ口丸底反応フラスコ（２５０ｍｌ）中で攪拌した。反応フラスコを、０℃まで、好ましくは氷水浴を用いて冷却した。トリエチルアミン（１．９４８ｇｒ、０．０１９３モル、３．８５等量）を、ＴＨＦ中ＦＬＫ−Ｄ２０ジオールの溶液に、１５分間にわたって滴下して添加した。反応を０℃に維持した。塩化アクリロイル（１．５８５ｇｒ、０．０１８５モル、３．５当量）を充填した第２の滴下漏斗に、溶液を６０分間にわたって滴下して添加した。混合物の温度は、５℃を超えないようにした。厚い塩が、塩化アクリロイルの添加により沈殿した。混合物を１０〜１５℃まで、２時間にわたって暖めてから、室温とし、反応物をＮ2雰囲気下で一晩攪拌した。反応混合物を、５００ｍｌの蒸留水に注ぎ、２時間攪拌した。Ｄ２０−ＤＡを、水溶液から酢酸エチルまたは塩化メチレンにより抽出した。約８３％の変換率であった。アルミナカラムを通して溶液を流すことにより、粗生成物を精製して、透明な無色の油を得た。調製したパーフルオロポリエーテル（プレポリマー）化合物の構造は下式のものであった。式中、アクリレート末端基（式中、ＸおよびＸ’はＨ）、不規則に供給されたパーフルオロメチレンオキシ（ＣＦ2Ｏ）およびパーフルオロエチレンオキシ（ＣＦ2ＣＦ2Ｏ）骨格繰り返しサブユニットの数を指定するｍおよびｎは、ＰＦＰＥ化合物の分子量が数平均で約２０００となるようなものである。
【００６１】
【化１】
【００６２】
フッ素化開始剤を、以下の手順で、以下の反応に従って調製した。
【００６３】
【化２】
【００６４】
【表１】
【００６５】
フッ素化光開始剤の調製手順：
５００ｍＬの丸底フラスコに、α−ヒドロキシメチルベンゾイン（２０．１４ｇ）、トリエチルアミン（Ｆｌｕｋａ、８．４０ｇ）および塩化メチレン（１００ｍＬ）を添加した。混合物を、正の窒素圧力下で、室温で磁気的に攪拌した。別のフラスコに、ＨＦＰＯダイマーフッ化酸（３２．９８ｇ）およびＦｒｅｏｎ−１１３（ＣＦＣｌ2ＣＦ2Ｃｌ，Ａｌｄｒｉｃｈ、６０ｍＬ）を添加した。酸フッ化物溶液を、攪拌しているα−ヒドロキシメチルベンゾイン溶液に、４〜５℃で３０分間にわたって滴下して添加し、発熱反応を制御した。反応ポットを、添加完了後、２．５時間にわたって、室温で攪拌した。
【００６６】
反応物を、４×５００ｍＬ飽和ＮａＣｌ溶液で洗った。有機層を、ＭｇＳＯ4で乾燥し、セリット／塩化メチレンパッドでろ過した。ＴＬＣ分析によれば、少量の出発材料が粗生成物に残ったのが分かった。生成物を、真空中で濃縮し、ヘキサン（１００ｍＬ）に溶解した。この溶液を、シリカゲルに事前吸収し、９０：１０ヘキサン：ＥｔＯＡｃ溶離剤を用いて、シリカカラムを通して洗浄した。所望の生成物を、ジアステレオマー（３３ｇ、収率７２％）の混合物である淡黄色油として分離した。
【００６７】
ＰＦＰＥジアクリレートプレポリマー（分子量約２０００）および１重量％の調製したフッ素化光開始剤を混合し、０．４５マイクロメートルＰＴＦＥフィルタでろ過し、ＰＦＰＥ感光組成物を形成した。
【００６８】
ＰＦＰＥ感光組成物を、マスターとして用いるウェハの現像したフォトレジストパターン上に注ぐことにより、印刷スタンプを作製し、湿潤厚さ約２５ミクロンの層を形成した。
【００６９】
支持体を、マスターの反対の表面にあるＰＦＰＥ組成物の層に適用し、接着剤が層と接触するようにした。ＰＦＰＥ層を、ＵＶ放射線に、１０分間、３６５ｎｍのＩ−ライナで露光して、ＰＦＰＥ層を硬化または重合して、スタンプを形成した。マスターから剥がすことにより、スタンプを分離したところ、マスターのパターンに対応するレリーフ表面を有していた。
【００７０】
弾性率試験方法：
印刷スタンプの弾性率を、Ｈｙｓｉｔｒｏｎ ＴｒｉｂｏＩｎｄｅｎｔｅｒ（ＭＮ、Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ、Ｈｙｓｉｔｒｏｎ Ｉｎｃ．，）で測定し、ＯｌｉｖｅｒおよびＰｈａｒｒ、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．７，１５６４（１９９２年）に記載された試験方法に従って求めた。ＴｒｉｂｏＩｎｄｅｎｔｅｒは、Ｂｅｒｋｏｖｉｃｈダイアモンドインデンターを備えており、エラストマースタンプの試料にインデンテーションを行った。各スタンプについて、最大負荷１００マイクロニュートンまで、少なくとも２組の２５のインデンテーションを実施した。表面の影響および基板との相互作用は、測定した表面粗さに、１１回以上、試料の合計厚さの１０％以下インデンテーションすることにより最小とした。各セットのインデンテーションは、１０ｕｍ離れており、セットは少なくとも１ｍｍ分離されていた。インデンテーションを、５−２−５負荷関数を用いて行った。５秒負荷を加え、２秒保持（負荷をかけて、閉ループフィードバックを制御）して、ヒステリシス／クリープの影響を減じてから、５秒負荷をかけない状態とした。負荷／負荷なし曲線を、ＯｌｉｖｅｒおよびＰｈａｒｒの方法に従って得て、弾性率を求めた。トップから５％〜ボトムから２０％まで曲線の負荷なし部分の７５パーセントを計算に用いて、弾性率を求めた。この方法を用いたナノインデンテーションデータの分析に必要なインデンター面積関数を、縮合シリカ中で一連のインデントを用いて計算した。
【００７１】
印刷スタンプの弾性率は、２０メガパスカルであった。
【００７２】
基板への発光ポリマー（ＬＥＰ）の乾式転写印刷：
基板は、ＮｅｏＶａｃ Ｃｏｍｐａｎｙ（ＣＡ、Ｓａｎｔａ Ｒｏｓａ）より購入し、厚さ５ミルのＭｙｌａｒ（登録商標）ポリエチレンテレフタレート支持体上に、シート抵抗７０オーム／□の酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を有していた。
【００７３】
ＬＥＰは、ＣＯＶＩＯＮ（登録商標）Ｓｕｐｅｒ ＮＲＳ−ＰＰＶ（Ｍｅｒｃｋ製）であった。トルエン中０．５重量％のＳｕｐｅｒ ＮＲＳ−ＰＰＶ溶液を、窒素ドライボックス中で調製し、ＰＴＦＥ１．５ミクロンフィルタでろ過した。ＬＥＰの構造は以下のとおりである。
【００７４】
【化３】
【００７５】
ＮＲＳ−ＰＰＶ溶液を、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上に、４５００ｒｐｍでスパンコートして、スタンプ上の乾燥フィルムをコートし、形成した。スタンプのレリーフ表面は、最上平坦面をそれぞれ有する隆起部分と、最下平坦面をそれぞれ有するリセス部分とを含んでいた。溶液を、隆起部分の最上面と、リセス部分の最下面にコートした。
【００７６】
