JP2012506146A - インプリントリソグラフィ用のガス環境 - Google Patents

Abstract

基板の表面上に配設された粘性液体の不均一な蒸発を低減、または回避することによって、不均一は最小限となる。少なくとも一つのガス源要素と一つの真空要素により、基板の表面の全域にガスの質量流量を供給して、不均一な蒸発を軽減、または回避することができる。

Description

（関連出願の参照）
本出願は、２００８年１０月２０日に提出の米国仮出願第６１／１０６，６７６号、２００９年１０月９日に提出の米国特許出願番号１２／５７６，５５６について、優先権を主張するものであり、これらの内容を引用により援用する。

ナノ加工は、１００ナノメートル程度、またはそれ以下の特徴的形状部を有する非常に微細な構造体の加工を含む。ナノ加工が相当な大きさの効果を発揮する適用方法の一つとして、集積回路の処理が挙げられる。半導体処理業界では、基板上に形成された単位領域ごとの回路数を増加させながら、より大きい歩留まりを得るために懸命の努力を続けている。よって、ナノ加工の重要性はより高まっている。ナノ加工は、形成される構造体の最小の特徴的形状部寸法を減少させながら、プロセス管理をより高めることができる。ナノ加工を採用してきた他の開発領域としては、バイオテクノロジー、光学技術、機械システムなどがある。

今日利用されているナノ加工の一例として、一般にインプリントリソグラフィと呼ばれるものがある。例示したインプリントリソグラフィ工程は、引用により本明細書に援用する米国特許公開第２００４／００６５９７６号、米国特許公報第２００４／００６５２５２号、米国特許第６，９３６，１９４号など、多数の公報において詳細に説明されている。

上記の米国特許公報、および特許それぞれに開示されたインプリントリソグラフィ技術は、重合可能な層におけるレリーフパターンを形成することと、レリーフパターンに対応するパターンを下層の基板へ転写することを含む。パターンニング工程をより容易にするため、基板を所望の位置決めを得るための移動ステージと連結してもよい。パターンニング工程は、基板から間隔をあけて位置するテンプレートと、テンプレートと基板の間に塗布される成形可能な液体を使用する。テンプレートと基板の間の領域は、不活性ガス流にさらされて、テンプレートが成形可能な液体に接触する前に非ガス流分子を取り除く。不活性ガス流は、二酸化炭素、窒素、水素、ヘリウム、フレオン、ネオン、またはアルゴンガスなどを含んでいてもよい。不活性ガスの非対称な流れ、または基板に亘る非対称の圧力勾配により、成形可能な液体が不均等に蒸発し、それにより、不均等な厚みのインプリントの層が残留する可能性がある。よって、別の成形可能な液体を基板に選択的に追加して、成形可能な液体の不均等な蒸発を防止する。

成形可能な液体は、固化して、成形可能な液体に接触するテンプレートの表面の形状に合わせたパターンを有する堅い層を形成する。固化後、テンプレートをテンプレートと基板が間隔をあけて位置するように、堅固な層から離す。すると、基板と固化した層に対し、レリーフ画像を、固化した層のパターンに対応する基板に転写するさらなる工程が行われる。

本発明をより詳しく理解するため、添付の図面に示された実施形態を参照して本発明の実施形態を説明する。しかしながら、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、よって範囲を限定することを意図したものではないことは明らかである。

図１は、本発明によるリソグラフィック装置の一実施形態の概略側面図である。 図２は、図１に示す基板の概略側面図であり、パターンを形成した層をその上に戴置した状態を示す図である。 図３は、ガスと真空ノズルを全周に渡って配置したテンプレートチャックを示す図である。 図４は、より小さい寸法のテンプレート用の、本発明の実施形態によるテンプレートチャックの一例である。 図５は、より大きい寸法のテンプレート用の、本発明の実施形態によるテンプレートチャックの一例である。

図１を参照する。基板１２上にレリーフパターンを形成するために使用するリソグラフィック装置１０が図示されている。基板１２は、基板チャック１４と連結することができる。図示のごとく、基板チャック１４は、真空チャックである。しかし、基板チャック１４は、真空、ピン型、溝型、電磁式、および／またはそれに類似するものを限定することなく包含するいかなるチャックでもよい。例示したチャックは、引用により援用する米国特許第６，８７３，０８７号に説明している。

基板１２と基板チャック１４は、さらにステージ１６で支持することができる。ステージ１６は、ｘ−、ｙ−、およびｚ−軸を中心とする動作を行うことができる。ステージ１６、基板１２、および基板チャック１４は、基台（図示せず）上に位置させてもよい。

