JP4515413B2 - インプリントリソグラフィ - Google Patents

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目標部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は従来、集積回路（ＩＣ）、フラットパネルディスプレイおよび微細構造を含む他のデバイスの製造に使用されている。

リソグラフィパターンのフィーチャー（ｆｅａｔｕｒｅｓ）のサイズを減少させることが望ましいのは、これによって任意の基板区域上のフィーチャーの密度を増大させることができるからである。フォトリソグラフィでは、より短い波長の放射線を使用することによって、解像度の向上を達成することができる。しかし、このような減少に伴う問題がある。現在のシステムは、波長が１９３ｎｍの領域の光源を採用し始めているが、そのレベルでも回折限界が障害となる。より短い波長では、材料の透明度が非常に低くなる。解像度を向上することができる光学リソグラフィ機械は、複雑な光学系および希少な材料を必要とし、その結果、非常に高価になる。

１００ｎｍ未満のフィーチャーを印刷する新しい方法は、インプリントリソグラフィとして知られ、物理的型またはテンプレートを使用してパターンをインプリント可能な媒体にインプリントすることによって、パターンに基板を転写することを含む。インプリント可能な媒体は、基板または基板の表面に被覆される材料でよい。インプリント可能媒体は、パターンを下にある表面に転写する「マスク」として機能するか、それに使用することができる。インプリント可能媒体は、例えば半導体材料のような基板に付着させるレジストとして設けることができ、それにテンプレートで画定されたパターンが転写される。したがって、インプリントリソグラフィとは基本的に、テンプレートのトポグラフィが基板上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の規模の成形プロセスである。パターンは、光学リソグラフィプロセスの場合のように層状にすることができ、したがって原則的に、インプリントリソグラフィは、ＩＣ製造のような用途に使用することができる。

インプリントリソグラフィの解像度は、テンプレート製造プロセス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、５０ｎｍ未満の範囲のフィーチャーを、従来の光学リソグラフィプロセスで達成可能なものより大幅に改善された解像度およびラインエッジラフネス（ｌｉｎｅ ｅｄｇｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）で生成するために使用することができる。また、インプリントプロセスは、光学リソグラフィプロセスで通常必要とされる高価な光学系、先進の照明ソース、または特殊なレジスト材料を必要としない。

従来のインプリントリソグラフィ装置では、パターンを設けたテンプレートをアクチュエータに取り付ける。アクチュエータがテンプレートを基板に向かって移動させ、テンプレートを基板上へと押す。テンプレートを介して基板に押しつけられる力は、非常に大きくなり得る。これは、基板および／またはテンプレートを、例えば数百ナノメートル変形させることがあり、これは基板上にインプリントされるパターンの損傷につながることがある。

概して、インプリントテンプレートが基板のインプリント可能材料に接触した後、長時間放置される。これでは、インプリント可能材料をテンプレートのパターンの窪み全部に十分に流入させるためである。この多大な時間は、インプリントリソグラフィが現在、光学リソグラフィより時間がかかる一つの理由である。速度は、インプリントリソグラフィ機械の経済的実現性の重要な要素であり、テンプレートに流体が流入できる多大な時間は不利になることがある。

第一の態様によると、リソグラフィ装置で、
インプリントテンプレートを保持するように構成されたテンプレートホルダと、
基板を受けるように配置構成された基板テーブルと、
インプリントテンプレートの一部を照明するように配置構成された放射線出力部と、
インプリントテンプレートと基板上に設けたインプリント可能材料との境界面から散乱した放射線を検出するように構成された検出器とを有するリソグラフィ装置が提供される。

第二の態様によると、リソグラフィ装置であって、
インプリントテンプレートを保持するように構成されたテンプレートホルダと、
基板を受けるように配置構成された基板テーブルと、
インプリントテンプレートの一部を照明するように配置構成された放射線出力部と、
基板によって反射した放射線を検出するように構成された検出器とを有するリソグラフィ装置が提供される。

第三の態様によると、インプリントリソグラフィの方法であって、
インプリントテンプレートを基板上のインプリント可能材料の層に押しつけることと、
インプリントテンプレートの一部を放射線で照明することと、
インプリントテンプレートと基板上のインプリント可能材料との境界面から散乱した放射線を検出することとを含む方法が提供される。

第四の態様によると、インプリントリソグラフィの方法であって、
インプリントテンプレートを基板上のインプリント可能材料の層に押しつけることと、
インプリントテンプレートの一部を放射線で照明することと、
基板によって反射した放射線を検出することとを含む方法が提供される。

本発明の１つまたは複数の実施形態は、パターン形成したテンプレートを流動可能な状態のインプリント可能媒体にインプリントする任意のインプリントリソグラフィプロセスに適用可能であり、例えば本明細書で説明するように高温およびＵＶインプリントリソグラフィに適用することができる。

次に、本発明の実施形態を添付の略図を参照に、例示の方法においてのみ説明する。図面では対応する参照記号は対応する部品を示すものとする。

インプリントリソグラフィには２つの主要なアプローチがあり、これは一般的に高温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。軟質リソグラフィとして知られる第三のタイプの「インプリント」リソグラフィもある。これらの例が図１ａから図１ｃで図示されている。

図１ａは、分子１１（通常はチオールのようなインク）の層を、可撓性テンプレート１０（通常はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から製造）から、基板１２および平坦化および転写層１２’の上に支持されたレジスト層１３へと転写することを含む軟質リソグラフィプロセスを概略的に示す。テンプレート１０は、その表面上にフィーチャーのパターンを有し、分子層がフィーチャー上に配置される。テンプレート１０をレジスト層１３に押し当てると、分子１１の層がレジストに付着する。テンプレートをレジストから外すと、分子１１の層がレジストに付着し、レジストの残りの層がエッチングされ、したがって転写した分子層で覆われていないレジストの区域が、基板までエッチングされる。

