JP4398422B2 - インプリント・リソグラフィ - Google Patents
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Description
本発明は、インプリント・リソグラフィに関する。
リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板のターゲット部分に適用するマシンである。リソグラフィ装置は通常、例えば集積回路（ＩＣ）、フラット・パネル・ディスプレイ、ならびに微細構造を備えた他のデバイスの製造に用いられる。
リソグラフィ・パターンのフィーチャ・サイズを小さくすることが望ましく、それは所与の基板領域におけるフィーチャの密度を高めることが可能になるためである。フォトリソグラフィでは、短波長の放射線を用いることによって解像度を高めることができる。しかし、そうした縮小に伴う問題もある。１９３ｎｍ波長の放射線を用いたリソグラフィ装置が採用され始めているが、このレベルでも回折限界が障害になる可能性がある。波長が短くなると、投影システム材料の透過性が不十分になる。したがって、解像度を高めることが可能な光リソグラフィは、複雑な光学系および稀少な材料を必要とする可能性があり、そのため高価なものになる。
インプリント・リソグラフィとして知られている１００ｎｍ未満（ｓｕｂ−１００ｎｍ）のフィーチャをプリントする別法が、物理的なモールドまたはテンプレートを用いてインプリント可能媒体にパターンをインプリントすることによって、パターンを基板に転送するステップを含んでいる。インプリント可能媒体は、基板または基板表面にコートされた材料とすることができる。インプリント可能媒体は、下にある面にパターンを転送する「マスク」として機能し、したがってそれを「マスク」として用いることができる。インプリント可能媒体は、例えば半導体材料などの基板に被着させたレジストとして提供することが可能であり、それにテンプレートによって画定されたパターンが転送される。したがって本質的にインプリント・リソグラフィは、テンプレートのトポグラフィが基板に生成されるパターンを画定する、マイクロメートルまたはナノメートル・スケールの成形工程である。光リソグラフィ工程と同様にパターンを層にすることが可能であり、したがって一般にインプリント・リソグラフィを集積回路の製造などの用途に用いることができる。
インプリント・リソグラフィの解像度は、テンプレート製造工程の解像度によってのみ制限される。例えば、インプリント・リソグラフィは、良好な解像度およびライン・エッジ・ラフネスを備えた５０ｎｍ未満の範囲内のフィーチャを作製するために用いられてきた。加えて、インプリント工程では、光リソグラフィ工程で一般に必要とされる高価な光学系、最新の照明源または専用のレジスト材料が不要になる可能性がある。
本発明の１つの観点によれば、
基板上のインプリント可能媒体を、この媒体が流動可能な状態になる第１の温度になるような条件にするステップであって、このインプリント可能媒体は、結晶質材料、ワックス材料および多結晶材料からなる群から選択されるインプリント材料を有しているステップと、
媒体にテンプレートを押し込んで、媒体に圧痕（インプリント）を形成するステップと、
媒体がテンプレートに接触させられている間に、この媒体を実質的に流動不能な状態になる第２の温度まで冷却するステップと、
実質的に流動不能な状態の間に、テンプレートを媒体から分離するステップと
を含むインプリント方法が提供される。
基板上のインプリント可能媒体を、この媒体が流動可能な状態になる第１の温度になるような条件にするステップであって、このインプリント可能媒体は、結晶質材料、ワックス材料および多結晶材料からなる群から選択されるインプリント材料を有しているステップと、
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実質的に流動不能な状態の間に、テンプレートを媒体から分離するステップと
を含むインプリント方法が提供される。
結晶質材料および多結晶材料についての言及は、当該技術分野で一般に解釈されている意味に従って理解されたい。特に、これらの用語は非晶質材料やガラス材料を包含しない。非晶質材料に比べて、結晶質材料および多結晶材料は一般に原子構造が規則的であるため、明確な温度ではっきりした相転移を示す。したがって、結晶質材料または多結晶材料を、流動不能もしくは固体（プリント不能）状態と、流動可能もしくは液体（プリント可能）状態との間で転換させるのに必要な温度変化は、非晶質材料をガラス状態と易流動状態との間で転換させるのに必要な温度変化よりはるかに小さい。したがって、結晶質材料または多結晶材料をインプリントし、その後テンプレートを除去するように処理するために必要な温度変化は、熱可塑性ポリマーを用いるときの類似のステップに必要な温度変化よりかなり小さくなる。その結果、インプリント・システム内における熱の流れ、および熱膨張の差を低減することが可能になり、それによって、おそらくはインプリントの重ね合わせ精度が改善される。大きい温度変化を不要にすることができるため、インプリントを実施する速度も高まるはずである。さらに、結晶質材料および多結晶材料は明確な融点を示すので、固体状態と液体状態の間の相転移は、所与の用途に適するように、より正確に再現可能であり、且つより正確に要求に適応可能なものになるであろう。
一実施例では、テンプレートを媒体に押し込む前に、媒体が第１の温度まで加熱される（例えば１分未満または１０秒未満）。媒体をテンプレートに接触させた後に、媒体を第１の温度まで加熱してもよい（例えば１分未満または１０秒未満）。加熱は、適切な放射線源からの放射線に対する露光、または電流の通過によって行うことができる。