ＰＦＰＥスタンプの隆起部分の最上面にある乾燥したＮＲＳ−ＰＰＶは、隆起部分を、基板のＩＴＯ表面に接触印刷することにより転写され、基板上に、超ＮＲＳ−ＰＰＶ発光ポリマーのパターンを作成する。超ＮＲＳ−ＰＰＶの厚さは、２８ｎｍであった。ＬＥＰの印刷パターンの解像度は５ミクロン以下であった。
【００７７】
実施例２
以下の実施例は、ＰＦＰＥ製の印刷スタンプによる基板上への他の発光ポリマー（ＬＥＰ）の印刷の実例である。
【００７８】
マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。
【００７９】
基板上へのＬＥＰの印刷：
ＬＥＰ溶液は、Ｈｏｅｃｈｓｔ製のポリ（ｐ−フェニレンビニレン）誘導体であるＯＣ１−Ｃ１０であった。以下の構造を有している。
【００８０】
【化４】
【００８１】
ＴＨＦ／トルエン（５０／５０ｖ／ｖ）中ＯＣ１−Ｃ１０の０．５重量％溶液を調製し、窒素ドライボックス中で維持した。溶液を、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上に、４５００ｒｐｍで、乾燥窒素雰囲気中スパンコートして、スタンプ上の層として、ＯＣ１−Ｃ１０をコートし乾燥した。
【００８２】
用いた基板は、実施例１に記載した基板と同じであった。ＰＦＰＥの隆起部分の最上面にあるＯＣ１−Ｃ１０は、基板のＩＴＯ表面上に接触転写により印刷された。転写は、６５℃に維持されたホットプレート上に、乾燥窒素雰囲気下で、ＩＴＯ基板を置き、スタンプに僅かの圧力を適用することによりなされた。ＯＣ１−Ｃ１０発光ポリマーのパターンを、スタンプの隆起部分のパターンに従って基板上に作成した。
【００８３】
基板上の印刷したＯＣ１−Ｃ１０フィルム層の厚さは、３２ｎｍであった。ＬＥＰの印刷パターンの解像度は、１０ミクロン未満であった。
【００８４】
実施例３
以下の実施例は、ＰＦＰＥ製の印刷スタンプによる基板上への誘電体材料の印刷の実例である。
【００８５】
印刷された誘電体材料は、Ｅｌｖａｃｉｔｅ（登録商標）２０４２、ポリ（エチルメタクリレート）およびＥｌｖａｃｉｔｅ（登録商標）２０４５、ポリ（ブチルメタクリレート）（両者共Ｌｕｃｉｔｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ製）であった。基板は、厚さ約３０００オングストロームのＳｉＯ2の層を有するシリコンウェハであった。
【００８６】
実施例３の両方の印刷試料について、マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、分子量約１０００の異なるＰＦＰＥ化合物および異なる光開始剤を用いた以外は、実施例１に記載したようにして作製した。
【００８７】
パーフルオロポリエーテル化合物Ｅ１０−ＤＡは、Ｓａｒｔｏｍｅｒより製品タイプＣＮ４０００として供給され、受け取ったままの状態で用いた。Ｅ１０−ＤＡは、式Ｒ−Ｅ−ＣＦ2−Ｏ−（ＣＦ2−Ｏ−）n（−ＣＦ2−ＣＦ2−Ｏ−）m−ＣＦ2−Ｅ’−Ｒ’の構造を有し、式中、ＲおよびＲ’はそれぞれアクリレートであり、Ｅは、（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）1-2ＣＨ2の鎖状非フッ素化ハイドロカーボンエーテルであり、Ｅ’は、（ＣＦ2ＣＨ2Ｏ（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）1-2の鎖状ハイドロカーボンエーテルであり、分子量約１０００である。光開始剤は、Ｄａｒｏｃｕｒ１１７３（Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ，ＢａｓｅｌのＣｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ製）であった。Ｄａｒｏｃｕｒ１１７３の構造は次のとおりである。
【００８８】
【化５】
【００８９】
ＰＦＰＥジアクリレートプレポリマーＥ１０−ＤＡおよび１ｗｔ％Ｄａｒｏｃｕｒ１１７３光開始剤を混合し、ろ過して、印刷スタンプを作成するのに用いたＰＦＰＥ組成物を形成した。
【００９０】
印刷スタンプの弾性率を、実施例１に記載したようにして測定した。印刷スタンプの弾性率は、４０メガパスカルであった。
【００９１】
基板へのＥｌｖａｃｉｔｅ２０４２ポリ（エチルメタクリレート）の印刷：
溶剤としての塩化メチレン中ポリ（エチルメタクリレート）の１ｗｔ％溶液を、２０００ｒｐｍで６０秒間、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上にスパンコートした。
【００９２】
塩化メチレンが非常に低沸点であるため、溶剤は、フィルムのスピニング中完全に蒸発した。ポリ（エチルメタクリレート）のフィルムが、スタンプのレリーフ表面に残った。フィルムを備えたスタンプのレリーフ表面は、ウェハのＳｉＯｘ表面に近接配置し、６５℃で、適度な圧力を基板上のスタンプに適用した。フィルムが、レリーフの隆起部分の最上面からの接触転写により印刷された。基板からスタンプを分離したところ、誘電体フィルムのパターンが基板に転写された。
【００９３】
ポリ（エチルメタクリレート）の転写フィルムの厚さは、約０．１２５マイクロメートルであった。ポリ（エチルメタクリレート）の印刷パターンの解像度は、５０ミクロン以下であった。
【００９４】
基板上へのＥｌｖａｃｉｔｅ２０４５ポリ（エチルメタクリレート）の印刷：
溶剤としてのクロロホルム中ポリ（ブチルメタクリレート）の１ｗｔ％溶液を、２０００ｒｐｍで６０秒間、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上にスパンコートした。
【００９５】
上述したように、溶剤が完全に蒸発したら、ポリ（ブチルメタクリレート）のフィルムが、スタンプのレリーフ表面に残った。フィルムを備えたスタンプのレリーフ表面は、ウェハのＳｉＯｘ表面に近接配置し、６５℃で、適度な圧力（約０．５ポンド／ｃｍ2）を基板上のスタンプに適用した。フィルムが、レリーフの隆起部分の最上面からの転写により印刷された。基板からスタンプを分離したところ、ポリ（エチルメタクリレート）のパターンが基板に転写された。クロロホルムから鋳造されたポリ（ブチルメタクリレート）の転写フィルムの厚さは、約７０ナノメートルであった。ポリ（ブチルメタクリレート）の印刷パターンの解像度は、５０ミクロン以下であった。
【００９６】
実施例４
以下の実施例は、ＰＦＰＥスタンプを用いた、基板上へのＡｌｄｒｉｃｈ製誘電体材料、ポリ２−ビニルピリリドン（分子量２０，０００）の印刷の実例である。基板は、ＳｉＯ2の層（３０００オングストローム）を有するシリコンウェハであった。
【００９７】
マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。
