JP2006524919A - インプリント・リソグラフィを使用した段階的構造体の形成方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、基板上に配置された段階的構造体の反転形状を基板に転写することを特徴形状とする、段階的構造体を基板上に形成するための方法を提供する。
Description
本発明の分野は、一般に構造体の微細加工に関する。より詳細には、本発明はダマシン処理で使用されるのに好適な、パターン化された基板の形成に関する。
微細加工は、例えば、ミクロン又はこれより小さなオーダーの特徴形状を有する、極めて小さな構造体の作製を含む。微細加工がかなりの影響力を有していた１つの領域は集積回路の加工である。半導体加工産業が引き続き大きな生産収量を求め、同時に基板に形成される単位面積当たりの回路が増大しているため、微細加工はますます重要になってきている。微細加工はより優れた工程管理を可能とし、同時に、形成された構造体の最小特徴形状（フィーチャ）の縮小を向上させることができる。
集積回路を製造する間に使用される共通の工程は、金属導電ラインと接点の加工を含んでいる。接点で、絶縁層によって分離された隣接する導電ラインと相互接続される。導電ラインと接点は、基板内で段付き構造体を形成することによって作製される場合が多い。その段付き構造体はバイアとトレンチと呼ばれている。バイア−トレンチの段付き構造体を形成するための共通の手段は、ダマシン処理として知られる。
ダマシンは、絶縁層内に溝を形成し、アルミニウム、銅、その他の同様の物などの導電性材料で該溝を充填することを含む。このようにして導電ラインが溝内に形成される。接点と導電ラインを形成するためには、通常デュアルダマシン処理を使用して、溝が形成される絶縁層領域内にバイアを形成する。
例示的なデュアルダマシン処理は、絶縁層上にバイアのイメージパターンを形成する。このためには、絶縁層は、フォトレジストで被覆され、適切なマスクにより露出され、次にバイアのイメージパターンを形成するために露出される。パターンは、絶縁層の上部分で異方性エッチングされる。次にフォトレジストは、バイアを取り囲むように第１のマスクパターンと自己整合後に、溝のイメージパターンで第２のマスクを介して露出される。絶縁材料の上部に導電ラインの溝を異方性エッチングすることにより、絶縁層の上部に既に存在し、同時にエッチングされて絶縁材料の下部に複製されるバイアが得られる。エッチングの終了後、バイアと溝は両方とも導電性材料金属で充填される。溝とバイアの両方を導電性材料で同時に充填すると、単なるダマシン処理よりも改善される。しかしながら、デュアルダマシン処理には、２つの異なるマスク間での位置合わせが必要になるなどの欠点が伴う。更に、２つのマスク段階によって必要となる処理時間やコストが増大し、溝をバイアに対して正確に位置付けるために位置合わせが重要になる。
従って、集積回路の加工を促進するために、段付き構造体を形成する処理の改善を行う必要性がある。
本発明は、基板上の段付き構造体と、基板内に多段構造体の反転形状を転写する特徴形状とを形成するための方法を提供する。１つの実施態様では、多段構造体は突出部と肩部とを有する二層の突起部を含む。突出部は最上面を有し、肩部は最上面と基板から離して形状を定める。本発明の例示的な用途は、自己整合トレンチ−バイア構造体の形成である。そのためには、バイア部の寸法は突出部の寸法に応じて設定される。トレンチ部の寸法は、肩部の寸法に応じて設定される。別の実施態様では、多段構造体は基板上に形成されるアイランドである。本明細書にはこれら及び他の実施態様が記載される。
図１は、本発明の実施形態によるリソグラフィシステム１０を示し、間に延びるブリッジ１４とステージサポート１６とを有する１組の離間したブリッジサポート１２を含む。ブリッジ１４とステージサポート１６は離間して配置されている。ブリッジ１４からステージサポート１６に向かって延びるインプリントヘッド１８がブリッジ１４に結合されている。動作ステージ２０がインプリントヘッド１８に面するようにステージサポート１６上に配置されている。動作ステージ２０は、Ｘ−軸とＹ−軸に沿ってステージサポート１６と相対的に動くように構成されている。放射源２２は、動作ステージ２０に化学線を当てるようにシステム１０に結合されている。図示のように、放射源２２は、ブリッジ１４に結合され、放射源２２に接続された発電機２３を含む。
図１と図２の両方を参照すると、パターン化された型２７を有する基板２６がインプリントヘッド１８に接続されている。パターン化された型２７は、パターンが形成された表面２７ａを含む。パターンは、離間した複数の凹部２８と隆起部２９によって形成されている。凹部２８は、溝部分２９ａが段付け部分２９ｂを両側に有する階段状形状を有する。各凹部２８が組み合わされた幅「ＷC」は、溝部分２９ａとの幅「Ｗ1」と２Ｗ2の合計であり、ここでＷ2は段付け部分２９ｂの１つの幅である。隆起部２９の幅は「Ｗ3」である。幅Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3の各々は、Ｚ軸を横切って延びる方向で測定される。原パターンは、動作ステージ２０上に位置付けられた基板３１に転写されるものである。基板３１は通常、シリコンなどの適切な材料で作られたウェハ３１ａで構成されている。また、基板３１を、材料の１つ又はそれ以上の層が配置されたウェハ３１ａで構成してもよい。この例では、基板３１は、組成がＳｉWＣXＯYＨZである有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）などの誘電体材料の複数の層３１ｃ、３１ｅを含むように示されている。ＯＳＧの隣接層３１ｃ、３１ｅは、窒化チタン（ＴｉＮ）などの何らかの適切な材料からなるエッチングバリア３１ｄによって分離されている。誘電層３１ｃとウェハ３１ａとの間に追加のエッチングバリア層３１ｂが配置されている。