一実施例では、第１の量の媒体が、基板の第１のターゲット部分の上に被着される。すなわち、基板表面上の特定のターゲット位置に、ある量のインプリント可能媒体が提供されると、それをインプリントすることが可能になる。一実施例では、第１の量の媒体をインプリントした後、第２の量の媒体を、第１のターゲット部分から間隔をおいた基板の第２のターゲット部分の上に被着させ、第２の量の媒体をインプリントする。したがって、この方法を、パターンの歪みおよびＣＤのばらつきを最小限に抑えることができるステップ・アンド・リピート工程に利用することが可能になり、そのため、この実施例は高い重ね合わせ精度を必要とするデバイスの製造に適したものとなる。
一実施例では、第１の温度は媒体の融点温度以上である。第１の温度を、媒体の融点温度より最大１０℃まで、５℃まで、あるいは３℃まで高くすることができる。
一実施例では、第２の温度は媒体の融点温度以下である。第２の温度を、媒体の融点温度より最大１０℃まで、５℃まで、あるいは３℃まで低くすることができる。
一実施例では、テンプレートが最初に媒体に接触するとき、媒体は液相である。テンプレートを媒体から離す直前に、媒体を固相にすることができる。例えばテンプレートを媒体から離す５分前まで、３分前まで、あるいは１分前までに、媒体を固相にすることができる。一実施例では、媒体をテンプレートに接触させながら、媒体を液相から固相へ変化させる。
媒体を流動可能な液滴として基板表面に分配し、次いで、テンプレートに接触させる前に冷却して固化させること、あるいはまだ流動可能な状態の間にテンプレートに接触させることができる。したがって本発明の実施例をドロップ・オン・デマンド工程に使用することができる。ある用途では、キャスティング、スプレー・コートおよびスピン・コートからなる群から選択された方法によって、媒体を基板に供給することができる。適切な場合には、媒体を筋状の液体として供給することもできる。スピン・コートを用いると、一般に媒体が薄層として供給されることが理解されよう。
媒体をテンプレートに接触させている間にテンプレートに１ＭＰａ未満、０．５ＭＰａ未満または０．１ＭＰａ未満の圧力を加えることができる。一実施例では、媒体をテンプレートに接触させている間にテンプレートに１０〜１００ｋＰａ、３０〜８０ｋＰａ、または５０〜６０ｋＰａの範囲の圧力が加えられる。多くの結晶質材料および多結晶材料は低い粘性を示すため、媒体をインプリントするのに比較的低い圧力を用いることが可能であり、それによって高圧の使用により生じる媒体および／または基板の変形に関する問題を回避するのを助けることができる。
一実施例では、この方法は、インプリント可能媒体をテンプレートに接触させて、厚みが減少した領域をインプリント可能媒体に形成するステップと、厚みが減少した領域をエッチングして基板の表面領域を露出させるステップとを含む。一実施例では、この方法はさらに、基板の露出した表面領域をエッチングするステップを含む。
一実施例では、基板とインプリント可能媒体の間に平坦化転送層（ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｌａｙｅｒ）などの中間層が設けられる。一実施例では、この方法は、インプリント可能媒体をテンプレートに接触させて、インプリント可能媒体に厚みが減少した領域を形成するステップと、厚みが減少した領域をエッチングして中間層の表面領域を露出させるステップとを含む。適切には、この方法はさらに、中間層の露出した表面領域をエッチングして基板の表面領域を露出させるステップを含むことができる。都合よくは、この方法はさらに、基板の露出した表面領域をエッチングするステップを含むことができる。
本発明の１つの観点によれば、基板にパターンを付与する方法であって、
基板上のエッチング・バリア材料を、この材料が流動可能な状態になる第１の温度になるような条件にするステップであって、エッチング・バリア材料は、結晶質材料および多結晶材料からなる群から選択されるインプリント材料を有しているステップと、
エッチング・バリア材料にテンプレートを押し込んで、エッチング・バリア材料に、厚みが減少した領域を有するパターンを形成するステップと、
エッチング・バリア材料をテンプレートに接触させながら、エッチング・バリア材料を、実質的に流動不能な状態になる第２の温度まで冷却するステップと、
実質的に流動不能な状態の間に、テンプレートをエッチング・バリア材料から分離するステップと、
厚みが減少した領域をエッチングして、基板の表面領域を露出させるステップと、
基板の露出した表面領域をエッチングするステップと
を含む方法が提供される。
基板上のエッチング・バリア材料を、この材料が流動可能な状態になる第１の温度になるような条件にするステップであって、エッチング・バリア材料は、結晶質材料および多結晶材料からなる群から選択されるインプリント材料を有しているステップと、
エッチング・バリア材料にテンプレートを押し込んで、エッチング・バリア材料に、厚みが減少した領域を有するパターンを形成するステップと、
エッチング・バリア材料をテンプレートに接触させながら、エッチング・バリア材料を、実質的に流動不能な状態になる第２の温度まで冷却するステップと、
実質的に流動不能な状態の間に、テンプレートをエッチング・バリア材料から分離するステップと、
厚みが減少した領域をエッチングして、基板の表面領域を露出させるステップと、
基板の露出した表面領域をエッチングするステップと
を含む方法が提供される。
一実施例では、テンプレートをエッチング・バリア材料に押し込む前に、エッチング・バリア材料を第１の温度まで加熱する（例えば１分未満または１０秒未満）。エッチング・バリア材料をテンプレートに接触させた後に、エッチング・バリア材料を第１の温度まで加熱することもできる（例えば１分未満または１０秒未満）。加熱は、適切な放射線源からの放射線に対する露光、または電流の通過によって行うことができる。