軟質リソグラフィに使用するテンプレート１０は、容易に変形可能であり、したがって例えばナノメートルの規模のような高い解像度の用途には適さない。テンプレートの変形が、インプリントされるパターンに悪影響を及ぼし得るからである。さらに、同じ領域に複数回重ねる多層構造を製造する場合、軟質インプリントリソグラフィは、ナノメートルの尺度のオーバレイ精度を提供することができない。

高温インプリントリソグラフィ（または高温エンボス）は、ナノメートル規模で使用する場合、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）としても知られる。このプロセスは、例えばシリコンまたはニッケルなどから作成した比較的硬質のテンプレートを使用し、この方が摩耗および変形に対する耐性が高い。これは、例えば米国特許第６，４８２，７４２号に記載され、図１ｂで図示されている。典型的な高温インプリントプロセスでは、固体テンプレート１４を、基板の表面に成型されている熱硬化性または熱可塑性ポリマ樹脂１５にインプリントする。樹脂は、例えば基板表面に、さらに典型的には（図示の例のように）平坦化および転写層１２’へとスピンコーティングして、焼き付けることができる。「硬質」という用語は、インプリントテンプレートを説明する場合、一般的に「硬質」材料と「軟質」材料の間と見なされている材料、例えば「硬質」ゴムを含むことを理解されたい。インプリントテンプレートとして使用する特定材料の適切性は、用途の要件によって決定される。

熱硬化性ポリマ樹脂を使用する場合は、テンプレートと接触すると、樹脂がテンプレート上に画定されたパターンフィーチャーに流入するように流動可能であるような温度まで、樹脂を加熱する。次に、樹脂の温度を上昇させて、樹脂を熱硬化（例えば架橋）し、したがってこれが固化し、所望のパターンへと非可逆的に対応する。これでテンプレートを取り出し、パターン形成した樹脂を冷却することができる。

高温インプリントリソグラフィプロセスで使用する熱可塑性ポリマ樹脂の例は、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）である。熱可塑性樹脂は、テンプレートでインプリントする直前に自由に流動可能な状態であるように加熱される。通常は、樹脂のガラス転移温度よりはるかに上の温度まで熱可塑性樹脂を加熱することが必要である。テンプレートを流動性樹脂に押し込み、十分な圧力を加えて、樹脂がテンプレート上に画定されたパターンフィーチャーの全部に流入することを保証する。次に、テンプレートが所定の位置にある状態で、樹脂をガラス転移温度の下まで冷まし、その後に樹脂は所望のパターンに非可逆的に対応する。パターンは、樹脂の残留層からレリーフ状態になったフィーチャーで構成され、残留層は、適切なエッチングプロセスで除去し、パターンフィーチャー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外したら、通常は２段階のエッチングプロセスを図２ａから図２ｃで示すように実行する。基板２０は、図２ａで示すように、そのすぐ上に平坦化および転写層２１を有する。平坦化および転写層の目的は２つある。これは、テンプレートのそれとほぼ平行な表面を提供する働きをし、これは、テンプレートと樹脂との接触が平行であることを保証するのに役立ち、本明細書で説明するように、印刷されたフィーチャーの縦横比も改善する。

テンプレートを外した後、固化した樹脂の残留層２２が、所望のパターンに形成されて平坦化および転写層２１の上に残る。第一エッチングは等方性であり、残留層２２の一部を除去するので、図２ｂで示すようにフィーチャー２３の高さがＬ１であり、フィーチャーの縦横は低くなる。第二エッチングは非等方性（または選択的）であり、縦横比を改善する。非等方性エッチングは、固化した樹脂で覆われていない平坦化および転写層２１の部分を除去し、図２ｃで示すようにフィーチャー２３の縦横比を（Ｌ２／Ｄ）まで上昇させる。エッチング後に基板上に残された結果のポリマ厚さのコントラストは、インプリントしたポリマが十分に抵抗性である場合、例えば剥離プロセスのステップとして、例えばドライエッチングのマスクとして使用することができる。

高温インプリントリソグラフィには、パターンの転写を比較的高温で実施しなければならず、さらにテンプレートを外す前に樹脂が十分に固化していることを保証するために、比較的大きい温度差が必要なことがあるという不利がある。３５℃と１００℃の間の温度差が必要なことがある。例えば基板とテンプレートなどの間の温度差による膨張は、転写したパターンの歪みにつながることがある。このパターンの歪みは、インプリント可能材料の粘性の性質のために、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、これは基板に機械的変形を誘発し、更にパターンを歪ませる可能性がある。

他方で、ＵＶインプリントリソグラフィにはこのような高い温度および温度差がなく、このような粘性のインプリント可能材料も必要でない。むしろ、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明なテンプレート、およびＵＶ硬化性液体、通常はアクリレートまたはメタクリレートのような単量体の使用を含む。概して、単量体と開始剤（ｉｎｉｔｉａｔｏｒ）の混合物のような任意の光重合性材料を使用することができる。硬化性液体は、例えばジメチルシロキサン誘導体なども含んでよい。このような材料は、高温インプリントリソグラフィで使用する熱硬化性および熱可塑性樹脂より粘性が低く、その結果、これよりはるかに速くテンプレートのパターンフィーチャーを充填する。低い温度および低い圧力の動作は、より高いスループット能力にも好ましい。