図２と図３の両方を参照すると、パターン化インプリント層３４などの流動性領域が、実質的に平滑なプロファイルを示す表面３２の一部の上に配置される。流動性領域は、全体が引用により本明細書に組み込まれる米国特許第５，７７２，９０５号で開示されたホットエンボス加工、又はＣｈｏｕ他による「シリコンにおけるナノ構造体の超高速ダイレクトインプリンティング」、２００２年６月のＮａｔｕｒｅ、Ｃｏｌ．４１７、８３５−８３７ページで記載された型式のレーザ利用のダイレクトインプリンティング（ＬＡＤＩ）加工などの何らかの既知の技術を使用して形成することができる。しかしながら、本実施形態では、流動性領域は、材料３６ａの複数の離間した離散的ビーズ３６として基板３１上に堆積されたパターン化インプリント層３４から成り、以下に更に十分に説明される。パターン化インプリント層３４は、実質的にシリコンを含まない材料３６ａで形成される。該材料は、そこに原パターンを記録するよう選択的に重合して架橋され、記録パターンを決める。材料３６ａは、ポイント３６ｂで架橋され、架橋重合材料３６ｃを形成するるものとして図４に示されている。材料３６ａの例示的な実施形態は、イリノイ州ナイルズ所在のＰｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なモノマーであるアクリル酸シクロヘキシルの重量比約４８％と、ミズーリ州セントルイス所在のＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な架橋剤であるエチレングリコールジアクリレートの重量比約４８％と、ニューヨーク州タリータウン所在のＣｉｂａから商標Ｄａｒｏｃｕｒ（登録商標）で販売され入手可能な、遊離基ジェネレータが重量比約４％からなる化合物で生成される。
図２、３、５を参照すると、パターン化インプリント層３４に記録されたパターンは、部分的にはパターン化された型２７との機械的な接触によって生成される。そのため、図１に示されたインプリントヘッド１８は、Ｚ−軸に沿って動き、パターン化された型２７と基板３１との間の距離「ｄ」を変えることができるようになっている。このようにして、パターン化された型２７はビーズ３６を拡げ、表面３２にわたる材料３６ａの連続形成によりパターン化インプリント層３４を形成する。代替として、又はインプリントヘッド１８と共に、動作ステージ２０は基板２６をＺ−軸に沿って動かして、ビーズ３６とパターン化された型２７との間で機械的接触させることができる。１つの実施形態では、パターン化インプリント層３４の下位部分３４ｃを凹部２８に進入させるように、距離「ｄ」が減少させられる。これにより、パターン化された型２７上の原パターンを基板３１の流動性領域に容易にインプリントすることができる。
凹部２８の充填を容易にするためには、材料３６ａは、表面３２を材料３６ａの連続形成で覆う間に、凹部２８を完全に充填するために必要な特性を備えている。本実施形態では、隆起部２９と重なり合うパターン化インプリント層３４の下位部分３４ｃは、所望の、通常は最短の距離「ｄ」が達成された後に、厚さｔ1の突出部３４ａ、厚さｔ2の肩部３４ｂ、厚さｔ3の下位部分３４ｃを残す。突出部３４ａと肩部３４ｂは基板３１の表面３２上に二層の突起部となっている。下位部分３４ｃは残留層と呼ばれ、厚さｔ3は残留厚さと呼ばれる。厚さ「ｔ1」、「ｔ2」、「ｔ3」は、用途に応じてどのような所望の厚さにもすることができる。
図２、３、４を参照すると、所望の距離「ｄ」が達成された後に、架橋ポリマー材料３６ａを形成する放射源２２が、材料３６ａを重合して架橋する化学線を発生する。その結果、パターン化インプリント層３４の組成が、材料３６ａから固体である材料３６ｃに変わる。具体的には、材料３６ｃは固化されて、図５により明確に示されるように、パターン化インプリント層３４の側３４ｄを、パターン化された型２７の表面２７ａの形状に一致する形状とする。このようにして、複数の固化された二層の突起部３４ｅが基板３１上に形成される。パターン化インプリント層３４が図４に示される材料３６ｃからなるように変質された後、図１に示されるインプリントヘッド１８が動いて距離「ｄ」が長くなり、その結果、パターン化された型２７とパターン化インプリント層３４とが離れる。
二層の突起部３４ｅの反転形状が基板３１に転写されて、バイア部（図示せず）とトレンチ部（図示せず）が形成される。このようにして、バイア部（図示せず）の寸法が突出部３４ａに応じて設定され、トレンチ部（図示せず）の寸法が肩部３４ｂに応じて設定される。そのためには、固化された二層の突起部３４ｅが形成された後に、図６に示されたエッチング選択層４０がパターン化インプリント層３４に隣接して配置される。基板３１、パターン化インプリント層３４、二層の突起部３４が多層構造体３８を定める。