一実施例では、エッチング・バリア材料を流動可能な液滴として基板表面に分配し、次いでテンプレートに接触させる前に冷却して固化させること、あるいはまだ流動可能な状態の間にテンプレートに接触させることができる。したがってこの実施例をドロップ・オン・デマンド工程に使用することができる。ある用途では、キャスティング、スプレー・コートおよびスピン・コートからなる群から選択された方法によって、エッチング・バリア材料を基板に供給することができる。適切な場合には、エッチング・バリア材料を筋状の液体として供給することもできる。スピン・コートを用いると、一般にエッチング・バリア材料が薄層として供給されることが理解されよう。
一実施例では、第１の量のエッチング・バリア材料が、基板の第１のターゲット部分の上に被着される。したがって基板表面上の特定のターゲット位置に、ある量のエッチング・バリア材料が提供されると、それをインプリントすることが可能になる。一実施例では、基板の第１のターゲット部分の表面をエッチングした後、第２の量のエッチング・バリア材料を、第１のターゲット部分から間隔をおいた基板の第２のターゲット部分の上に被着させ、基板の第２のターゲット部分の表面をエッチングする。したがってステップ・アンド・リピート工程を利用することが可能になり、そのため、この実施例は高い重ね合わせ精度を必要とするデバイスの製造に適したものとなる。
一実施例では、第１の温度はエッチング・バリア材料の融点温度以上である。第１の温度を、エッチング・バリア材料の融点温度より最大１０℃まで、５℃まで、または３℃まで高くすることができる。
一実施例では、第２の温度はエッチング・バリア材料の融点温度以下である。第２の温度を、エッチング・バリア材料の融点温度より最大１０℃まで、５℃まで、または３℃まで低くすることができる。
一実施例では、テンプレートが最初にエッチング・バリア材料に接触するとき、エッチング・バリア材料は液相である。テンプレートをエッチング・バリア材料から分離する直前にエッチング・バリア材料を固相にしてもよい。例えば、テンプレートをエッチング・バリア材料から離す５分前、３分前、または１分前までに、エッチング・バリア材料を固相にすることができる。一実施例では、エッチング・バリア材料をテンプレートに接触させながら、エッチング・バリア材料を液相から固相へ変化させる。
一実施例では、エッチング・バリア材料をテンプレートに接触させている間に、テンプレートに１ＭＰａ未満、０．５ＭＰａ未満、または０．１ＭＰａ未満の圧力を加えることができる。一実施例では、エッチング・バリア材料をテンプレートに接触させている間に、テンプレートに１０〜１００ｋＰａ、３０〜８０ｋＰａ、または５０〜６０ｋＰａの範囲の圧力を加える。多くの結晶質材料および多結晶材料は低い粘性を示すため、エッチング・バリア材料をインプリントするのに比較的低い圧力を用いることが可能であり、それによって、高圧の使用により生じるエッチング・バリア材料および／または基板の変形に関する問題を回避するのを助けることができる。
本発明の１つの観点によれば、インプリント・リソグラフィ工程で使用するための、結晶性のインプリント材料を有するインプリント可能媒体が提供される。
本発明の１つの観点によれば、インプリント・リソグラフィ工程で使用するための、多結晶性のインプリント材料を有するインプリント可能媒体が提供される。
本発明の前記観点のいずれについても、インプリント材料は、室温、すなわち約２０℃に近い融点温度を有することができる。一実施例では、インプリント材料は、１０〜１００℃、３０〜８０℃、または４０〜７０℃の範囲の融点温度を有することができる。
一実施例では、インプリント材料は、２５℃で測定したとき、１００ｃｐｓ未満、７０ｃｐｓ未満、または１０ｃｐｓ未満の粘性を有する。結晶性または多結晶性のインプリント材料を用いる利点は、その多くが、エッチング・バリア材料などのインプリント可能媒体に望ましい、比較的低い粘性を示すことである。一実施例では、インプリント材料の融解潜熱は、１５０Ｊ／ｇ未満、１００Ｊ／ｇ未満、または５０Ｊ／ｇ未満である。
インプリント材料は、（１つまたは複数の）エッチング・ステップ中に適度のエッチング耐性を示すべきであり、それは少なくとも部分的に、特定の工程で使用されるエッチング条件に依存する。したがって一実施例では、インプリント材料はシリコンを含有する群を含む。
一実施例では、インプリント材料は炭化水素化合物を含む。炭化水素化合物は、少なくとも１５個の炭素原子を含むことができる。さらに、炭化水素化合物は、１５〜４０個の炭素原子、２０〜３５個の炭素原子、または２５〜３０個の炭素原子を含むことができる。炭化水素化合物は、脂肪族炭化水素、分岐炭化水素、脂環式炭化水素、および芳香族炭化水素からなる群から選択することができる。炭化水素はアルカンであってもよい。炭化水素は、酸素、窒素、イオウなどの１つまたは複数のヘテロ原子で置換されていても置換されていなくてもよく、またそうした１つまたは複数のヘテロ原子を含んでいても、含まなくてもよい。
一実施例では、インプリント材料は、２０〜９０℃、３０〜８０℃、または４０〜７０℃の範囲の融点温度を有することができるパラフィン・ワックスを含む。パラフィン・ワックスは、式ＣｎＨ２ｎ＋２（ただし、１５≦ｎ≦４０、２０≦ｎ≦３５、または２５≦ｎ≦３０）で表される。
一実施例では、インプリント材料は、４０〜１１０℃、５０〜１００℃、または６０〜９０℃の範囲の融点温度を有することができる微結晶性ワックス（マイクロクリスタリンワックス）を含む。微結晶性ワックスは、式ＣｎＨ２ｎ＋２（ただし、１５≦ｎ≦４０、２０≦ｎ≦３５、または２５≦ｎ≦３０）で表される。
一実施例では、インプリント可能媒体またはエッチング・バリア材料は、酸化物、窒化物、ハロゲン化物および水酸化物からなる群から選択された核形成種を含む。一実施例では、核形成種は、Ａｌ２Ｏ３、ＢＮ、ＫＢｒ、ＣａＢｒ２．６Ｈ２Ｏ、Ｎａ２［Ｂ４Ｏ５（ＯＨ）４］．１０Ｈ２Ｏ、ＢａＯ、ＮｉＣｌ２．６Ｈ２Ｏ、Ｂａ（ＯＨ）２、およびＢａ（ＯＨ）２．８Ｈ２Ｏからなる群から選択される。
次に本発明の実施例を、添付の概略図を参照して例示のみの目的で説明するが、図中において同じ参照記号は同じ部品を指すものであることに留意されたい。