ＵＶインプリントプロセスの例が図１ｃに図示されている。クォーツテンプレート１６を、図１ｂのプロセスと同様の方法でＵＶ硬化性樹脂１７に適用する。熱硬化性樹脂を使用する高温エンボスのような温度上昇、または熱可塑性樹脂を使用する場合の温度循環ではなく、樹脂を重合させ、次に硬化するために、ＵＶ放射線をクォーツのテンプレートを通してこれに適用する。テンプレートを外した後、レジストの残留層をエッチングする残りのステップは、本明細書で説明したエンボスプロセスと同じであるか、同様である。通常使用するＵＶ硬化性樹脂は、典型的な熱可塑性樹脂より粘性が非常に低く、したがってこれより低いインプリント圧力を使用することができる。より低い圧力によって物理的変形が減少し、さらに高い温度および温度変化による変形が減少するので、ＵＶインプリントリソグラフィは、高いオーバレイ精度を必要とする用途に適する。また、ＵＶインプリントテンプレートの透明な性質は、光学的アラインメント技術を同時にインプリントに適応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硬化性材料を使用し、したがって一般的にＵＶインプリントリソグラフィと呼ばれるが、他の波長の放射線を使用して、適切に選択した材料を硬化させる（例えば重合化または架橋反応を活性させる）ことができる。概して、適切なインプリント可能材料が使用可能であれば、このような化学反応を開始可能な任意の放射線を使用してよい。代替的な「活性化放射線」は、例えば可視光、赤外線放射線、ｘ線放射線および電子ビーム放射線を含む。本明細書の一般的説明では、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も、以上およびその他の活性放射線の可能性を排除するものではない。

基板表面にほぼ平行に維持される平面テンプレートを使用するインプリントシステムの代替品として、ローラインプリントシステムが開発されている。テンプレートをローラ上に形成するが、その他のインプリントプロセスは平面テンプレートを使用するインプリントと非常に類似した高温およびＵＶローラインプリントシステムの両方が提案されている。文脈により特に限定しない限り、インプリントテンプレートへの言及はローラテンプレートへの言及を含む。

従来、例えばＩＣ製造などで使用されている光学ステッパと同様の方法で、基板に小さいステップでパターンを形成するために使用す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、特に開発された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し、テンプレートを通してＵＶ放射線を「点滅」させて、テンプレートの下の樹脂を硬化させ、テンプレートを外し、基板の隣接領域へとステップして、作業を反復することによって、１回に基板の小さい区域を印刷することを含む。このようなステップアンドリピートプロセスの小さいフィールドサイズは、パターンの歪みおよびＣＤの変動を軽減するのに役立つことができ、したがってＳＦＩＬは、ＩＣおよび高いオーバレイ精度を必要とする他のデバイスの製造に特に適する。

原則的に、ＵＶ硬化性樹脂は、例えばスピンコーティングなどによって基板表面全体に適用することができるが、これは、ＵＶ硬化性樹脂の揮発性の性質のために問題となることがある。

この問題に対応する一つのアプローチは、いわゆる「ドロップオンデマンド」プロセスであり、テンプレートでインプリントする直前に、樹脂を小滴で基板の目標部分に配量する。この液体配量は、所定量の液体が基板の特定の目標部分に付着するように制御される。液体は、様々なパターンで配量することができ、慎重に制御した液体量とパターンの配置との組合せを使用して、目標区域にパターン形成を制限することができる。

上述したようにオンデマンドで樹脂を配量することは、些細なことではない。小滴のサイズおよび間隔を慎重に制御して、テンプレートのフィーチャーを充填するのに十分な樹脂があり、それと同時に望ましくない厚さまたは不均一な残留層へと進み得る余分な樹脂を最小限にすることを保証する。隣接する小滴が接触すると、樹脂の流れる場所がなくなるからである。

本明細書では、ＵＶ硬化性液を基板上に付着させることに言及しているが、液体は、テンプレート上に付着させることもでき、概して同じ技術および考察事項が当てはまる。

図３は、テンプレート、インプリント可能材料（硬化性単量体、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など）、および基板の相対的寸法を示す。基板の幅Ｄと硬化性樹脂層の厚さｔとの比率は、１０⁶のオーダである。フィーチャーがテンプレートから突出し、基板を損傷するのを防止するために、寸法ｔをテンプレート上の突出したフィーチャーの深さより大きくなければならないことが理解される。

スタンピングの後に残る残留層は、下にある基板を保護するのに有用であるが、本明細書で言及するように、特に高い解像度および／またはオーバレイ精度が必要である場合に、問題の発生源になることもある。最初の「ブレークスルー」の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ー、さらには残留層もある程度腐食させる。これは、残留層が過剰に厚いか、不均一であるか、あるいはその両方である場合に悪化する。この問題は、例えば下にある基板に最終的に形成される線の太さの変動につながる（つまり限界寸法の変動）。第二回目の非等方性エッチングで転写層にエッチングされる線の太さの均一性は、樹脂に残るフィーチャーの縦横比および形状の完全性によって決定される。残留樹脂層が不均一である場合は、非選択的な第一エッチングが、これらのフィーチャーの一部を「丸まった」頂部の状態で残すことがあり、したがって、フィーチャーが、第二およびその後のエッチングプロセスにおける線太さの良好な均一性を保証するのに十分なほど良好に画定されない。原則的に、上述の問題は、残留層が可能な限り薄いことを保証することによって緩和することができるが、これには望ましくないほど大きい圧力（場合によっては基板の変形を増大させる）および比較的長いインプリント時間（場合によってはスループットを低下させる）を適用する必要があることがある。

テンプレートは、インプリントリソグラフィシステムの重大な構成要素である。本明細書で述べるように、テンプレート表面上のフィーチャーの解像度は、基板に印刷されるフィーチャーの達成可能な解像度の制限要素である。高温およびＵＶリソグラフィに使用するテンプレートは通常、２段階プロセスで形成される。最初に、例えば電子ビームの書き込みを使用して所望のパターンを書き、レジスト内に高い解像度のパターンを与える。次に、レジストパターンをクロムの薄い層に転写し、これは、最終的な非等方性エッチングステップでマスクを形成して、パターンをテンプレートの支持材料に転写する。例えばイオンビームリソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ、極ＵＶリソグラフィ、エピタキシャル成長、薄膜蒸着、化学エッチング、プラズマエッチング、イオンエッチングまたはイオンミリング、のような他の技術を使用することもできる。概して、非常に高い解像度が可能な技術を使用する。というのは、テンプレートが実際には１ｘのマスクで、転写されるパターンの解像度が、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からである。

テンプレートの剥離特徴も考察事項になり得る。テンプレートは、例えば表面処理材料で処理して、テンプレート上に低い表面エネルギを有する薄い剥離層を形成することができる（薄い剥離層を基板に付着させてもよい）。