図６を参照すると、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、物理蒸着法（ＰＶＤ）、スパッタリング、スピンオン手法を含む何らかの既知のプロセスを使用して、エッチング選択層４０を形成する。エッチング選択層４０のスピンオン蒸着は、単位面積当たり多くの特徴形状を有するパターン、すなわち稠密な特徴形状のパターンを記録するときに有利である。この例においては、エッチング選択層４０は、パターン化インプリント層３４の堆積に関して上で検討されたような、インプリント・リソグラフィ加工を使用して堆積される。そのためには、エッチング選択層４０が形成される材料がシリコンを含むこと、すなわちシリコン含有重合可能材料であること以外は、図３、図４に関連して上述ののと同等の重合可能な材料でエッチング選択層４０を形成することができる。エッチング選択層４０として使用するための例示的な化合物は、ペンシルバニア州モリスビル所在のＧｅｌｅｓｔ，Ｉｎｃ．から入手可能な製品コードＳＩＡ ０２１０で販売されているシリルアクリレートの重量比約４８％と、ミズーリ州セントルイスに所在のＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なブチルアクリレートモノマーの重量比約２４％と、ペンシルバニア州モリスビルに所在のＧｅｌｅｓｔ，Ｉｎｃから製品コードＳＩＢ １４０２で販売されているシリルジメタクリレートの重量比約２４％と、ニューヨーク州タリータウンに所在のＣｉｂａから入手可能な商標名Ｄａｒｏｃｕｒで販売されている遊離基ジェネレータの重量比約４％とから生成される。エッチング選択層４０は、第１と第２の向き合う両側を含む。第１の側４０ｂは、パターン化インプリント層３４に面し、パターン化インプリント層３４のプロファイルと相補的なプロファイルを有する。第２の側は、パターン化インプリント層３４から見て外側を向き、正規化面４０ａを形成する。正規化面４０ａは、突出部３４ａの各々の最上面３４ｆと正規化面４０ａとの間の距離が実質的に同じであり、更に肩部３４ｂの各々と正規化面４０ａとの間の距離が実質的に同じであり、図５に示される下位部分３４ｃの各々の天底面と正規化面４０ａとの間の距離が同じであるように確保することによって、実質的に正規化されたプロファイルを備えている。
正規化プロファイルを使用して正規化面４０ａを提供する１つの方法は、エッチング選択層４０と接触するようになる平滑な面、すなわち特徴形状のない面１２７ａの型１２７の使用を含む。上述のように、これは図１に示されたインプリントヘッド１８をＺ−軸に沿って移動させること、又は動作ステージ２０をＺ−軸に沿って移動させること、或いはその両方によって達成することができる。その後、型１２７はエッチング選択層４０から分離され、化学線をエッチング選択層４０に入射させて、重合させ、従ってこれを固化する。
図６と図７を参照すると、ブランケットエッチングを使用してエッチング選択層４０の一部分を除去し、歯冠表面３８ａを備えた多層構造体３８とする。例示的なエッチング処理は、エッチングガスの主成分がＣＦ4から成るＣＦ4プラズマエッチングを使用する。例示的なエッチングの化学的特性は、２００３年２月２３日から２月２８日にカリフォルニア州サンタクララで開催された、ＳＰＩＥ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ学会で頒布された白書における「ＡＤＶＡＮＣＥＳ ＩＮ ＳＴＥＰ ＡＮＤ ＦＬＡＳＨ ＩＭＰＲＩＮＴ ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ（段階及びフラッシュインプリント・リソグラフィの進歩）」の中で、Ｊｏｈｎｓｏｎ他によって考察されている。クラウン面３８ａは、ブランケットエッチング後にエッチング選択層４０上に残存する、突出部３４ａの各々の露出した最上面３０ｆと部分４０ｃの上面とによって定められる。
図７と図８を参照すると、クラウン面３８ａは異方性エッチングを受ける。異方性エッチングのエッチング化学特性は、突出部３４ａと、図６に示すパターン化インプリント層３４の突出部に重なった部分とのエッチングを最大にすると同時に、部分４０ｃのエッチングを最小にするように選択される。この例では、パターン化インプリント層３４とエッチング選択層４０とのシリコン含有量の差異が利用された。具体的には、酸素が主要なガスであるプラズマエッチングを使用すると、クラウン面３８ａに最も近い部分４０ｃの領域にインサイチューに硬化マスク４２が生成されることが明らかになった。例示的なエッチング化学特性は、２００３年２月２３日から２月２８日にカリフォルニア州サンタクララで開催されたＳＰＩＥ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ学会で頒布された白書の「ＡＤＶＡＮＣＥＳ ＩＮ ＳＴＥＰ ＡＮＤ ＦＬＡＳＨ ＩＭＰＲＩＮＴ ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ（段階及びフラッシュインプリント・リソグラフィの進歩）」においてＪｏｈｎｓｏｎらによって考察されている。これは酸素ベースのプラズマによるシリコン含有重合可能材料の相互作用により生じる。硬化マスク４２とエッチング処理の異方性の結果として、突出部３４ａと重なった基板３１上の領域４４が露出される。この例では、領域４４は図２に示されたエッチングバリア３１ｂの露出領域である。領域４４の幅Ｕは最適には図２に示された幅Ｗ2と等しい。