インプリント・リソグラフィには、一般に熱インプリント・リソグラフィおよびＵＶインプリント・リソグラフィと呼ばれる２つの主要な手法がある。ソフト・リソグラフィとして知られる、第３のタイプの「プリント」リソグラフィもある。これらの実施例を図１ａ〜１ｃに示す。
図１ａは、分子層１１（一般にチオールなどのインキ）を、（一般に、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から作製された）可撓性のあるテンプレート１０から、基板１２および平坦化転送層１２’上に支持されたレジスト層１３へ移すステップを含むソフト・リソグラフィ工程を概略的に示している。テンプレート１０は、その表面にフィーチャのパターンを有し、フィーチャ上には分子層が配置されている。テンプレートをレジスト層に押し付けると、分子層１１がレジストに付着する。レジストからテンプレートを除去すると、分子層１１はレジストに付着し、レジストの残りの層がエッチングされ、その結果、移された分子層で覆われていないレジストの領域は、下方へ基板までエッチングされる。
ソフト・リソグラフィに用いられるテンプレートは変形されやすく、したがってテンプレートの変形がインプリントされたパターンに悪影響を及ぼす虞があるため、例えばナノメートル・スケールのものなどの高解像度の用途に適合させることができない。さらに、同じ領域が複数回重ね合わせられる多層構造を作製する場合、ソフト・インプリント・リソグラフィでは、ナノメートル・スケールの重ね合わせ精度を実現することができない。
熱インプリント・リソグラフィ（または熱エンボス加工）は、ナノメートル・スケールで用いられる場合にナノインプリント・リソグラフィ（ＮＩＬ）としても知られている。この工程では、例えばシリコンやニッケルから作製され、摩耗および変形に対する耐性が高い、より硬質のテンプレートが使用される。これは、例えば米国特許第６４８２７４２号明細書に記載されており、それを図１ｂに示す。通常の熱インプリント工程では、硬質のテンプレート１４を、基板表面にキャストされた熱硬化性または熱可塑性のポリマー樹脂１５にインプリントする。例えば、この樹脂を、基板表面、より一般的には（図示した実施例のように）平坦化転送層１２’上にスピン・コーティングまたはベーキングすることができる。インプリント用テンプレートについて述べる場合の「硬質」という用語は、例えば「硬質」ゴムなど、一般に「硬質」材料と「軟質」材料の間で考えられる材料を含むことを理解すべきである。インプリント用テンプレートとしての使用に対する特定の材料の適正は、その用途の要件によって決まる。
熱硬化性ポリマー樹脂を用いる場合、テンプレートとの接触後、樹脂が十分な流動性を有し、テンプレート上に画定されたパターン・フィーチャに流入するようになる温度まで樹脂を加熱する。次いで、樹脂が固化して不可逆的に所望のパターンとなるように樹脂の温度を上昇させて、熱によって樹脂を硬化（例えば架橋）させる。次いでテンプレートを除去し、パターンが形成された樹脂を冷却することができる。
熱インプリント・リソグラフィ工程に用いられる熱可塑性ポリマー樹脂の例には、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリスチレン、ポリ（ベンジルメタクリレート）またはポリ（シクロヘキシルメタクリレート）がある。テンプレートを用いてインプリントする直前に、熱可塑性樹脂を加熱して自由に流動可能な状態にする。一般に、熱可塑性樹脂を、樹脂のガラス転移温度よりかなり高い温度まで加熱する必要がある。テンプレートを流動可能な樹脂に押し込み、テンプレート上に画定されたパターン・フィーチャすべてに樹脂が確実に流入するように、十分な圧力を加える。次いで、所定の位置にあるテンプレートと共に樹脂をそのガラス転移温度より低い温度まで冷却すると、樹脂は不可逆的に所望のパターンになる。パターンは、樹脂の残留層から浮き彫りになったフィーチャからなり、次いで樹脂の残留層を適切なエッチング工程によって除去して、パターン・フィーチャのみを残すことができる。
固化した樹脂からテンプレートを除去すると、一般には、図２の（ａ）〜（ｃ）に示した２段階のエッチング工程を実施する。図２の（ａ）に示すように、基板２０はすぐ上に平坦化転送層２１を有している。平坦化転送層の目的には２つの要素がある。平坦化転送層はテンプレートの面に対して実質的に平行な面を形成し、それによってテンプレートと樹脂の間の接触が確実に平行になるのを助け、また以下に述べるように、プリントされたフィーチャのアスペクト比を改善するように働く。
テンプレートを除去した後、平坦化転送層２１上には、所望のパターンに成形された固化した樹脂の残留層２２が残される。第１のエッチングは等方性であり、残留層２２の各部分が除去されて、図２の（ｂ）に示すような、Ｌ１がフィーチャ２３の高さである低いアスペクト比のフィーチャが生じる。第２のエッチングは異方性（または選択的）であり、アスペクト比が改善される。異方性エッチングは、平坦化転送層２１の、固化した樹脂で覆われていない部分を除去し、図２（ｃ）に示すように、フィーチャ２３のアスペクト比を（Ｌ２／Ｄ）まで高める。インプリントされたポリマーが、例えばリフト・オフ工程の段部として十分に耐性を有している場合には、エッチング後に基板に残される、結果として生じるポリマーの厚さコントラストを、例えばドライ・エッチング用のマスクとして用いることができる。
熱インプリント・リソグラフィには、パターンの転送をより高い温度で実施しなければならないだけではなく、テンプレートを除去する前に樹脂を適切に固化させるために比較的大きい温度差が必要になることがあるという不都合がある。３５〜１００℃の温度差が必要になる可能性がある。例えば基板とテンプレートの間の熱膨張に差があると、転送されたパターンに歪みをもたらす虞がある。これは、インプリント可能材料の粘度特性のためにインプリント・ステップで必要な比較的高い圧力によって悪化することがあり、それが基板の機械的変形を引き起こし、さらにパターンを歪める虞がある。