インプリントリソグラフィの開発における別の考察事項は、テンプレートの機械的耐久性である。テンプレートは、レジストのスタンピング中に大きい力が加わることがあり、高温リソグラフィの場合は、極端な圧力および温度も受けることがある。これはテンプレートの摩耗を引き起こし、基板上にインプリントされるパターンの形状に悪影響を及ぼすことがある。

高温インプリントリソグラフィでは、熱膨張の差を減少させるために、基板と同じ、または同様の材料のテンプレートを使用することに潜在的な利点がある。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放射線に対して透明であり、したがってクォーツのテンプレートを使用する。

本文ではＩＣの製造におけるインプリントリソグラフィの使用に特に言及しているが、本明細書で説明するインプリント装置および方法は、他の用途も有し得ることは理解されるべきである。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用ガイダンスおよび検出パターン、ハードディスクの磁気媒体、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用され得る。

本明細書の説明では、実質的にレジストとして作用するインプリント可能樹脂を介してテンプレートのパターンを基板に転写するためにインプリントリソグラフィを使用することに特に言及しているが、状況によってはインプリント可能材料事態が機能的材料で、例えば導電性、光学的直線または非直線反応などを有してよい。例えば、機能的材料は、導電層、半導体層、誘電層、または別の望ましい機械的、電気的または光学的特性を有する層を形成することができる。幾つかの有機基板も適切な機能的材料になり得る。このような用途は本発明の範囲内である。

図４は、基板テーブル３０、およびインプリントテンプレート３１を保持するテンプレートホルダ（図示を容易にし、明快さのために図示せず）を有するインプリントリソグラフィ装置を概略的に示す。基板３２は基板テーブル３０上に保持され、インプリント可能材料３３の領域が設けられる。図示を容易にするために、図４には基板テーブル３０および基板３２の一部のみが図示されている。

インプリントテンプレート３１は、インプリント可能材料３３と接触していない係合解除位置から、インプリントテンプレート３１がインプリント可能材料３３に押し込まれるインプリント位置へとｚ方向に移動可能である（図４の標準的デカルト座標でマークされる）。インプリントテンプレート３１がインプリント位置にある場合、これによってインプリント可能材料３３が、インプリントプレート上のパターンを形成する窪み（窪みは図４には図示せず）に流入する。これによってインプリントテンプレート３１上のパターンがインプリント可能材料３３に転写される。

インプリント可能材料３３は、インプリントテンプレート３１の縁部をちょうど越えて延在するように図示されている。ある配置構成では、インプリント可能材料は、基板３２の上面全体にわたって設けられる。

放射線出力部３４を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）を、インプリントテンプレート３１の一方側に設けて、インプリントテンプレートの方向に４００ナノメートルの波長で放射線を放射するように配置構成する。代替的または追加的に、放射線は、遠隔放射線ソースから放射線出力部３４に供給することができる。ある実施形態では、ビームストップ３８をインプリントテンプレート３１の反対側に設け、インプリントテンプレート３１および基板３２によって反射した放射線を捕捉するように配置構成される。集光レンズ３６をインプリントテンプレート３１の上に配置し、インプリントテンプレート３１の像を電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ３７に集束させるように配置構成する。

使用時には、インプリントテンプレート３１をインプリント位置へと移動させたら、つまりインプリント可能材料３３に押し込んだら、ＬＥＤ３４をオンに切り換え、放射線３５のビームをインプリントテンプレート３１の上面に配向する。放射線３５のビームは、インプリントテンプレート３１を通過し、基板３２の表面で反射して、インプリントテンプレートを通過して戻り、ビームストップ３８に入射する。放射線ビーム３５の一部は、インプリントテンプレート３１とインプリント可能材料３３の間の境界面で散乱する。矢印で表された散乱放射線は、集光レンズ３６によってＣＣＤカメラ３７に集光させる。散乱した放射線３９は、インプリント可能材料３３が、インプリントテンプレート３１の下側にパターンを形成する窪みに十分に流入したかを判断するために使用される。

図５ａから図５ｃは、図４で示したインプリントテンプレートおよび基板の細部を概略的に示す。最初に図５ａを参照すると、インプリントテンプレート３１は係合解除位置にあり、基板３２の上に配置される。基板３２にはインプリント可能材料３３を設ける。インプリント可能材料３３は、等しい深さの連続的な層ではなく、２つの小滴の形態である。インプリント可能材料３３の小滴は、往々にしてインプリント可能材料の表面張力のせいで生じる。実際、インプリント可能材料３３は、例えばインプリントプロセスを加速すると考えられる構成などで、小滴の状態で意図的に設けることが多い。インプリント可能材料３３の小滴は、インプリントテンプレートの下側でパターンを形成する窪み４０と同様の寸法を有するように図示されている。しかし、これは図示を容易にするためだけのものであり、実際にはインプリント可能材料３３の小滴は通常、窪み４０よりはるかに大きい。

図５ｂでは、インプリントテンプレート３１はインプリント位置に移動しており、インプリント可能材料３３上に押しつけられる。時間が経過するとともに、この圧力はインプリント可能材料３３をインプリントテンプレート３１の下側の窪み４０に強制的に流入させる。この流れが終了すると、インプリント可能材料３３が窪み４０の全部を十分に充填し、その結果、インプリントテンプレート３１が係合解除位置へと移動すると、インプリントテンプレートの下側の窪み４０によって形成されたパターンが、インプリント可能材料３３によって保持される。図５ｂは、流れの中間点を示す。この中間点で、インプリント可能材料３３は、インプリントテンプレート３１の窪み４０を十分に充填していず、窪みに気体４２（気泡）の領域が残る。

放射線３５のビームは、気泡４２とその周囲との境界面と交差すると散乱する。図４のように、散乱した放射線は矢印３９で示される。散乱した放射線３９はＣＣＤカメラ３７に描像され、インプリント可能材料３３の流れが終了していないことを示す。