図８を参照すると、領域４４の露出後に、フッ素ベースのプラズマ（２００３年２月２３日から２月２８日にカリフォルニア州サンタクララで開催されたＳＰＩＥ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ学会で頒布された白書の「ＡＤＶＡＮＣＥＳ ＩＮ ＳＴＥＰ ＡＮＤ ＦＬＡＳＨ ＩＭＰＲＩＮＴ ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ（段階及びフラッシュインプリント・リソグラフィの進歩）」においてＪｏｈｎｓｏｎらによって考察されたＣＦ4ガスを使用するタイプなど）を使用して、図７に示された硬化マスク４２と重なった多層構造体３８の領域を除去し、各々が最適にはＷ2に等しい幅Ｕ’の図９に示された領域４５ａ、４５ｂを露出させる。領域４５ａ、４５ｂは、溝部４６と、領域４５ａ、４５ｂから領域４４まで延びてバイア部となる貫通路４８とを定める。溝部４６はトレンチ部となり、貫通路４８はバイア部となる。引き続きエッチング処理が行われ、層３４、４０の残存部を除去する。その後、バイア部とトレンチ部はアルミニウム、銅、タングステン、チタン、チタンータングステン、又はこれらの組み合わせなどの導電性材料で同時に充填され、図１０に示される接点５０と導電ライン５２とを形成する。
図２、７、８を参照すると、この処理には種々の利点がある。例えば、部分４０ｃと露出された最上面３０ｆとの間の相対的なエッチング速度は、硬化マスク４２が存在することによって、約１．５対１から約１００対１の範囲に及ぶ。結果として、自己整合バイアとトレンチを基板３１に形成すると同時に、これらの寸法を精密に管理することができる。これにより、図５に示された二層の突起部３４ｅの反転形状上のパターンの基板３１中への転写歪みが低減される。
図５と図９を参照すると、更に、幅ＵとＵ’の寸法の管理は残存厚さｔ3とは比較的無関係になる。重合可能な流体がパターン化された型２７上のパターンを充填する速度は、残存厚さｔ3の３乗に反比例する。従って、残存厚さｔ3は、転写歪みを実質的に増加させることなく、スループットを最大にするように選定することができる。最終的には、特にパターン化された型２７が溶融シリカで形成される場合が多いことを考慮すると、実質的にシリコンを含有しない重合流体によるパターン化インプリント層３４の形成は、パターン化された型２７のクリーニング処理が容易になる。
図２と図１１を参照すると、本発明の別の利点は、エッチングバリア層３１ｄ、３１ｂを使用する必要性を排除できることである。周知のように、エッチングバリア層３１ｄ、３１ｂの使用を排除することによって、基板３１の全体の誘電定数を低減させることができるので、この処理は、高速集積回路の製造を促進させるためバイアとトレンチ製造に好適なものになる。このためには、エッチング条件は、領域１４０ｃで示されるエッチング選択層と誘電層１３１ｃとが化学特性に対して実質的に不活性であるように設定される材料を用いて、パターン化インプリント層３４が形成される材料を除去するように設定される。この例では、領域１４０ｃと誘電層１３１ｃが形成される材料は、酸素プラズマエッチングに対して比較的不活性である。
図１１と図１２を参照すると、図７のクラウン面３８ａに関連して上述のような方法で形成されたクラウン面１３８ａは、酸素プラズマエッチングを受ける。前述のエッチング選択性の差異の結果として、最上面１３０ｆは、ｍ１として示される突出部１３４ａの全体の範囲、すなわちインプリント材料層１３４においてこれにより重ねられる全ての材料と共に除去される。このようにして、バイア部の第１の部分１４８ａが形成される。
上述のようにフッ素ベースの化学特性を使用して引き続きブランケットプラズマエッチングが行われる。ブランケットエッチングは、図１１に示される硬化マスク１４２と領域１４０ｃとを除去して、図１３に示される肩部１３４ｂを露出させる。肩部１３４ｂを露出すると同時に、バイア部（図示せず）の第２の部分１４８ｂが、ｍ2として示される誘電層１３１ｃの材料を除去することによって形成される。
図１３と図１４を参照すると、異方性の酸素ベースのプラズマエッチングが行われ、硬化された肩部１３４ｂとそれに重なったインプリント材料層１３４の材料を除去して、誘電層１３１ｃの領域１４５ａ、１４５ｂを露出させ、これによりトレンチ部１４６を形成する。領域１４５ａ、１４５ｂを露出させると同時に、バイア部の第３の部分１４８ｃが、ｍ3で示される誘電層１３１ｃの材料を除去することによって形成される。バイア部分１４８ａ、１４８ｂ、１４８ｃの長さを合算することにより、トレンチ部１４６と自己整合バイア部１４８が形成される。このようにして、自己整合でバイアとトレンチを作製することができる。