一方、ＵＶインプリント・リソグラフィは、そうした高い温度および温度変化を伴わず、またそうした粘度特性のあるインプリント可能材料も不要である。その代わり、ＵＶインプリント・リソグラフィは、部分的または全体的に透過性のあるテンプレート、およびＵＶ硬化性の液体、一般にはアクリレートやメタクリレートなどのモノマーを使用するものである。一般に、モノマーと開始剤の混合物など光重合可能な任意の材料を用いることができる。硬化性の液体には、例えばジメチルシロキサン誘導体も含まれる。こうした材料は、熱インプリント・リソグラフィに用いられる熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂より粘性が低く、したがって、より早く移動してテンプレートのパターン・フィーチャを充填する。低温および低圧の動作も、処理能力を高めるのに好都合である。
ＵＶインプリント工程の実施例を図１ｃに示す。図１ｂの工程と同様の方法で、石英のテンプレート１６をＵＶ硬化性樹脂１７に適用する。樹脂を重合させて硬化させるために、熱硬化性樹脂を用いる熱エンボス加工のように温度を上昇させたり、熱可塑性樹脂を用いた場合のように温度サイクルを行うのではなく、石英のテンプレートを通じて樹脂にＵＶ放射線を当てる。テンプレートを除去すると、レジストの残留層をエッチングする残りのステップは、前述の熱エンボス加工の場合と同じか、もしくは類似したものである。一般に用いられるＵＶ硬化性樹脂は、一般的な熱可塑性樹脂よりかなり低い粘性を有しており、したがって、より低いインプリント圧力を用いることができる。高い温度および温度変化による変形が軽減されると共に、圧力が低くなることによって物理的な変形が軽減されるため、ＵＶインプリント・リソグラフィは、高い重ね合わせ精度が必要な用途に適したものになる。さらに、ＵＶインプリント用テンプレートの透過性により、光学的な位置調整技術をインプリントに対して同時に適合させることができる。
このタイプのインプリント・リソグラフィは主にＵＶ硬化性材料を用いるため、一般的にＵＶインプリント・リソグラフィと総称されるが、他の放射線波長を用いて適切に選択された材料を硬化させる（例えば、重合または架橋反応を活性化させる）こともできる。一般に、適切なインプリント可能材料を利用することができれば、そうした化学反応を開始させることが可能な任意の放射線を用いることができる。他の「活性化放射線」には、例えば可視光、赤外放射線、Ｘ線放射線および電子ビーム放射線が含まれる。前記および以下の一般的な記述では、ＵＶインプリント・リソグラフィおよびＵＶ放射線の使用について言及しているが、これらの活性化放射線および他の活性化放射線の可能性を排除するものではない。
基板表面に対して実質的に平行に維持された平坦なテンプレートを用いるインプリント・システムの別法として、ローラー・インプリント・システムが開発された。熱ローラー・インプリント・システムもＵＶローラー・インプリント・システムも、テンプレートをローラー上に形成するように提唱されているが、その他の点では、このインプリント工程は平坦なテンプレートを用いたインプリントにきわめて類似している。文脈上異なる解釈を要する場合を除き、インプリント用テンプレートに対する言及には、ローラー用テンプレートに対する言及も含まれる。
例えばＩＣの製造に通常使用される光学式ステッパと同様の方法によって小さいステップで基板にパターンを形成するために用いることができる、ステップ・アンド・フラッシュ・インプリント・リソグラフィ（ＳＦＩＬ）として知られる特別開発のＵＶインプリント技術がある。これは、テンプレートをＵＶ硬化性樹脂にインプリントすることによって、基板の各小領域を一度にプリントするステップと、テンプレートを通じてＵＶ放射線を「フラッシュ」して、テンプレートの下の樹脂を硬化させるステップと、テンプレートを除去するステップと、基板の隣接する領域へ進むステップと、操作を繰り返すステップとを含む。こうしたステップ・アンド・リピート工程の小さいフィールド・サイズは、パターンの歪みおよびＣＤのばらつきを軽減するのを助け、したがってＳＦＩＬは特に、ＩＣや高い重ね合わせ精度を必要とする他のデバイスの製造に適合させることができる。
原則として、ＵＶ硬化性樹脂を、例えばスピン・コーティングによって基板表面全体に塗布することができるが、これはＵＶ硬化性樹脂の揮発性のために問題となる場合がある。
この問題に対処するための１つの手法は、テンプレートを用いてインプリントする直前に樹脂を液滴の形で基板のターゲット部分に分配する、いわゆる「ドロップ・オン・デマンド」工程である。液体の分配は、所定量の液体を基板の特定のターゲット部分に被着させるように制御される。液体を様々なパターンで分配することが可能であり、液体の量とパターンの配置との注意深い制御の組み合わせを利用することにより、ターゲット領域に対するパターン形成を制限することができる。
先に言及したオン・デマンドによる樹脂の分配は簡単なことではない。テンプレートのフィーチャを満たすのに十分な樹脂が存在するようにするのと同時に、近くの液滴同士が接触するとすぐに樹脂はどこにも流れなくなるため、流れ落ちて望ましくない厚さまたは不均一な残留層となる虞がある過剰な樹脂を最小限に抑えるように、液滴のサイズおよび間隔を注意深く制御する。
先にＵＶ硬化性の液体を基板に被着させることについて言及したが、液体をテンプレートに被着させることも可能であり、一般に同じ技術および考察があてはまる。
図３は、テンプレート、インプリント可能材料（硬化性モノマー、熱硬化樹脂、熱可塑性のものなど）および基板の相対寸法を示している。基板の幅Ｄと硬化性樹脂層の厚さｔの比は１０６程度である。テンプレートから突出したフィーチャが基板に損傷を与えるのを避けるために、寸法ｔをテンプレート上に突出するフィーチャの深さより大きくすべきであることが理解されよう。