散乱が生じる理由は、インプリントテンプレート３１およびインプリント可能材料３３の反射率と比較したガス４２の反射率を参照すると理解することができる。例えば窒素または空気でよいガス４２の典型的な屈折率は１である。従来はクォーツで作成されているインプリントテンプレート３１の典型的な屈折率は１．９である。通常は単量体を含むシリコンを有するインプリント可能材料３３の典型的な屈折率は１．６である。放射線の反射は、２つの材料の屈折率の間に大きい差がある場合に、２つの材料の間の境界面で生じる。したがって、放射線３５のビームは、インプリントテンプレート３１と気泡４２の間の境界面、および気泡４２とインプリント可能材料３３の間の境界面に到達すると反射する。幾つかの境界面があり、これが異なる角度で配置されているので、多くの反射が生じ、散乱照射線３９を引き起こす。気泡４２からの放射線の散乱は、ＣＣＤカメラ３７によって検出される（図４参照）。図５ｂが複雑になるのを回避するために、気泡４２への放射線３５のビームの通路は図示されていない。

図５ｃを参照すると、インプリント可能材料３３の流れが終了すると、窪み４０がインプリント可能材料でほぼ完全に充填され、気泡が全く、またはほとんど存在しない。インプリントテンプレート３１の反射率はインプリント可能材料３３の屈折率に近いので、インプリントテンプレートとインプリント可能材料との境界面に生じる反射の量は少ない。放射線３５のビームは、ほぼ邪魔されずにこの境界面を通過し、有意の散乱は生ぜず、したがってＣＣＤカメラ３７（図４参照）によって散乱放射線はほとんど、または全く検出されない。場合によって、残りの放射線の量が、インプリントテンプレートの屈折率とインプリント可能材料の屈折率の比較的小さい差のせいで、境界面で散乱することがある。しかし、これは気泡の存在によって散乱する放射線の量と比較すると小さい。

概して、ＣＣＤカメラ３７によって検出される散乱の程度は、インプリントテンプレート３１の下に位置する気泡４２の数および／またはサイズの指標を提供する。

ある実施形態では、インプリントテンプレート３１の窪みへのインプリント可能材料３３の流入が終了した時点を測定することができる。この測定は、例えばＣＣＤカメラ３７が検出した像の全体的強度、またはＣＣＤカメラが見た像のコントラストを比較することによって、自動的に実行することができる。これによって、インプリントリソグラフィをさらに効率的に実行することができる。というのは、インプリント可能材料３３の流れが終了したら、インプリントテンプレート３１を即剤に係合解除位置へと移動できるからである。典型的なインプリントリソグラフィでは、インプリント可能材料の流れがいつ終了したかが分からないことがあり、その結果、インプリントテンプレートがインプリント位置に必要以上に長く残ることになる。したがって、インプリントリソグラフィを実行するために必要な時間が短縮され、相応してインプリントリソグラフィの生産性の向上を達成することができる。

さらに、ある実施形態では、インプリントしたパターンに欠陥が存在することの表示を提供することができる。例えば、気泡がインプリントテンプレートの下に捕捉され、インプリント可能材料の流れに許容された最長時間内に、テンプレートの下から移動していない場合である。これらの気泡は、インプリントパターンに欠陥を引き起こすことがある。気泡の存在を検出することにより、ある実施形態では、欠陥があるインプリントパターンを識別することができる。欠陥があるインプリントパターンは、例えば再加工するか、廃棄することができる。従来のインプリントリソグラフィシステムでは、不良パターンは、デバイスの製造が終了し、デバイスを試験するまで識別することができない。

インプリント可能材料の流れが終了した後、インプリントテンプレート３１を係合解除位置へと戻す。次に、インプリントパターンをインプリント可能材料３３に固定する（つまりインプリント可能材料を硬化する）化学反応を活性させるために、ＵＶ放射線でインプリント可能材料３３を照明する。ある実施形態では、ＣＣＤカメラ３７および集光レンズ３６は、ｘおよび／またはｙ方向に動作可能であり、ＵＶ放射線で照明を実行する前にインプリントテンプレート３１から離れる。ある実施形態では、ＣＣＤカメラ３７および／または集光レンズ３６はＵＶ放射線に対して透明であり、ＵＶ放射線はその一方または両方を通してインプリント可能材料３３へと導かれる。ある実施形態では、ＣＣＤカメラ３７が移動する必要も、ＵＶ放射線に対して透明である必要もないように、ＵＶ放射線をある角度でインプリント可能材料３３へと導くことができる。ある実施形態（図示せず）では、ＣＣＤカメラは、ＵＶ放射線でインプリントテンプレートをほぼ直角に照明できるようにするために、ほぼ直角ではなく、ある角度でインプリントテンプレートを見るように配置することができる。

上述したように、ＣＣＤカメラ３７の出力は自動的に分析することができる。これは、例えばＣＣＤカメラ３７の全出力を相互に加えて、単一の強度値を提供することによって実行される。制御装置Ｃは、この強度値を閾値と比較し、単一の強度値が閾値より下まで低下したら、これをインプリント可能材料３３の流れが終了したことを示すものと解釈できるように配置構成することができる。次に、制御装置Ｃは、インプリントテンプレート３１を係合解除位置へと移動してよいことを示す出力信号を提供する。この配置構成では、ＣＣＤカメラ３７を単一の大面積フォトダイオードと交換してよいことが理解される。

ある配置構成では、制御装置Ｃを使用して、ＣＣＤカメラ３７によって検出された像のコントラスト（つまりカメラの異なるピクセルが見た強度の差）を分析することができる。気泡から散乱した放射線は不均一に分布し、ＣＣＤカメラ３７上に均一な強度を提供しない。つまり、コントラストの量は、インプリントテンプレート３１の下に捕捉されている気泡４２の数および／またはサイズの表示である。散乱が解消されるか、大幅に減少すると、残るのはＣＣＤカメラ３７の多少のバックグラウンド照明であり、これはほぼ均一である。したがってコントラストが閾値より下まで低下した場合、これはインプリント可能材料３３の流れが終了したことを示すものと解釈することができる。次に、制御装置Ｃは、インプリントテンプレート３１を係合解除位置まで移動してよいことを示す出力信号を提供する。