図５と図１５を参照すると、本発明を自己整合バイアとトレンチの形成に関して説明してきたが、本発明は種々の多段構造体を形成するために使用することができる。例えば図５に示されるように、各突出部３４eに関連付けられるのは、高さｈ1で最上面３４ｆから等間隔に配置された一対の離間した肩部３４ｂと、そこから突出した突出部３４ａとすることができる。代替として、突出部３４eは、図１６に示される最上面１３４ｆの周りに同心状の単一の肩部１３４ｂを含むこともできる。
図１７を参照すると、更に、各突出部２３４ｅは、最上面２３４ｆからそれぞれ異なる高さｈ1、ｈ2、ｈ3、ｈ4で離間して配置された、複数の肩部２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄを含むことができる。肩部２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄの４セットが示されているが、実際には０からｎ（ｎは整数）個までの任意の数を含むことができる。そのためには、型（図示せず）は、その表面に形成され、突出部２３４ｅの形状に相補的な１つ又はそれ以上の凹部を有することになる。更に、肩部２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄは、図１８に示されるように最上面２３４ｆの両側に並んでいる。或いは、肩部２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄは、図１９に示されるように最上面２３４ｆの周りに同心円状に配置することができる。突出部２３４ｅを使用すると、基板２３１を、図２０の２５０で示される突出部２３４ｅの形状に相補的な凹部を有するように形成することができる。基板２３１は、均質な材料（例えばシリコン）からなるものとして示されるが、基板２３１上に材料の幾つかの層（図示せず）を含んでもよく、凹部２５０は、上述の層の１つ又はそれ以上及び／又は基板２３１内に形成することができる。更に、この層は半導体加工に好適などのような材料からなるものであってもよい。
図２と図２１に関して、上記では、複数の凹部が形成された型２７を使用して基板３１上に凹部を形成することを検討してきた。しかしながら、上記と同じ処理を使用して、基板３３１上にアイランド３３５を形成することもできる。そのためには、図２２に示された型３２７は、突起部３２８ｂと表面３２８ａ、さらに突起部３２８ｂの間で突起部３２８ｂから離間した肩部３２８ｃとを有する、表面３２８ａから延びる１つ又はそれ以上の突出部３２８を含む。インプリント材料の層は、基板３３１上に配置されて広がり、上述のようなパターン化層３３４を形成する。このように、パターン化層３３４は型３２７上のパターンに相補的なパターンを含む。この例においては、これにより、１つ又はそれ以上の凹部３３４aがパターン化層３３４内に形成されることになる。
図２２と図２３を参照すると、この後で、パターン化層３３４とクラウン面３４０ａ上にエッチング選択層３４０が配置され、上述のように形成された多層構造体３３８を形成する。このやり方では、クラウン面３４０ａの形成により凹部３３４ａが充填された後、エッチング選択層３４０の部分だけが残る。凹部３３４ａに重なっていないパターン化層３３４の部分に選択性の高い酸素エッチングの化学特性にクラウン面３４０ａが曝されて除去され、図２４に示す基板３３１の領域３３４を露出させる。これは、上述のように主として酸素ガスから構成される化学特性を使用するプラズマエッチングに曝されたときに、エッチング選択層３４０の残りの部分に存在するシリコンによって形成された硬化マスク３４２によって部分的に実現される。
図２１と図２４を参照すると、領域３４４の露出後、上述のタイプのフッ素ベースのプラズマエッチングを行い、図２３に示す多層構造体３３８の領域を硬化マスク３４２と重ねて除去し、領域３４５を露出させる。詳細には、領域３４４と硬化マスク３４２との間のエッチング速度の差により、アイランド３３５の形成が生じる。しかしながら、上述の段階的形状はいずれも、図２２に示す型３２７のパターンに基づいて、このような方法で形成することができる点は理解されたい。更に、基板３３１は、均質な材料（例えばシリコン）からなるものとして示されているが、基板３３１上には材料の幾つかの層（図示せず）を含むことができ、アイランド３３５は、上述の層の１つ又はそれ以上及び／又は基板２３１に含めることができる。更に、この層は、半導体加工に適したどのような材料からなるものであってもよい。
図１と図２の両方を参照すると、例示的な放射源２２は紫外線を発生する。熱、電磁気などの他の放射源を使用してもよい。パターン化インプリント層３４において材料の重合化を開始するのに使用される放射線の選択は、当業者には公知であり、通常は、目的とする特定用途に依存する。放射源２２は、パターン化された型２７が放射源２２と基板３１との間に位置付けられるように配置される。結果として、基板３１及び／又はパターン化層２７は、放射源２２が発生する放射線が実質的に透過できる材料で作製する。例示的な材料には、溶融シリカ、水晶、シリコン、有機ポリマー、シロキサンポリマー、ホウケイ酸ガラス、フッ素樹脂、金属、さらにこれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。