スタンピング後に残されたインプリント可能材料の残留層は、下にある基板を保護するのに有用であるが、高い解像度および／または重ね合わせ精度を得ることに影響を及ぼす可能性もある。第１の「ブレイクスルー」エッチングは等方性（非選択的）であり、したがって、インプリントされたフィーチャならびに残留層がある程度浸食される。これは、残留層が過度に厚い場合および／または不均一である場合に悪化する虞がある。
このエッチングは、例えば下にある基板に最終的に形成されるフィーチャの厚さのばらつき（すなわち、限界寸法のばらつき）をもたらす可能性がある。第２の異方性エッチングで転送層にエッチングされるフィーチャの厚さの均一性は、樹脂に残されたフィーチャのアスペクト比、および形の完全性に依存する。樹脂の残留層が不均一である場合、非選択的な第１のエッチングが、これらフィーチャのいくつかを「丸みのある」頂部を有したものとして残す可能性があり、それによりこれらフィーチャが、第２のエッチング工程および任意の後続のエッチング工程においてフィーチャの厚さの十分な均一性を確保するのに十分によく画定されない。
原則として、前記の問題は、残留層をできるだけ薄くすることによって軽減することができるが、それには（おそらく基板の変形を増大させる）望ましくない高い圧力、および（おそらく処理能力を低下させる）比較的長いインプリント時間の適用が必要になる可能性がある。
先に言及したように、テンプレート表面のフィーチャの解像度は、基板にプリントされるフィーチャの実現可能な解像度に対する制限要因である。熱インプリント・リソグラフィおよびＵＶインプリント・リソグラフィで用いられるテンプレートは、一般に２段階の工程で形成される。初めに、例えば電子ビームによる書き込みを用いて必要なパターンを書き込み、レジストに高解像度のパターンを与える。次いで、クロムの薄層にレジストのパターンを転送し、それがパターンをテンプレートのベース材料に転送する最後の異方性エッチング・ステップ用のマスクを形成する。例えばイオンビーム・リソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ、極紫外リソグラフィ、エピタキシャル成長、薄膜形成、化学エッチング、プラズマ・エッチング、イオン・エッチング、イオン・ミリングなど他の技術を用いることもできる。一般に、きわめて高い解像度を可能にする技術は、テンプレートが実質的に１ｘマスクであるときに望ましく、このとき転送されるパターンの解像度は、テンプレート上のパターンの解像度によって制限される。
テンプレートの剥離特性も考慮すべきものである。例えば、テンプレート上に低い表面エネルギーを有する薄い剥離層を形成するように、テンプレートを表面処理材料で処理することができる（薄い剥離層を基板に被着させてもよい）。
インプリント・リソグラフィの開発において他に考慮すべきものは、テンプレートの機械的耐久性である。テンプレートは、インプリント可能媒体のスタンピング中に大きい力を受ける可能性があり、また熱インプリント・リソグラフィの場合も、高い圧力および温度に晒される可能性がある。力、圧力および／または温度によってテンプレートの摩耗が生じ、基板にインプリントされるパターンの形に悪影響を及ぼす虞がある。
熱インプリント・リソグラフィでは、基板とテンプレートの熱膨張の差を低減するのを助けるために、パターンが形成される基板と同じ材料もしくは類似の材料でできたテンプレートを用いて、潜在的な利点を実現することができる。ＵＶインプリント・リソグラフィでは、テンプレートは、少なくとも部分的に活性化放射線に対する透過性があるものとされ、したがって、石英のテンプレートが使用される。
本明細書では、インプリント・リソグラフィをＩＣの製造に用いることについて特に言及しているが、記載のインプリント装置および方法は、一体型光学システム、磁気ドメイン・メモリ用の誘導および検出パターン、ハード・ディスク磁気媒体、フラット・パネル・ディスプレイ、薄膜磁気ヘッドその他の製造など、他の用途にも使用可能であることを理解すべきである。
先の記述では、インプリント・リソグラフィを、実質的にレジストとして働くインプリント可能な樹脂を介してテンプレートのパターンを基板に転送するために用いることについて特に言及してきたが、場合によっては、インプリント可能な材料自体が、例えば機能的な導電性、光学的な線形応答または非線形応答などを機械的に有する機能材料であってもよい。例えば、機能材料は、導電層、半導体層、誘電体層、または他の望ましい機械的、電気的もしくは光学的特性を有する層を形成することができる。いくつかの有機物質も適切な機能材料となり得る。こうした用途は、１つまたは複数の本発明の実施例の範囲内とすることができる。
先に言及したように、熱可塑性のインプリント可能媒体を使用する熱インプリント・リソグラフィには、１つまたは複数の問題がある可能性がある。例えば、熱可塑性ポリマーは、一般に比較的高い粘性を示すため、インプリント可能媒体に満足できるパターンを形成するには通常、テンプレートが、インプリント可能媒体および／または基板を変形させる虞がある高い圧力に晒される必要がある。さらに、熱可塑性ポリマーは非晶質材料であるため、一般にインプリント前にその流れ温度より高い温度まで加熱され、その結果、冷却してそのガラス転移温度より低い温度まで戻すと、テンプレートをポリマーに押し込むことによって生じた変形が不可逆になる。したがって熱可塑性ポリマーは、一般にインプリント前にそのガラス転移温度より少なくとも５０℃高い温度まで加熱され、それによってインプリント・システムの異なる構成要素内で異なる熱膨張がもたらされる可能性がある。熱可塑性ポリマーを用いるときの高圧および／または高温は、複数の層を高精度で重ね合わせることを、不可能ではないにしても困難にする可能性がある。