概して、インプリント可能材料３３の流れによって全ての気泡４２は解消できない場合がある。したがって、閾値は、気泡４２の大部分が解消されたことを示すようなレベル、または必要な形態（つまり、気泡の存在によって過剰に損傷されていない）を有するインプリントパターンに対応することが判明している値に設定することができる。

図６を参照すると、本発明の他の実施形態によるインプリントリソグラフィ装置が概略的に図示されている。インプリントリソグラフィ装置は、基板テーブル３０、およびインプリントテンプレート３１を保持するテンプレートホルダ（図示を容易にし、明快さのために図示せず）を有する。基板３２は基板テーブル３０上に保持され、インプリント可能材料３３の領域が設けられる。インプリントテンプレート３１はｚ方向に動作可能である。放射線出力部３４を有するＬＥＤを、インプリントテンプレート３１の一方側に設けて、ビーム分割器４５の方向に４００ナノメートルの波長で放射線を放射するように配置構成する。代替的または追加的に、放射線は、遠隔放射線ソースから放射線出力部３４に供給することができる。ビーム分割器４５は、ＬＥＤ３４からの放射線をインプリントテンプレート３１に向けて導くように配置構成される。集光レンズ３６をビーム分割器４５の上に配置し、インプリントテンプレート３１の像をＣＣＤカメラ３７に集束させるように配置構成する。

使用時には、インプリントテンプレート３１をインプリント位置へと移動させたら、ＬＥＤ３４をオンに切り換え、ビーム分割器４５を介して放射線４６のビームをインプリントテンプレートの下面へと配向する。インプリントテンプレート３１とインプリント可能材料３３の間に気泡が存在すると、矢印４７で示すようにビーム４６の散乱が生じる。概して、散乱した放射線４７は、集光レンズ３６によって集光されず、したがってＣＣＤカメラ３７で検出されない。

インプリントテンプレート３１の窪みへのインプリント可能材料３３の流れが終了すると、インプリントテンプレートとインプリント可能材料との境界面に気泡がなくなるか、その数が減少する。したがって、放射線４６のビームはもはやほとんど散乱せず、矢印４８で示すように基板３２の上面から反射する。反射した放射線は、集光レンズ３６によって集光され、ＣＣＤカメラ３７によって検出される。

ＣＣＤカメラ３７によって検出される放射線の存在、およびその量は、インプリントテンプレート３１の窪みへのインプリント可能材料３３の流れが終了したかの表示を提供する。ＣＣＤカメラ３７によって提供される測定値は、気泡の存在がＣＣＤカメラ３７によって検出される放射線の量を減少させるという意味で、図４および図５に関して図示した実施形態で提供される測定値とは反対である（前述した実施形態では、気泡の存在が、検出した放射線の量を増加させた）。したがって、ＣＣＤカメラ３７は、ＣＣＤカメラからの合計強度出力が閾値より上まで上昇した場合に、インプリント可能材料３３の流れが終了したことを示すものとして解釈することができる。ＣＣＤカメラ３７からの出力が閾値より上まで上昇すると、制御装置Ｃは、インプリントテンプレート３１を係合解除位置へと移動してよいことを示す出力信号を提供する。単一の合計強度出力を使用する場合、ＣＣＤカメラ３７を単一の大面積フォトダイオードと置換することができる。

ある配置構成では、ＣＣＤカメラ３７によって検出された放射線のコントラストを使用して、インプリント可能材料３３の流れがいつ終了したかの表示を獲得することができる。基板３２の表面からの放射線４６ビームの反射は、インプリントテンプレート３１の表面からも見られる反射とともに、ＣＣＤカメラ３７をほぼ均一に照明することになる（つまりコントラストが低い）。しかし、インプリント可能材料３３が流れる間、インプリントテンプレート３１とインプリント可能材料３３の間に気泡が存在する場合、インプリントテンプレートおよびインプリント可能材料に入射する放射線の大部分が散乱し、検出される放射線の量が少なくなる。散乱した放射線の大部分はＣＣＤカメラ３７に入射しないが、ＣＣＤカメラに入射する少ない量は、ＣＣＤカメラに入射する反射放射線の量と比較して重要である。したがって、散乱放射線は、ＣＣＤカメラ３７上の放射線を不均一に分布させる。つまりコントラストの量が多くなる。インプリント可能材料３３の流れが終了すると、反射放射線の量が増大し、散乱放射線の量が減少して、これはＣＣＤカメラ３７に入射する放射線のコントラストの低下として見られる。したがって、ＣＣＤカメラ３７が見るコントラストが閾値より下まで低下した場合、これは制御装置Ｃによって、インプリント可能材料３３の流れが終了したことを示すものと解釈される。これで、制御装置Ｃは、インプリントテンプレート３１を係合解除位置へと移動してよいことを示す出力信号を提供する。

ある割合の放射線４６のビームがビーム分割器４５を通過し、ある割合の放射線４８のビームがビーム分割器によって反射する。望ましくないビームはビームストップ（図示せず）へと配向され、これはビームを反射せずに吸収するように配置構成される。場合によって、偏向ビーム分割器と組み合わせて適切な偏向板を使用し、望ましくないビームのエネルギ量を最小限にするか、さらには望ましくないビームをほぼ解消することができる。

記載された実施形態では、図示を容易にするために、放射線３５、４６のビームが、インプリントテンプレート３１の狭い部分に交差するだけとして図示されている。実際には、放射線３５、４６のビームは、インプリントテンプレート全体を照明するほど十分に広くてもよいことが理解される。場合によっては、インプリントテンプレート３１の一部のみ照明し、測定することが望ましい。これを実行する場合、測定値は、インプリントテンプレート３１全体を表すものとして解釈することができる。