【００９８】
基板上の誘電体材料の染料転写印刷：
クロロホルム中ポリ（２−ビニルピロリドン）の１重量％溶液を、２０００ｒｐｍで６０秒間、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上にスパンコートした。クロロホルムは、スピニング中蒸発して、スタンプのレリーフ表面の隆起部分とリセス部分に２−ビニルピロリドンのフィルムが残った。フィルムを備えたスタンプのレリーフ表面を、ウェハのＳｉＯ2表面に近接配置して、室温で、適度な圧力を基板上のスタンプに適用した。フィルムは、レリーフの隆起部分の最上面から印刷されて、ポリ（２−ビニルピロリドン）のパターンを基板上に形成した。基板からスタンプを分離したところ、ポリ（２−ビニルピロリドン）フィルムが、ＰＦＰＥスタンプから、シリコンウェハのＳｉＯ2表面に転写された。
【００９９】
ポリ（２−ビニルピロリドン）の転写フィルムの厚さは、ウェハ上で約４７ｎｍであった。ポリ−２−ビニルピロリドンの印刷パターンの解像度は、５ミクロン以下であった。
【０１００】
実施例５
以下の実施例は、ＰＦＰＥスタンプを用いた、基板上への誘電体材料の印刷の実例である。
【０１０１】
誘電体材料は、Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリヒドロキシスチレン（ＰＨＳ）（分子量約２０，０００）であった。基板は、ＳｉＯ2の層（３０００オングストローム）を有するシリコンウェハであった。
【０１０２】
マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。
【０１０３】
基板上の誘電体材料の染料転写印刷：
ＴＨＦ中ＰＨＳの５重量％溶液を、２０００ｒｐｍで６０秒間、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上にスパンコートした。ＴＨＦ溶液中の溶剤は、スピンコーティング中に蒸発して、スタンプのレリーフ表面の少なくとも隆起部分にＰＨＳのフィルムが残った。フィルムを備えたスタンプのレリーフ表面を、ウェハのＳｉＯ2表面に近接配置して、６５℃で、適度な圧力（約０．５ポンド／ｃｍ2）を、スタンプの支持体側に加えて、フィルムを基板と接触させた。乾燥フィルムを、レリーフスタンプの隆起部分の最上面の接触転写により印刷した。基板からスタンプを分離したところ、ＰＨＳのパターン化フィルムが、シリコンウェハのＳｉＯ2表面に転写された。
【０１０４】
ＰＨＳの転写フィルムの厚さは、約２９０ｎｍであった。ＰＨＳの印刷パターンの解像度は５０ミクロン以下であった。
【０１０５】
実施例６
以下の実施例は、ＰＦＰＥスタンプを用いた、基板上への半導体材料の印刷の実例である。
【０１０６】
半導体材料は、Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリチオフェンであった。基板は、ＳｉＯ2の層（３０００オングストローム）を有するシリコンウェハであった。
【０１０７】
マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。
【０１０８】
基板上の半導体材料の染料転写印刷：
クロロホルム中ポリチオフェンの１．２重量％溶液を、２０００ｒｐｍで６０秒間、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上にスパンコートした。ポリチオフェン溶液中の溶剤は、スピニング中に蒸発して、スタンプのレリーフ表面にポリチオフェンのフィルムが残った。乾燥フィルムを備えたスタンプのレリーフ表面を、ウェハのＳｉＯ2表面に近接配置して、６０℃で、適度な圧力（約０．５ポンド／ｃｍ2）を、スタンプの支持体側に加えて、フィルムを基板と接触させた。フィルムを、レリーフの隆起部分の最上面の基板との接触転写により印刷した。基板からスタンプを分離したところ、転写により、ポリチオフェンフィルムのパターンが、シリコンウェハのＳｉＯ2表面上に形成された。
【０１０９】
ポリチオフェンの転写フィルムの厚さは、約２９０ｎｍであった。ポリチオフェンの印刷パターンの解像度は５０ミクロン以下であった。
【０１１０】
実施例７
以下の実施例は、ＰＦＰＥスタンプを用いた、基板上への誘電体材料の印刷の実例である。
【０１１１】
誘電体材料は、ＤｕＰｏｎｔ製ポリアニリンジノニルナフタレンスルホン酸（ＰＡＮＩ／ＤＮＮＳＡ）であった。基板は、ＳｉＯ2の層（３０００オングストローム）を有するシリコンウェハであった。
【０１１２】
マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。
【０１１３】
基板上の導体材料の染料転写印刷：
キシレン中ＰＡＮＩ／ＤＮＮＳＡの１５重量％溶液を、２０００ＲＰＭで６０秒間、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上にスパンコートした。ＰＡＮＩ／ＤＮＮＳＡ溶液中の溶剤は、スピニング中に蒸発して、スタンプのレリーフ表面の隆起部分およびリセス表面にＰＡＮＩ／ＤＮＮＳＡのフィルムが残った。フィルムを備えたスタンプのレリーフ表面を、ウェハのＳｉＯ2表面に近接配置して、６５℃で、適度な圧力を、スタンプの支持体側に加えて、フィルムを基板と接触させた。フィルムを、レリーフ表面の隆起部分の最上面の接触転写により印刷した。基板からスタンプを分離したところ、ＰＡＮＩ／ＤＮＮＳＡのパターン化フィルムが、ＰＦＰＥスタンプから、シリコンウェハのＳｉＯ2表面に転写された。
【０１１４】
ＰＡＮＩ／ＤＮＮＳＡの転写フィルムの厚さは、約２９０ｎｍであった。ＰＡＮＩ／ＤＮＮＳＡの印刷パターンの解像度は５０ミクロンであった。
【０１１５】
実施例８Ａ
以下の実施例は、ＰＦＰＥスタンプを用いた、基板上への導体材料の印刷の実例である。
【０１１６】
導体材料は、ＡＮＰ（Ｓｏｕｔｈ Ｋｏｒｅａ）製の粒径１０ｎｍの銀粉末であるＳｉｌｖｅｒｊｅｔ ＤＧＨ５０であった。基板は、５ミルのＭｅｌｉｎｅｘ（登録商標）ポリエステルフィルムタイプＳＴ５０４であった。
【０１１７】
マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。ＰＦＰＥスタンプの弾性率は、２０メガパスカルであった。
【０１１８】
基板上の導体材料の染料転写印刷：