図４ａは、本発明の方法の一実施例に従って使用するための、インプリント・システム４１の様々な構成要素を示している。シリコン基板４２は平坦化層４３を支持している。平坦化層４３の表面４５には、例えばスピン・コートにより、インプリント可能なエッチング・バリアとして働く十分精製されたパラフィン・ワックス４４の層を被着させてある。ワックス４４を固相に維持するために、基板４２および平坦化層４３は、ワックス４４の融点温度より摂氏数度低い温度に維持される。パラフィン・ワックス４４の上には、レリーフ・パターンを画定する下面４７を有するテンプレート４６が配置されている。レリーフ・パターンを画定するテンプレート４６の表面４７には、固化したワックス４４にパターンを形成した後、テンプレート４６をパラフィン・ワックス４４から離すのを助けるために、剥離層４８がコートされている。
図４ｂはインプリントするステップを示している。基板４２、平坦化層４３、テンプレート４６および剥離層４８を加熱し、次いでワックス４４の融点温度より摂氏数度高い温度に維持して、ワックス４４を液化させる。次いで、液体のワックス４４を、レリーフ・パターンを画定するテンプレート４６の表面４７に接触させ、それによってインプリントして、ワックス４４に所望のパターンを形成する。
図４ｃでは、基板４２、平坦化層４３、テンプレート４６および剥離層４８を冷却し、次いでワックス４４の融点温度より摂氏数度低い温度に維持して、前のステップでインプリントされたパターンを保ちながら、ワックス４４を冷却し、再び固化させる。
図５ａでは、テンプレート４６および剥離層４８は固化したワックス４４から離れ、平坦化層４３の表面４５に隣接したワックス４４に厚さが減少した領域４９が残されている。図５ｂは、固化したワックス４４の厚さが減少した領域４９を除去し、それによって平坦化層４３の表面４５の領域５０を露出させる第１のエッチング工程を示している。図５ｃでは、平坦化層４３の表面４５の露出した領域５０をエッチングして、基板４２の表面５２の領域５１を露出させる。図５ｄでは、基板表面５２の露出した領域５１をエッチングして、基板４２に所望のパターンを与える。
インプリント可能媒体が結晶質材料または多結晶材料を含むので、インプリントの用意ができた媒体を液化し、テンプレート除去の用意ができた媒体を再び固化させるのに必要な温度変化は、熱可塑性ポリマーを用いるときの類似のステップに必要な温度変化よりかなり小さい。したがってインプリント速度が高まるはずであり、またインプリント・システム全体の熱の流れおよび熱膨張の差が低減され、それによってインプリントの解像度および重ね合わせ精度が改善されるはずである。さらに、固体状態と液体状態の間の相転移は、所与の用途に適するように、より正確に再現可能で、且つより正確に要求に適応可能なもとなろう。
インプリント・リソグラフィ中の温度のばらつきには、例えばＵＶ照明中の加熱作用、硬化中のエネルギー放出、および（基板を加工マシンからリソグラフィ・マシンへ移すときの温度変化などの）システムに内在する温度のばらつきなど、いくつかの異なる原因がある。こうした温度のばらつきによって、一般にインプリント可能媒体の熱膨張が生じ、それがインプリントされたパターンのフィーチャ・サイズのばらつきをもたらす可能性がある。
フィーチャ・サイズのばらつきは、例えばテンプレートと基板の上の特別に設計されたマーク同士のライン間隔を測定するなど、任意の適切な従来技術によって測定することができる。したがって、フィーチャ・サイズのばらつきが生じたときには、その測定および補正が可能である。フィーチャ・サイズのばらつきを補正する１つの方法は、インプリント工程の開始前に、（例えば赤外放射線や加熱素子の使用によって）テンプレートを予熱して所定の温度に維持することである。（例えば、ＵＶによって引き起こされるインプリント可能媒体の硬化によって）インプリント工程中に放出される熱は、普通ならテンプレートを膨張させるはずだが、インプリント中に（例えば、赤外放射線束を減少させることによって）テンプレートを加熱する程度を下げることにより、熱を補償することができる。そうすることで、テンプレートに伝わる総熱負荷を一定に保ち、それにより、温度によって引き起こされるパターン・フィーチャのばらつきを回避することができる。
一実施例では、加熱すると収縮する、既知の負の膨張係数の材料を用いれば、予熱を不要にすることができる。その場合、１つまたは複数の負の膨張係数の材料を含めた様々な材料を適切に配置することにより、正確なフィーチャ・サイズの制御を得ることができる。例えば、負の膨張係数の材料でできた少なくとも１つの層を利用した多層構造を用いることができる。
他の実施例では、テンプレートに取り付けられ、適切に配置された圧電素子を用いてテンプレートをあらかじめ伸ばすことにより、温度によって引き起こされるフィーチャのばらつきを回避することができる。熱によって引き起こされるインプリント中のテンプレートの膨張を、圧電素子の適切な制御によって補償することができる。例えば、テンプレートの膨張を引き起こす（例えばインプリント可能媒体の発熱硬化中の）システム内の温度変化を、圧電素子に印加される電圧を変化させることによって補償してテンプレートを収縮させ、その適切な形に戻すことができる。
基本的な発明の概念から逸脱することなく、前述の１つまたは複数の実施例に多くの変更を加えることが可能であり、またそれらの変更形態が本発明の範囲内に含まれるものであることが理解されよう。例えば、インプリント可能媒体は、１つまたは複数のインプリント材料を任意の望ましい割合で含むことができる。インプリント可能媒体はまた、核剤として働く１つまたは複数の添加剤、あるいは粘性や融解潜熱など媒体の物理的および／または化学的特性を調整するための１つまたは複数の添加剤を含むこともできる。この方法の１つまたは複数の実施例を、平坦化層の有無に関わらず、任意の望ましい基板材料を用いたインプリント・システムに適用することができる。さらに、剥離層の使用は必須ではなく、適切な場合には割愛することができる。多くの結晶質材料および多結晶材料は比較的低い粘性を示すため、本発明の実施例による方法を用いることにより、分離中にインプリント可能媒体がテンプレートに付着するのを低減させることができる。