記載された実施形態では、ＣＣＤカメラ３７の出力を、ＣＣＤカメラの表面全体の閾値と比較する。ある配置構成では、ＣＣＤカメラの出力を、隣接する区域（例えば等しいサイズの９個の長方形）のセットと見なすことができる。これを実行する場合、各区域の出力は、閾値と別個に比較することができる。これは、インプリント可能材料の流れが不完全である区域の位置に関する空間情報を提供する。この情報は、インプリントプロセスの改善に使用することができる。例えば、インプリント可能材料の流れが不完全である区域の位置が分かったら、その区域に追加のインプリント圧力を加えることができる。

ＬＥＤ３４は、４００ナノメートルの放射線を放射するように配置構成されるが、他の適切な波長または波長の幅を使用してもよい。さらに、ＬＥＤ以外の放射線ソースを使用してよい。概して、使用する波長は、インプリント可能材料の効果を引き起こさないほど十分に長いが、小さい気泡（つまり、インプリントテンプレート上のフィーチャーのサイズより有意に小さい気泡）から散乱するのに十分なほど短くなくてはならない。放射線の波長の適切な範囲は、４００から７００ナノメートルである。ある実施形態では、赤外線放射線を使用しない。これはインプリント可能材料または基板に吸収され、望ましくない加熱を引き起こし得るからである。

記載された実施形態は、従来通りのインプリント可能材料、例えば単量体の混合物のような光重合性材料、開始剤およびシリコンなどとの関連で使用することができる。通常、単量体は、例えばアクリレートまたはメタクリレートを有してよい。必要に応じて、インプリント可能材料の屈折率は、材料中のシリコンの割合を増加させることによって上昇させることができる。これは、インプリントテンプレート３１とインプリント可能材料３３との間の屈折率の差を減少させ、それによって動作を改善する。インプリントテンプレート３１およびインプリント可能材料３３の屈折率は、これが一致する（つまり、ほぼ等しくなる）ように調節することができる。インプリントテンプレート３１とインプリント可能材料３３との屈折率の差を減少させる別の方法は、より低い屈折率を有する材料からインプリントテンプレートを作成することである。これを実行するために使用可能な一つの材料はプラスチックである。しかし、プラスチックは、時間の経過とともに紫外線放射線への曝露のせいで損傷することがある。

有用な信号を提供する放射線３５、４６のビームの割合を増加させるために、放射線のビームの波長の反射防止コーティングを、インプリントテンプレート３１の最上面に設けてよい。

以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。説明は本発明を制限するものではない。

従来の軟質リソグラフィプロセスの例を示したものである。 従来の高温リソグラフィプロセスの例を示したものである。 従来のＵＶリソグラフィプロセスの例を示したものである。 高温およびＵＶインプリントリソグラフィを使用してレジスト層にパターンを形成する場合に使用する２段階のエッチングプロセスを示したものである。 テンプレートと、基板上に付着した典型的なインプリント可能レジスト層を概略的に示したものである。 本発明の実施形態によるインプリントリソグラフィ装置を概略的に示したものである。 図４で示したインプリントテンプレートおよび基板の細部を概略的に示し、テンプレートが係合解除位置にある状態を示したものである。 図４で示したインプリントテンプレートおよび基板の細部を概略的に示し、テンプレートがインプリント位置にある状態を示したものである。 図４で示したインプリントテンプレートおよび基板の細部を概略的に示し、テンプレートがインプリント位置にある状態を示したものである。 本発明の別の実施形態によるインプリントリソグラフィ装置を概略的に示したものである。

Claims (26)