９．９グラムのＳｉｌｖｅｒｊｅｔ ＤＧＨ５０および０．１グラムのＥｌｖａｃｉｔｅ（登録商標）タイプ２０２８、メタクリレートコポリマー（Ｌｕｃｉｔｅ製）の分散液を、４０グラムのトルエンと混合して、１０分間、チップ超音波印加装置により、超音波印加した。分散液を、０．４５ミクロンのＰＴＰＥフィルタで２回ろ過した。ろ過した分散液を、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上に、６０秒間スパンコートした。分散液の溶剤は、スピニング中に蒸発して、スタンプのレリーフ表面の隆起部分およびリセス表面に銀およびＥｌｖａｃｉｔｅ２０２８のフィルムが残った。銀フィルムを備えたスタンプのレリーフ表面を、Ｍｅｌｉｎｅｘ（登録商標）フィルムに近接配置して、６５℃で、適度な圧力を、スタンプの支持体側に加えて、フィルムを基板と接触させた。フィルムを、レリーフの隆起部分の最上面から基板まで接触転写により印刷した。基板からスタンプを分離したところ、銀のパターンが、基板上に形成された。
【０１１９】
基板上の銀パターンを、１４０℃で４８時間、焼成および焼結した。銀フィルムのシート抵抗を、２オーム／□まで減じた。
【０１２０】
パターン化された銀の転写フィルムの厚さは、約７０ｎｍであった。銀の印刷パターンの解像度は５ミクロン以下であった。
【０１２１】
比較例８Ｂ
以下の例は、ＰＤＭＳスタンプを用いた、基板上への導体材料の印刷の実例である。
【０１２２】
ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）のスタンプを、ＰＦＰＥスタンプについて用いたのと同じマスターを用いて、次のようにして作製した以外は、実施例８Ａを繰り返した。
【０１２３】
ＰＤＭＳスタンプ作製：
Ｓｙｌｇａｒｄ１８４、ポリジメチルシロキサンおよび硬化剤（両者共Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ製）を、１０：１の比で混合した。混合物を脱気して、フォトレジストパターン化シリコンウェハマスター上に注いだ。厚さ５ミルのポリエステルバッキングＭｅｌｉｎｅｘ（登録商標）５６１（ＤｕＰｏｎｔ製）を適用した後、プレポリマーを、６５℃で１２０分間加熱することにより、硬化した。ポリエステル支持体上の硬化したＰＤＭＳのスタンプを、マスターから分離した。
【０１２４】
印刷スタンプの弾性率を、実施例１に記載したようにして測定した。ＰＤＭＳ印刷スタンプの弾性率は、５．６メガパスカルであった。
【０１２５】
基板上の導体材料の染料転写印刷：
ＰＦＰＥスタンプで用いた、銀組成物の適用、乾燥および銀のフィルムおよびＥｌｖａｃｉｔｅ２０２８の印刷について同じ手順を、ＰＤＭＳスタンプについて繰り返した。圧力適用の際に、銀フィルムが、ＰＤＭＳスタンプから剥がれて、銀材料を、隆起部分とリセス部分との両方から、基板に転写し、銀材料のパターンが、基板上に形成されないようにした。銀材料を、上述したように焼成および焼結し、未パターン化フィルムのシート抵抗を、２．２オーム／□まで減じた。
【０１２６】
実施例９
以下の実施例は、ＰＦＰＥスタンプを用いた、小分子の乾燥印刷の実例である。
【０１２７】
マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。
【０１２８】
基板上の小分子の染料転写印刷：
塩化メチレン中、ブリリアントグリーン染料材料（ＭＷ４８２．６５）（Ａｌｄｒｉｃｈ製、ＣＡＳ番号［６３３−０３−４］）の５％溶液を調製した。溶液を、ＰＦＰＥスタンプ上に、３０００ｒｐｍでスパンコートし、スタンプ上の溶液を乾燥した。スタンプのレリーフ表面は、最上平坦面をそれぞれ有する隆起部分と、最下平坦面をそれぞれ有するリセス部分とを含んでいた。溶液を、隆起部分の最上面と、リセス部分の最下面にコートした。
【０１２９】
ＰＦＰＥスタンプの隆起部分の最上面の乾燥材料の乾燥したフィルムを、適度な圧力（約０．５ポンド／ｃｍ2）を加えることにより、隆起部分の接触印刷により、６５℃で、Ｍｅｌｉｎｅｘ（登録商標）５０４ポリエステルフィルムの基板に転写した。基板からスタンプを分離したところ、レリーフパターンの最上面の乾燥フィルムが、基板に転写され、染料フィルムのパターンが形成された。
【０１３０】
転写された染料フィルムの厚さは、約５０ｎｍであった。染料の構造は、以下の式の右手側に見られる。
【０１３１】
【化６】
【０１３２】
実施例１０
以下の実施例は、ＤＮＡの基板上への乾燥印刷の実例である。マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。
【０１３３】
デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）溶液の調製：
高重合ＤＮＡ（サロモン試験、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ）（０．２００ｇ）を、２回蒸留水（４０ｍＬ）に添加した。得られた混合物を、下垂プラットフォームで、２４時間にわたって緩やかに攪拌したところ、約０．５重量パーセントの濃度の粘性の均一な溶液が得られた。得られた溶液のアリコート（２０ｍｌ）を、２回蒸留水（８０ｍｌ）で希釈したところ、約０．１重量パーセントの濃度の第２の溶液が得られた。０．１ｗｔ％のＤＮＡ溶液を、さらに１２時間にわたって緩やかに攪拌したところ、スピンコーティング手順で用いるまで、暗所に４℃で保管した。
【０１３４】
ＤＮＡの染料転写印刷：
上述した０．１ｗｔ％のＤＮＡ溶液を、ＰＦＰＥスタンプ上に、３０００ＲＰＭでスパンコートして、スタンプのレリーフ構造に乾燥フィルムをコートし、形成した。スタンプのレリーフ表面は、最上平坦面をそれぞれ有する隆起部分と、最下平坦面をそれぞれ有するリセス部分とを含んでいた。溶液を、隆起部分の最上面と、リセス部分の最下面にコートした。
【０１３５】
スタンプの最上面の乾燥したＤＮＡフィルムは、適度な圧力（約０．５ポンド／ｃｍ2）を加えることにより、Ｍｅｌｉｎｅｘ（登録商標）タイプ５０４ポリエステルフィルムの基板上の隆起部分の直接印刷により、６５℃で転写された。基板からスタンプを分離したところ、ＤＮＡフィルムが、ＰＦＰＥスタンプに転写されて、基板上にパターンが形成された。
【０１３６】
印刷されたＤＮＡは、その二本鎖を保持していた。ＤＮＡは、次のいくつかのプローブの存在で蛍光を発する。（１）臭化エチジウム（二重らせん挿入剤）および（２）ＤＡＰＩ（二重らせん溝結合剤）。これらの定性的なプローブに基づく結果によれば、「印刷」バイオポリマーについて二重（二本鎖）形状が保持されたことが分かる。
【０１３７】
ＤＮＡの印刷パターンのライン解像度は５ミクロン以下であった。
【０１３８】
実施例１１
以下の実施例は、ＰＦＰＥ製の印刷スタンプによる基板上へのフッ素含有モノマーの印刷の実例である。
【０１３９】
マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、実施例１に記載したようにして作製した。
【０１４０】
基板へのフッ素含有モノマーの印刷：
フッ素含有モノマーは、３，３，４，４，５，５，６，６，７，７，８，８，９，９，１０，１０，１１，１１，１２，１２，１２−ヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレート（Ａｌｄｒｉｃｈ製、ＣＡＳ番号［１７７４１−６０−５］）、以降ヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレートと呼ばれ、以下の構造を有している。
【０１４１】
【化７】
【０１４２】
式ＣＦ3ＣＦＨＣＦＨＣＦ2ＣＦ3のＶｅｒｔｒｅｌ（登録商標）ＸＦ（ＤｕＰｏｎｔ製）中ヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレートの３重量％溶液を、ヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレートに基づいて、実施例１のフッ素化開始剤１ｗｔ％により調製した。溶液を、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上に、２０００ｒｐｍで、２０秒間、３回スパンコートした。
【０１４３】
基板を、正孔輸送材料ポリマーを、Ｃｏｒｎｉｎｇ１７３７ガラス（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ．製）に、３０００ｒｐｍでスピンコーティングし、２６０℃で１５分間熱硬化することにより作製した。正孔輸送材料ポリマーは、フルオレン−トリアリールアミンコポリマーであり、以下の構造を有している。
【０１４４】
【化８】
【０１４５】
式中、ａ：ｂ：ｃの比率は約３５：５０：１５で、Ｍｎは約２６，０００で、Ｍｗは約８９，０００であった。正孔輸送材料ポリマーの出発材料は以下のとおりである。
ａは、９，９−ジオクチル−２，７−ジブロモフルオレンであった。
ｂは、Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブロモｍフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンであった。
ｃは、２，７−ジブロモ−９，９’−（ビニルベンジル）−フルオレンであった。
【０１４６】
ポリマーは、Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．１７，ｐ１１５３（１９９２年）に記載されている合成方法により作製した。モノマー単位のジハロ誘導体を、ビス（１，５−シクロオクタジエン）ニッケル（０）等の化学量論の０価のニッケル化合物と反応させる。
【０１４７】
層、材料、部材または構造を指すとき、「正孔輸送」という用語は、かかる層、材料、部材または構造が、かかる層、材料、部材または構造の厚さを通して、比較的効率的に、かつ電荷の喪失を少なくして、正電荷の移動を促すことを意味している。
【０１４８】
ＰＦＰＥの隆起部分の最上面にあるヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレートは、正孔輸送層を有する基板表面への接触転写により印刷された。転写は、室温で実施され、スタンプに圧力を適用せずに、ヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレートのパターンを基板上に形成した。基板からスタンプを分離した後、パターン化されたヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレートを、１０分間、Ｉ−ライナ（１７ｍＷ／ｃｍ2、ＯＡＩ）を用いて、窒素環境中でＵＶ露光して、モノマーを基板上で硬化させた。ヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレートのパターンを、スタンプの隆起部分のパターンに従って、基板のコート表面に作成した。
【０１４９】
基板上の印刷されたヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレート層の厚さは、２ｎｍであった。ヘネイコサフルオロ−ドデシルアクリレートの印刷されたパターンの解像度は、５ミクロン未満であった。ナノメートルの解像度が、バリア層の印刷用に、この方法で達成できるものと考えられる。
【０１５０】
実施例１２
以下の実施例は、弾性率が１０．５メガパスカルのポリフルオロポリエーテル製のスタンプによる基板上への有機発光ポリマー材料の印刷の実例である。
【０１５１】
この例について、マスターおよびＰＦＰＥスタンプを、分子量４０００の異なるＰＦＰＥ化合物を用いた以外は、実施例１に記載したようにして作製した。
【０１５２】
ポリオロポリエーテル化合物Ｄ４０−ＤＡは、Ｓａｒｔｏｍｅｒより供給され、受け取ったままの状態で用いた。作製されたポリフルオロポリエーテル化合物（プレポリマー）は、実施例１で示した式の構造を有していた。式中、アクリレート末端基（式中、ＸおよびＸ’はＨである）、不規則に供給されたパーフルオロメチレンオキシ（ＣＦ2Ｏ）およびパーフルオロエチレンオキシ（ＣＦ2ＣＦ2Ｏ）骨格繰り返しサブユニットの数を指定するｍおよびｎは、ＰＦＰＥ化合物の分子量が数平均で約４０００となるようなものである。用いた光開始剤は、実施例３に記載したＤａｒｏｃｕｒ１１７３であった。
【０１５３】
パーフルオロポリエーテルプレポリマー（分子量４０００）および１ｗｔ％の光開始剤を混合して、ろ過し、ＰＦＰＥ感光性組成物を形成した。印刷スタンプを、実施例１に記載したＰＦＰＥ光開始剤から作製した。
【０１５４】
印刷スタンプの弾性率は、実施例１に記載したとおりにして測定した。印刷スタンプの弾性率は、１０．５メガパスカルであった。
【０１５５】
ＳＴ５０４基板上への有機発光ポリマー（ＯＬＥＰ）の印刷：
Ｃｏｖｉｏｎ Ｓｕｐｅｒ−Ｙｅｌｌｏｗ（登録商標）、置換ポリフェニレン−ビニレン１−４コポリマー（Ｍｅｒｃｋ製）（以降ＯＬＥＰ）の１ｗｔ％溶液を、溶剤としてのトルエン中に溶解し、４０００ｒｐｍで、６０秒間、ＰＦＰＥスタンプのレリーフ表面上にスパンコートした。溶剤は、フィルムのスピニング中完全に蒸発した。ＯＬＥＰの５０ｎｍのフィルムが、スタンプのレリーフ表面に残った。基板は、５ミルのＭｅｌｉｎｅｘ（登録商標）フィルムタイプＳＴ５０４であった。フィルムを備えたスタンプのレリーフ表面は、ＳＴ５０４フィルムのアクリルコート側に、６５℃で、近接配置した。フィルムが、レリーフの隆起部分の最上面からの接触転写により印刷された。基板からスタンプを分離したところ、ＯＬＥＰフィルムのパターンが基板に転写された。