システム１０の構成部品は、例えば、ほぼ室温（約２５℃）で熱膨張係数が約１０ｐｐｍ／℃よりも小さい、熱的に安定的な材料で製造することが望ましい。幾つかの実施形態では、構成材料の熱膨張係数は、約１０ｐｐｍ／℃又は１ｐｐｍ／℃よりも小さい場合がある。このためには、ブリッジサポート１２、ブリッジ１４、及び／又はステージサポート１６は、以下の材料、すなわち炭化ケイ素、又は商標名ＩＮＶＡＲ（登録商標）又は商標名ＳＵＰＥＲ ＩＮＶＡＲ（商標）で入手可能な鉄合金、或いは、限定ではないがＺＥＲＯＤＵＲ（登録商標）セラミックを含むセラミックなどの１つ又はそれ以上から作製することができる。更に、テーブル２４は、システム１０の他の構成部品を周囲環境の振動から絶縁するよう構成することができる。例示的なテーブル２４は、カリフォルニア州アーヴィン所在のＮｅｗｐｏｒｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手することができる。
図１、図２、図３を参照すると、使用される独自の堆積処理を考慮に入れて基板３１を効率的にパターン化するために、材料３６ａの特性は重要である。上述のように、材料３６ａは、複数の離散的な離間して配置されたビーズ３６として基板３１上に堆積される。ビーズ３６の合計の容積は、パターン化インプリント層３４が形成されることになる表面３２の領域にわたって、材料３６ａが適切に広がるようにされる。結果として、パターン化インプリント層３４は、広がって同時にパターン化され、該パターンは紫外線放射などの放射線に露出されることによって引き続き固定される。堆積処理の結果として、材料３６ａは表面３２にわたってビーズ３６内で材料３６ａの迅速で均一に容易に広がる特定の特性を有し、その結果、全厚ｔ1が実質的に均一で、且つ残りの全厚ｔ2が実質的に均一となることが望ましい。
上述の組成を材料３６ａに使用する図３と図２５を参照すると、インプリント・リソグラフィを容易にするために、プライマ層４５６が基板４３１上に含まれる。プライマ層４５６はとりわけ、パターン化インプリント層３４との標準的な境界を形成するように機能し、これにより基板４３１が形成される材料に対する各処理をカスタマイズする必要性が低減される。更にプライマ層４５６は、パターン化インプリント層４３４と同じエッチング特性を有する有機材料で形成することができる。プライマ層４５６は、パターン化インプリント層４３４に対して優れた接着性を示し、連続する平滑な比較的欠陥のない表面を有するような方法で形成される。
更に、パターン化インプリント層４３４がパターン化された型２７に確実に接着されないように、低表面エネルギーコーティング剤４５８を使用して表面２７ａを処理してもよい。その結果、パターン化インプリント層４３４は、パターン化された型２７が基板４３１と接触するときに、プライマ層４５６とコーティング剤４５８との間に配置される。コーティング剤４５８は、どのような既知の処理を用いて施工してもよい。例えば、この処理手法は、化学気相堆積法、物理気相堆積法、原子層堆積、又は他の種々の手法、ロウ付け、その他同様のものを含むことができる。同様の方法で、図６に示された低エネルギー表面コーティング剤を型１２７に施すことができる。或いは、同一物が作られる材料に界面活性剤と呼ばれる表面エネルギーが低い化合物を生成する材料を含めることによって、パターン化インプリント層３４又はエッチング選択層４０のいずれかの剥離特性を改善させることができる。公知の手法を使用して、化合物を層の表面に移行させ、これによりそれぞれ図２と図６に示す型２７及び／又は１２７と境界付けるようにする。通常、界面活性剤は、これに伴い、層内の重合材料の表面エネルギーよりも小さな表面エネルギーを有する。前述の界面活性剤を形成する例示的な材料や処理は、Ｂｅｎｄｅｒ他による、「ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＩＭＰＲＩＮＴＩＮＧ ＩＮ ＵＶ−ＢＡＳＥＤ ＮＡＮＯＩＭＰＲＩＮＴ ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ： ＲＥＬＡＴＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＩＳＳＵＥＳ（ＵＶベースのナノインプリント・リソグラフィにおける複数インプリントと関連材料の問題点）」、Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、６１−６２ページ（２００２年）において検討されている。界面活性剤の低表面エネルギーは望ましい剥離特性を与え、それぞれ図２と図６に示された型２７及び／又は１２７に対してインプリント層３４又はエッチング選択層４０のいずれかの接着力を低下させる。界面活性剤は、図２５に示された低表面エネルギーコーティング剤と共に、又はその代わりに使用することができる点は理解されたい。
上述の本発明の実施形態は例示的なものである。本発明の範囲内に留まりながら、上述の開示に対し多くの変更及び修正を行うことができる。従って、本発明の範囲は、上の説明に関連して明らかにされるものではなく、添付の請求項と共にこの均等物の全範囲に関して明らかにされるべきである。
Claims (40)
- 基板上に段付き構造体を形成する方法であって、