1. リソグラフィ装置であって、
   インプリントテンプレートを保持するように構成されたテンプレートホルダと、
   基板を受けるように配置構成された基板テーブルと、
   インプリントテンプレートの一部を照明するように配置構成された放射線出力部と、
   インプリントテンプレートと基板上に設けたインプリント可能材料との境界面の気泡の存在によって散乱した放射線を検出するように構成された検出器と、
   前記検出器に入射する放射線の総量を、所定量の前記気泡が除去されたことを示すレベルに設定されている閾値と比較し、前記放射線の総量が前記閾値より下まで低下した場合に出力を生成するように構成された制御装置とを備える、リソグラフィ装置。
2. リソグラフィ装置であって、
   インプリントテンプレートを保持するように構成されたテンプレートホルダと、
   基板を受けるように配置構成された基板テーブルと、
   インプリントテンプレートの一部を照明するように配置構成された放射線出力部と、
   インプリントテンプレートと基板上に設けたインプリント可能材料との境界面の気泡の存在によって散乱した放射線を検出するように構成された検出器と、
   前記検出器に入射する放射線のコントラストを、所定量の前記気泡が除去されたことを示すレベルに設定されている閾値と比較し、前記コントラストが前記閾値より下まで低下した場合に出力を生成するように構成された制御装置とを備える、リソグラフィ装置。
3. 前記検出器は、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ、又は１つ又は複数のフォトダイオードを有する、請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. ＵＶ放射線が前記検出器に入射するように、ある角度で前記インプリント可能材料にＵＶ放射線を配向するように構成された放射線出力部を有する、請求項１又は請求項２に記載の装置。
5. 前記検出器が平行移動可能であり、前記インプリントテンプレートから離すことができる、請求項１又は請求項２に記載の装置。
6. 前記検出器が複数の出力を生成するように配置構成され、各出力が検出器の異なる区域を表す、請求項１又は請求項２に記載の装置。
7. 前記放射線出力部は、４００から７００ナノメートルの範囲内の波長又は波長の帯の放射線を提供するように配置構成される、請求項１又は請求項２に記載の装置。
8. 前記放射線出力部は、放射線がある角度で前記インプリントテンプレートに入射するように、前記インプリントテンプレートに放射線を配向するように配置構成され、角度は、前記基板から反射した放射線が前記検出器に入射しないほど十分に大きい、請求項１又は請求項２に記載の装置。
9. 前記インプリント可能材料の屈折率と前記インプリントテンプレートの反射率がほぼ一致する、請求項１又は請求項２に記載の装置。
10. リソグラフィ装置であって、
    インプリントテンプレートを保持するように構成されたテンプレートホルダと、
    インプリント可能材料が設けられた基板を保持するように配置構成された基板テーブルと、
    インプリントテンプレートの一部を照明するように配置構成された放射線出力部と、
    基板によって反射した放射線を検出するように構成された検出器と、を有し、
    前記基板によって反射した放射線は、前記インプリントテンプレートの窪みへの前記インプリント可能材料の流れが終了したか否かの表示を提供し、
    前記検出器に入射する放射線の総量を、前記インプリントテンプレートの窪みへの前記インプリント可能材料の流れが終了したことを示すレベルに設定されている閾値と比較し、前記放射線の総量が前記閾値より下まで低下した場合に出力を生成するように構成された制御装置を更に有する、リソグラフィ装置。
11. リソグラフィ装置であって、
    インプリントテンプレートを保持するように構成されたテンプレートホルダと、
    インプリント可能材料が設けられた基板を保持するように配置構成された基板テーブルと、
    インプリントテンプレートの一部を照明するように配置構成された放射線出力部と、
    基板によって反射した放射線を検出するように構成された検出器と、を有し、
    前記基板によって反射した放射線は、前記インプリントテンプレートの窪みへの前記インプリント可能材料の流れが終了したか否かの表示を提供し、
    前記検出器に入射する放射線のコントラストを、前記インプリントテンプレートの窪みへの前記インプリント可能材料の流れが終了したことを示すレベルに設定されている閾値と比較し、前記コントラストが前記閾値より下まで低下した場合に出力を生成するように構成された制御装置を更に有する、リソグラフィ装置。
12. 前記検出器は、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ、又は１つ又は複数のフォトダイオードを有する、請求項１０又は請求項１１に記載の装置。
13. 前記放射線出力部は、ＵＶ放射線が検出器に入射しないように、ある角度でインプリント可能材料にＵＶ放射線を配向するように配置構成される、請求項１０又は請求項１１に記載の装置。
14. 前記検出器が平行移動可能であり、インプリントテンプレートから離すことができる、請求項１０又は請求項１１に記載の装置。
15. 前記検出器が複数の出力を生成するように配置構成され、各出力が検出器の異なる区域を表す、請求項１０又は請求項１１に記載の装置。
16. 前記放射線出力部は、４００から７００ナノメートルの範囲内の波長又は波長の帯の放射線を提供するように配置構成される、請求項１０又は請求項１１に記載の装置。
17. 前記放射線出力部は、放射線が前記インプリントテンプレートにほぼ垂直に入射するように、前記インプリントテンプレートに放射線を配向するように配置構成される、請求項１０又は請求項１１に記載の装置。
18. 前記検出器と前記インプリントテンプレートの間に配置されたビーム分割器を有する、請求項１０又は請求項１１に記載の装置。
19. 前記インプリント可能材料の屈折率と前記インプリントテンプレートの屈折率がほぼ一致する、請求項１０又は請求項１１に記載の装置。
20. 前記インプリントテンプレートの最上面に、前記放射線出力部から放射された放射線の波長又は波長の帯で有効である反射防止コーティングが設けられている、請求項１０又は請求項１１に記載の装置。
21. インプリントリソグラフィの方法であって、
    インプリントテンプレートを基板上のインプリント可能材料の層に押しつけることと、
    インプリントテンプレートの一部を放射線で照明することと、
    インプリントテンプレートと基板上のインプリント可能材料との境界面の気泡の存在によって散乱した放射線を検出することと、
    検出した放射線の総量を、所定量の前記気泡が除去されたことを示すレベルに設定されている閾値と比較することと、
    前記放射線の総量が前記閾値より下まで低下した場合に出力を生成することと、
    を備える方法。
22. インプリントリソグラフィの方法であって、
    インプリントテンプレートを基板上のインプリント可能材料の層に押しつけることと、
    インプリントテンプレートの一部を放射線で照明することと、
    インプリントテンプレートと基板上のインプリント可能材料との境界面の気泡の存在によって散乱した放射線を検出することと、
    検出した放射線のコントラストを、所定量の前記気泡が除去されたことを示すレベルに設定されている閾値と比較することと、
    前記コントラストが前記閾値より下まで低下した場合に出力を生成することと、
    を備える方法。
23. 前記インプリント可能材料の屈折率と前記インプリントテンプレートの屈折率とがほぼ一致する、請求項２１又は請求項２２に記載の方法。
24. インプリントリソグラフィの方法であって、
    インプリントテンプレートを基板上のインプリント可能材料の層に押しつけることと、
    インプリントテンプレートの一部を放射線で照明することと、
    基板によって反射した放射線を検出することと、を含み、
    前記基板によって反射した放射線は、前記インプリントテンプレートの窪みへの前記インプリント可能材料の流れが終了したか否かの表示を提供し、
    検出した放射線の総量を、前記インプリントテンプレートの窪みへの前記インプリント可能材料の流れが終了したことを示すレベルに設定されている閾値と比較することと、
    前記放射線の総量が前記閾値より上まで上昇した場合に出力を生成することと、を更に含む、方法。
25. インプリントリソグラフィの方法であって、
    インプリントテンプレートを基板上のインプリント可能材料の層に押しつけることと、
    インプリントテンプレートの一部を放射線で照明することと、
    基板によって反射した放射線を検出することと、を含み、
    前記基板によって反射した放射線は、前記インプリントテンプレートの窪みへの前記インプリント可能材料の流れが終了したか否かの表示を提供し、
    検出した放射線のコントラストを、前記インプリントテンプレートの窪みへの前記インプリント可能材料の流れが終了したことを示すレベルに設定されている閾値と比較することと、
    前記コントラストが前記閾値より下まで低下した場合に出力を生成することと、を更に含む、方法。
26. 前記インプリント可能材料の屈折率と前記インプリントテンプレートの屈折率がほぼ一致する、請求項２４又は請求項２５に記載の方法。