【０１５６】
ＯＬＥＰの転写フィルムの厚さは、約５０ｎｍであった。ＯＬＥＰの印刷パターンの解像度は、５ミクロン以下で、ライン間の分離は２ミクロンであった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能材料のパターンを基板上に形成する方法であって、
ａ）隆起表面を備えたレリーフ構造を有し、弾性率が少なくとも１０メガパスカルであるエラストマースタンプを準備し、
ｂ）機能材料と液体とを含む組成物を前記レリーフ構造に適用し、
ｃ）少なくとも前記隆起表面に前記機能材料のフィルムが十分に形成されるように、前記レリーフ構造上の前記組成物から前記液体を除去し、
ｄ）前記機能材料を前記隆起表面から基板に転写する
ことを含む方法。
【請求項２】
前記基板上の前記機能材料の厚さが１０〜１００００オングストロームである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
転写する工程が、前記スタンプの前記隆起表面を、約５ポンド／ｃｍ2未満の圧力で前記基板と接触させることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記機能材料が、導体材料、半導体材料、誘電体材料、小分子材料、バイオ系材料およびこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記機能材料が、電気的活性材料、光活性材料および生物学的活性材料からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記機能材料が、絶縁材料、平坦化材料、バリア材料および閉じ込め材料からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記機能材料が１種以上のフッ素化化合物を含み、前記方法が、前記基板上の前記フッ素化化合物の前記パターンを化学線に露光する工程ｅ）をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記機能材料が、有機染料、半導体分子、蛍光発色団、りん光発色団、薬理活性化合物、生物学的活性化合物、触媒活性を有する化合物およびこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記機能材料が、フォトルミネッセンス材料、エレクトロルミネッセンス材料およびこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記機能材料が、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、蛋白質、ポリ（オリゴ）ペプチドおよびポリ（オリゴ）サッカリドからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記機能材料が、導体材料、半導体材料および誘電体材料からなる群から選択されるナノ粒子を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ナノ粒子の直径が約３〜１００ｎｍである請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記機能材料がナノ粒子の形態にあり、前記液体の除去により不連続フィルムが形成される請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記機能材料が導体材料のナノ粒子を含み、前記方法が、前記基板上の前記ナノ粒子を焼結して、導体材料の連続フィルムを形成する工程ｅ）をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
焼結が、前記ナノ粒子を約２２０℃までの温度に加熱することを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記機能材料が、銀、金、銅、パラジウム、酸化インジウム錫およびこれらの組み合わせからなる群から選択される導体材料である請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記機能材料が、シリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、酸化亜鉛、セレン化亜鉛およびこれらの組み合わせからなる群から選択される半導体材料である請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記機能材料が量子ドットである請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記機能材料が、カーボンナノチューブ、導体カーボンナノチューブ、半導体カーボンナノチューブおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記除去工程ｃ）が前記組成物を加熱することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記除去工程ｃ）が、前記組成物上にガスストリームを吹きつけることによる請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記除去工程ｃ）が蒸発による請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記エラストマースタンプが、シリコーンポリマー、エポキシポリマー、共役ジオレフィンハイドロカーボンのポリマー、Ａ−Ｂ−Ａ型ブロックコポリマーのエラストマーブロックコポリマー（Ａは非エラストマーブロックを表し、Ｂはエラストマーブロックを表す）、アクリレートポリマー、フルオロポリマー、重合可能なフッ素化化合物およびこれらの組み合わせからなる群から選択される組成物の層を含む請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記エラストマースタンプを、感光性組成物の層から形成することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記エラストマースタンプを、化学線に露光することにより重合可能なフッ素化化合物を含む組成物の層から形成することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記フッ素化化合物が、パーフルオロポリエーテル化合物である請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記エラストマースタンプが、可撓性フィルムの支持体をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記エラストマースタンプの弾性率が、１０メガパスカルを超える請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記基板が、プラスチック、ポリマーフィルム、金属、シリコン、ガラス、ファブリック、紙およびこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