前記基板上である形状を有する多段構造体を形成する段階と、
前記形状の反転させたものを前記基板に転写する段階と、
を含む方法。 - 前記転写段階が更に、前記形状の反転させたものを前記基板に転写して、バイア部とトレンチ部とを形成する段階を含み、
前記バイア部の寸法が前記多段構造体の第１の下位部分の寸法に応じて設定され、前記トレンチ部の寸法が前記多段構造体の第２の下位部分の寸法に応じて設定されることを特徴形状とする請求項１に記載の方法。 - 前記転写段階が更に、
前記多段構造体をエッチング選択層で覆い、前記基板、前記エッチング選択層、前記多層構造体が多層構造体を形成する段階と、
前記多層構造体の部分を除去して前記多段構造体の第１の下位部分と重なった前記基板の領域を露出させると共に、前記多段構造体の第２の下位部分と重なった前記エッチング選択層の領域に硬化マスクを形成する段階と、
を含む請求項１に記載の方法。 - 前記転写段階が更に、
前記多段構造体を前記エッチング選択層で覆い、前記エッチング選択層、前記基板、前記多段構造体が多層構造体を形成する段階と、
前記多層構造体から材料の第１と第２のバッチを連続して除去するエッチング処理を前記多層構造体に受けさせる段階と
を含み、
前記材料の第１のバッチが、前記多段構造体の第１の下位部分、これと前記多段構造体の部分とが重なった前記エッチング選択層の第１の部分、及び前記多段構造体の第１の下位部分に重なった前記基板に相当し、
前記材料の第２のバッチが、前記肩部、これと前記多段構造体の第２の部分とが重なった前記エッチング選択層の第２の部分、前記肩部に重なった前記基板に相当することを特徴形状とする請求項１に記載の方法。 - 前記形成段階が更に、
重合可能な流体組成物を前記基板上に堆積させる段階と、
前記組成物を前記多段構造体の形状に相補的な形状を含む凹凸構造体を有する型と接触させる段階と、
前記組成物を重合させるために前記組成物を化学線に曝す段階と、
を含む請求項１に記載の方法。 - 前記形成段階が更に、実質的にシリコンを含有しない有機重合可能材料で前記多段構造体を形成する段階を含み、
前記覆う段階が更に、シリコン含有材料で前記エッチング選択層を形成する段階を含む請求項１に記載の方法。 - 前記形成段階が更に、重合可能な化合物を有する材料と、前記重合可能な化合物よりも小さな表面エネルギーを有する界面活性剤とで前記多段構造体を形成する段階を含む請求項１に記載の方法。
- 前記覆う段階が更に、重合可能な化合物を有する材料と、前記重合可能な化合物よりも小さな表面エネルギーを有する界面活性剤で前記エッチング選択層を形成する段階を含む請求項１に記載の方法。
- 前記覆う段階が更に、前記多段構造体上へ重合可能な流体の組成物を配置し、前記重合可能な流体の組成物を実質的に平滑な平面を有する型と接触させ、前記重合可能な流体組成物を前記重合可能な流体組成物を重合するための条件に曝すことによって前記エッチング選択層を形成する段階を含む請求項１に記載の方法。
- 前記覆う段階が更に、前記多段構造体上にシリコン含有材料をスピンコーティングすることによって前記エッチング選択層を配置する段階を含む請求項１に記載の方法。
- 前記基板と前記多段構造体との間にエッチング阻止層を前記基板上に形成する段階を更に含む請求項１に記載の方法。
- 前記バイア部と前記トレンチ部において導電材料を堆積させる段階を更に含む請求項１に記載の方法。
- 前記多段構造体は、段付きの凹部を含む請求項１に記載の方法。
- 前記基板をウェハとフィルム層で形成する段階を更に含み、前記転写段階が更に、前記形状の反転されたものを前記フィルム層へ転写する段階を含む請求項１３に記載の方法。
- 前記ウェハと前記フィルム層で前記基板を形成する段階を更に含み、前記転写段階が更に、前記形状の反転されたものを前記ウェハへ転写する段階を含む請求項１３に記載の方法。
- 前記多段構造体が突出部と肩部を有する二層の突起部を含み、前記突出部が最上面を有し、前記肩部が前記最上面と前記基板から離れて配置されている請求項１に記載の方法。
- 前記ウェハと前記フィルム層から前記基板を形成する段階を更に含み、前記転写段階が更に、前記形状の反転されたものを前記フィルム層へ転写する段階を含む請求項１６に記載の方法。
- 前記ウェハと前記フィルム層から前記基板を形成する段階を更に含み、前記転写段階が更に前記形状の反転されたものを前記ウェハへ転写する段階を含む請求項１６に記載の方法。
- 基板上に段付き構造体を形成する方法であって、
前記基板上に多段構造体を形成する段階と、
前記多段構造体をエッチング選択層で覆い、前記基板とともに、前記エッチング選択層と前記多段構造体が多層構造体を形成する段階と、
前記エッチング選択層の除去によって露出された多段構造体の一部に応じて、エッチングされる前記基板の領域を形成する段階と、
を含む方法。 - 前記形成する段階が更に、突出部と肩部とを有する前記多段構造体を形成する段階を含み、前記領域を形成する段階が更に、プラズマエッチングに対して前記多層構造体を露出させることによって前記肩部と重なった前記エッチング選択層の領域にハードマスクを形成させながら、突出部と重なった前記基板の領域にバイア部を形成するために、前記多層構造体の一部を同時に除去する段階を含む請求項１９に記載の方法。
- 前記形成段階が、