基板材料の連続する層に対して前述の手順を繰り返すだけで、本発明の１つまたは複数の実施例が多層基板の製造に適したものになることが、当業者には容易に理解されよう。さらに、結晶質材料および多結晶材料は、一般に低い粘性を示すため、比較的低いプリント圧力を用いることができる。これによって処理中に基板が変形する可能性を低減させ、パターンの重ね合わせ精度を改善することが可能になる。
ここまで本発明の特定の実施例について説明してきたが、本発明を、記載したものとは別の方法で実施することが可能であることが理解されよう。前記説明は本発明を限定するものではない。
１０ テンプレート
１１ 分子層
１２ 基板
１２’ 平坦化転送層
１３ レジスト層
１４ テンプレート
１５ ポリマー樹脂
１６ テンプレート
１７ ＵＶ硬化性樹脂
２０ 基板
２１ 平坦化転送層
２２ 残留層
２３ フィーチャ
４１ インプリント・システム
４２ シリコン基板
４３ 平坦化層
４４ パラフィン・ワックス
４５ 平坦化層の表面
４６ テンプレート
４７ テンプレートの表面
４８ 剥離層
４９ 厚さが減少した表面
５２ 基板表面
１１ 分子層
１２ 基板
１２’ 平坦化転送層
１３ レジスト層
１４ テンプレート
１５ ポリマー樹脂
１６ テンプレート
１７ ＵＶ硬化性樹脂
２０ 基板
２１ 平坦化転送層
２２ 残留層
２３ フィーチャ
４１ インプリント・システム
４２ シリコン基板
４３ 平坦化層
４４ パラフィン・ワックス
４５ 平坦化層の表面
４６ テンプレート
４７ テンプレートの表面
４８ 剥離層
４９ 厚さが減少した表面
５２ 基板表面
Claims (15)
- 基板上のインプリント可能媒体を、該媒体が流動可能な状態になる第１の温度になるような条件にするステップであって、前記インプリント可能媒体は、結晶質材料、ワックス材料および多結晶材料からなる群から選択されるインプリント材料を有しているステップと、
前記媒体にテンプレートを押し込んで、前記媒体に圧痕を形成するステップと、
前記媒体が前記テンプレートに接触させられている間に、前記媒体を、該媒体が実質的に流動不能な状態になる第２の温度まで冷却するステップと、
実質的に流動不能な前記状態の間に、前記テンプレートを前記媒体から分離するステップと、を含み
前記テンプレートの媒体接触面に剥離層が設けられ、
前記テンプレートが圧電素子を備え、熱によって引き起こされるインプリント中の前記テンプレートの膨張を前記圧電素子の制御によって補償して、前記テンプレートの形を適切に保つことを特徴とする
インプリント方法。 - 前記テンプレートを前記媒体に押し込む直前に、前記媒体が前記第１の温度まで加熱される請求項１に記載のインプリント方法。
- 前記媒体を前記テンプレートに接触させた直後に、前記媒体が前記第１の温度まで加熱される請求項１に記載のインプリント方法。
- 第１の量の前記媒体を前記基板の第１のターゲット部分の上に被着させること、ならびに前記第１の量の媒体をインプリントすることを含む請求項１乃至３の何れかに記載のインプリント方法。
- 前記第１の量の媒体をインプリントした後で、第２の量の前記媒体を、前記第１のターゲット部分から間隔をおいた前記基板の第２のターゲット部分の上に被着させること、ならびに前記第２の量の媒体をインプリントすることを含む請求項４に記載のインプリント方法。
- 前記第１の温度が、前記媒体の融点温度以上である請求項１乃至５の何れかに記載のインプリント方法。
- 前記第２の温度が、前記媒体の融点温度以下である請求項１乃至５の何れかに記載のインプリント方法。
- 前記テンプレートが最初に前記媒体に接触するとき、前記媒体が固相である請求項１乃至７の何れかに記載のインプリント方法。
- 前記テンプレートが最初に前記媒体に接触するとき、前記媒体が液相である請求項１乃至７の何れかに記載のインプリント方法。
- 前記テンプレートを前記媒体から分離する直前に、前記媒体を固相にする請求項１乃至７の何れかに記載のインプリント方法。
- 前記媒体を前記テンプレートに接触させている間に、前記媒体を液相から固相へ変化させる請求項１乃至７の何れかに記載のインプリント方法。
- 前記媒体を前記テンプレートに接触させている間、前記テンプレートに１０〜１００ｋＰａの範囲の圧力を加える請求項１乃至１１の何れかに記載のインプリント方法。
- 前記インプリント材料が室温に近い融点温度を有する請求項１乃至１２の何れかに記載のインプリント方法。
- 前記インプリント材料が１００ｃｐｓ未満の粘性を有している請求項１乃至１３の何れかに記載のインプリント方法。
- 基板にパターンを付与する方法であって、
基板上のエッチング・バリア材料を、該材料が流動可能な状態になる第１の温度になるような条件にするステップであって、前記エッチング・バリア材料は、結晶質材料および多結晶材料からなる群から選択されるインプリント材料を有しているステップと、
前記エッチング・バリア材料にテンプレートを押し込んで、前記エッチング・バリア材料に、厚みが減少した領域を有するパターンを形成するステップと、
前記エッチング・バリア材料が前記テンプレートに接触させられている間に、前記エッチング・バリア材料を、該材料が実質的に流動不能な状態になる第２の温度まで冷却するステップと、
実質的に流動不能な前記状態の間に、前記テンプレートを前記エッチング・バリア材料から分離するステップと、
前記厚みが減少した領域をエッチングして、前記基板の表面領域を露出させるステップと、
前記基板の前記露出した表面領域をエッチングするステップと、を含み
前記テンプレートの媒体接触面に剥離層が設けられており、
前記テンプレートが圧電素子を備え、熱によって引き起こされるインプリント中の前記テンプレートの膨張を前記圧電素子の制御によって補償して、前記テンプレートの形を適切に保つことを特徴とする
インプリント方法。
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