前記パターンが前記基板上の層に転写され、前記基板上の前記層が、プライマー層、電荷注入層、電荷輸送層および半導体層からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
前記液体が、有機化合物および水性化合物からなる群から選択される１種以上の化合物を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記液体が、１種以上のキャリア化合物を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
前記液体が、前記機能材料用の１種以上の溶剤を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
前記液体が、前記機能材料用の２種以上の溶剤を含み、前記液体を前記組成物から除去することにより、前記機能材料が凝集される請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
前記液体が、前記機能材料用の２種以上の溶剤を含み、前記液体を前記組成物から除去することにより、前記機能材料が適合される請求項１に記載の方法。
【請求項３６】
転写の前に、前記フィルムを、気化状態の化合物に露出することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３７】
前記パターンが、前記基板のセルまたはチャネル用のバリア壁を形成する請求項１に記載の方法。
【請求項３８】
前記セルまたはチャネルに、発光材料、ソース材料、ドレイン材料およびカラーフィルタ用の着色材料からなる群から選択される第２の材料の溶液を供給することをさらに含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
請求項１に記載の方法により作製された要素。
【請求項１】
機能材料のパターンを基板上に形成する方法であって、
ａ）隆起表面を備えたレリーフ構造を有し、弾性率が少なくとも１０メガパスカルであるエラストマースタンプを準備し、
ｂ）機能材料と液体とを含む組成物を前記レリーフ構造に適用し、
ｃ）少なくとも前記隆起表面に前記機能材料のフィルムが十分に形成されるように、前記レリーフ構造上の前記組成物から前記液体を除去し、
ｄ）前記機能材料を前記隆起表面から基板に転写する
ことを含む方法。
【請求項２】
前記基板上の前記機能材料の厚さが１０〜１００００オングストロームである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
転写する工程が、前記スタンプの前記隆起表面を、約５ポンド／ｃｍ2未満の圧力で前記基板と接触させることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記機能材料が、導体材料、半導体材料、誘電体材料、小分子材料、バイオ系材料およびこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記機能材料が、電気的活性材料、光活性材料および生物学的活性材料からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記機能材料が、絶縁材料、平坦化材料、バリア材料および閉じ込め材料からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記機能材料が１種以上のフッ素化化合物を含み、前記方法が、前記基板上の前記フッ素化化合物の前記パターンを化学線に露光する工程ｅ）をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記機能材料が、有機染料、半導体分子、蛍光発色団、りん光発色団、薬理活性化合物、生物学的活性化合物、触媒活性を有する化合物およびこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記機能材料が、フォトルミネッセンス材料、エレクトロルミネッセンス材料およびこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記機能材料が、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、蛋白質、ポリ（オリゴ）ペプチドおよびポリ（オリゴ）サッカリドからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記機能材料が、導体材料、半導体材料および誘電体材料からなる群から選択されるナノ粒子を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ナノ粒子の直径が約３〜１００ｎｍである請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記機能材料がナノ粒子の形態にあり、前記液体の除去により不連続フィルムが形成される請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記機能材料が導体材料のナノ粒子を含み、前記方法が、前記基板上の前記ナノ粒子を焼結して、導体材料の連続フィルムを形成する工程ｅ）をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