重合可能な流体組成物を前記基板上に堆積させる段階と、
前記多段構造体の形状に相補的な形状を含む凹凸構造体を有する型と前記組成物を接触させる段階と、
前記組成物を重合するために化学線に対して前記組成物を曝す段階と、を含む請求項１９に記載の方法。 - 前記形成段階が更に、実質的にシリコンを含有しない有機重合可能材料で前記多段構造体を形成する段階を含み、
前記覆う段階が更に、シリコン含有材料で前記エッチング選択層を形成する段階を更に含む請求項１９に記載の方法。 - 前記覆う段階が更に、前記多段構造体上への重合可能な流体の組成物を配置し、前記重合可能な流体の組成物を実質的に平滑な平面を有する型と接触させ、前記重合可能な流体組成物を前記重合可能な流体組成物を重合するための条件に曝すことによって前記エッチング選択層を形成する段階を含む請求項２１に記載の方法。
- 前記覆う段階が更に、前記多段構造体上にシリコン含有材料をスピンコーティングすることによって前記エッチング選択層を配置する段階を含む請求項２１に記載の方法。
- 前記形成段階が更に、重合可能な化合物を有する材料と、前記重合可能な化合物よりも小さな表面エネルギーを有する界面活性剤とで前記多段構造体を形成する段階を含む請求項２１に記載の方法。
- 前記覆う段階が更に、重合可能な化合物を有する材料と、前記重合可能な化合物よりも小さな表面エネルギーを有する界面活性剤とで前記エッチング選択層を形成する段階を含む請求項２１に記載の方法。
- 前記多層構造体は、ある形状を有する段付きの凹部を含む請求項１９に記載の方法。
- 前記基板をウェハとフィルム層から形成する段階を更に含み、前記転写段階が更に、前記形状の反転されたものを前記ウェハへ転写する段階を含む請求項２７に記載の方法。
- 前記ウェハ及び前記フィルム層から前記基板を形成する段階を更に含み、前記転写段階が更に、前記形状の反転されたものを前記ウェハへ転写する段階を含む請求項２７に記載の方法。
- 前記多段構造体が突出部と肩部を有する二層の突起部を含み、前記突出部が最上面を有し、前記肩部が前記最上面と前記基板から離して配置されており、前記二層の突起部が形状を定める請求項１９に記載の方法。
- 前記ウェハと前記フィルム層から前記基板を形成する段階を更に含み、前記転写段階が更に、前記形状の反転されたものを前記フィルム層へ転写する段階を含む請求項３０に記載の方法。
- 前記ウェハと前記フィルム層から前記基板を形成する段階を更に含み、前記転写段階が更に前記形状の反転されたものを前記ウェハへ転写する段階を含む請求項３１に記載の方法。
- 基板上に段階的構造体を形成する方法であって、
最上面を有する突出部と前記最上面と前記基板から離間した肩部とを含む二層の突起部を有するパターン化層を前記基板上に形成する段階と、
前記突出部をエッチング選択層で覆う段階と、
前記最上面を露出するために前記エッチング選択層の一部分を除去し、前記二層の突起部の一部分を前記エッチング選択層で覆ったまま残すことによってクラウン面を形成する段階と、
前記二層の突起部の残りの部分の露出を回避しながら、前記最上面とその最上面に重なった前記パターン化層の材料とを除去する段階と、
前記肩部を露出するために、前記二層の突起部の前記の残りの部分と重なった前記エッチング選択層の領域を除去する段階と、
前記肩部とこれに重なった前記パターン化層とを除去する段階と、
を含む方法。 - 前記形成段階が更に、
重合可能な流体組成物を前記基板上に堆積させる段階と、
前記組成物を前記二層の突起部の形状に相補的な形状を含む凹凸構造体を有する型と接触させる段階と、
前記組成物を重合するために前記組成物を化学線に曝す段階と、
を更に含む請求項３３に記載の方法。 - 前記形成段階が更に、実質的にシリコンを含有しない有機重合可能材料で前記パターン化層を形成する段階を含み、
前記覆う段階が更に、シリコン含有材料で前記エッチング選択層を形成する段階を含む請求項３３に記載の方法。 - 前記最上面を除去する段階が更に、前記二層の突起部が形成される材料と反応性が高いエッチング化学特性に前記クラウン面を曝す段階を含み、前記エッチング選択層が形成される材料を含む前記クラウン面の領域にハードマスクを形成する請求項３５に記載の方法。
- 前記覆う段階が更に、前記パターン化層上へ重合可能な流体の組成物を配置し、前記重合可能な流体の組成物を実質的に平滑な平面を有する型と接触させ、前記重合可能な流体組成物を前記重合可能な流体組成物を重合するための条件に曝すことによって前記エッチング選択層を形成する段階を含む請求項３５に記載の方法。
- 前記覆う段階が更に、前記パターン化層上にシリコン含有材料をスピンコーティングすることによって前記エッチング選択層を配置する段階を含む請求項３５に記載の方法。
- 前記形成段階が更に、重合可能な化合物を有する材料と、前記重合可能な化合物よりも小さな表面エネルギーを有する界面活性剤とで前記パターン化層を形成する段階を含む請求項３５に記載の方法。
- 前記覆う段階が更に、重合可能な化合物を有する材料と、前記重合可能な化合物よりも小さな表面エネルギーを有する界面活性剤とで前記エッチング選択層を形成する段階を含む請求項３５に記載の方法。
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