焼結が、前記ナノ粒子を約２２０℃までの温度に加熱することを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記機能材料が、銀、金、銅、パラジウム、酸化インジウム錫およびこれらの組み合わせからなる群から選択される導体材料である請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記機能材料が、シリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、酸化亜鉛、セレン化亜鉛およびこれらの組み合わせからなる群から選択される半導体材料である請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記機能材料が量子ドットである請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記機能材料が、カーボンナノチューブ、導体カーボンナノチューブ、半導体カーボンナノチューブおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記除去工程ｃ）が前記組成物を加熱することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記除去工程ｃ）が、前記組成物上にガスストリームを吹きつけることによる請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記除去工程ｃ）が蒸発による請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記エラストマースタンプが、シリコーンポリマー、エポキシポリマー、共役ジオレフィンハイドロカーボンのポリマー、Ａ−Ｂ−Ａ型ブロックコポリマーのエラストマーブロックコポリマー（Ａは非エラストマーブロックを表し、Ｂはエラストマーブロックを表す）、アクリレートポリマー、フルオロポリマー、重合可能なフッ素化化合物およびこれらの組み合わせからなる群から選択される組成物の層を含む請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記エラストマースタンプを、感光性組成物の層から形成することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記エラストマースタンプを、化学線に露光することにより重合可能なフッ素化化合物を含む組成物の層から形成することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記フッ素化化合物が、パーフルオロポリエーテル化合物である請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記エラストマースタンプが、可撓性フィルムの支持体をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記エラストマースタンプの弾性率が、１０メガパスカルを超える請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記基板が、プラスチック、ポリマーフィルム、金属、シリコン、ガラス、ファブリック、紙およびこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
前記パターンが前記基板上の層に転写され、前記基板上の前記層が、プライマー層、電荷注入層、電荷輸送層および半導体層からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
前記液体が、有機化合物および水性化合物からなる群から選択される１種以上の化合物を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記液体が、１種以上のキャリア化合物を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
前記液体が、前記機能材料用の１種以上の溶剤を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
前記液体が、前記機能材料用の２種以上の溶剤を含み、前記液体を前記組成物から除去することにより、前記機能材料が凝集される請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
前記液体が、前記機能材料用の２種以上の溶剤を含み、前記液体を前記組成物から除去することにより、前記機能材料が適合される請求項１に記載の方法。
【請求項３６】
転写の前に、前記フィルムを、気化状態の化合物に露出することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３７】
前記パターンが、前記基板のセルまたはチャネル用のバリア壁を形成する請求項１に記載の方法。
【請求項３８】
前記セルまたはチャネルに、発光材料、ソース材料、ドレイン材料およびカラーフィルタ用の着色材料からなる群から選択される第２の材料の溶液を供給することをさらに含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
請求項１に記載の方法により作製された要素。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１０−５０５２６４（Ｐ２０１０−５０５２６４Ａ）
【公表日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３０３５８（Ｐ２００９−５３０３５８）
【出願日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１９６５３
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０４２０７９
【国際公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【出願人】（３９００２３６７４）イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー (2,692)
【氏名又は名称原語表記】Ｅ．Ｉ．ＤＵ ＰＯＮＴ ＤＥ ＮＥＭＯＵＲＳ ＡＮＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１９６５３
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０４２０７９
【国際公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【出願人】（３９００２３６７４）イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー (2,692)
【氏名又は名称原語表記】Ｅ．Ｉ．ＤＵ ＰＯＮＴ ＤＥ ＮＥＭＯＵＲＳ ＡＮＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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