基板１２から間隔をあけて位置しているのはテンプレート１８である。テンプレート１８は、一般的に、そこから基板１２に向かって延在するメサ型２０を有し、メサ型２０は、その上部にパターン形成面２２を有する。さらに、メサ型２０はモールド２０と称してもよい。テンプレート１８および／またはモールド２０は、石英ガラス、水晶、シリコン、有機ポリマー、シロキサンポリマー、ホウ珪酸ガラス、フッ素系ポリマー、金属、硬化サファイヤおよび／またはそれに類似するものを限定することなく包含する材料から形成することができる。図示のごとく、パターン形成面２２は、複数の間隔をあけて位置する凹部２４および／または凸部２６によって形成される特徴的形状部を有するが、本発明の実施形態は、そのような構成に限定するものではない。パターン形成面２２は、基盤１２上に形成されるパターンの基盤を形成する元のパターンを形成すればいかなるものでもよい。

テンプレート１８はチャック２８に連結することができる。チャック２８は、真空、ピン型、溝型、電磁式、および／またはその他の類似したタイプのチャックとして、但しそれらに限定されることなく、構成することができる。例示のチャックについては、さらに、引用により援用する米国特許第６，８７３，０８７に記載されている。さらに、チャック２８は、インプリントヘッド３０に連結して、チャック２８および／またはインプリントヘッド３０がテンプレート１８を動きやすくするように構成してもよい。

装置１０は、さらに流体供給装置３２を備える。流体供給装置３２は、基板１２上に重合可能な材料３４を蒸着させるために使用することができる。重合可能な材料３４は、液滴供給、スピンコート、ディップコート、化学蒸着（ＣＤＶ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、薄膜蒸着、厚膜蒸着、および／またはそれに類似するものなどのような技術を使って基板１２上に位置させることができる。重合可能な材料３４は、設計の検討により、モールド２２と基板１２の間で所望の容積を決定する前、および／または後に、基板１２の上に配置することができる。重合可能な材料３４は、すべてを引用により援用する米国特許第７，１５７，０３６号および米国特許公報第２００５／０１８７３３９号に説明するようなモノマーを含んでいてもよい。米国特許公報第２００５／０１８７３３９号により援用されるように、成分の一例として、粘性を有し、さらに界面活性剤、重合可能な成分、および、刺激に反応して粘性を変化させるための重合開始剤を含み、その成分では、液体の状態で１００センチポアズ未満の粘性を有し、蒸気圧が２０トール未満であり、固化した状態では、引っ張り係数が１００ＭＰａより大きく、破壊応力が３ＭＰａより大きく、破断点伸びが２％より大きいものが挙げられる。

図１、および２を参照する。装置１０は、さらに通路４２に沿ってエネルギー４０を送給するように連結されたエネルギー源３８を備えていてもよい。インプリントヘッド３０とステージ１６は、テンプレート１８と基板１２が通路４２に重なる位置にくるように構成することができる。装置１０は、ステージ１６、インプリントヘッド３０、流体供給装置３２、および／または源３８と通信するプロセッサー５４によって制御することができ、メモリ５６に保存したコンピュータで読み出し可能なプログラム上で操作することができる。

インプリントヘッド３０、あるいはステージ１６、またはその両方は、モールド２０と基板１２の間の距離を変化させて、それらの間に充填する重合可能な材料３４の所望の容積を決定する。例えば、インプリントヘッド３０は、テンプレート１８に力を加えることによって、モールド２０を重合可能な材料３４に接触させるようにしてもよい。所望の容積分だけ重合可能な材料３４で充填された後、源３８は、エネルギー４０、例えば、広帯域紫外線などを生成して、重合可能な材料３４を基板１２の表面４４およびパターン形成面２２の形状に合うように固化、および／または交差結合させ、基板１２上に図２に示すようなパターン形成層４６を形成する。パターン形成層４６は、残留層４８と、凸部５０および凹部５２として示す特徴的形状部を含み、凸部５０は、厚みｔ₁を有するとともに残留層４８は厚みｔ₂を有するものとすることができる。

上記の装置および工程は、さらに、それぞれ引用により援用する米国特許第６，９３２，９３４号、米国特許公開第２００４／０１２４５６６号、米国特許公開第２００４／０１８８３８１号および米国特許公開第２００４／０２１１７５４号に記載のインプリントリソグラフィ工程および装置にも採用することができる。

図３を参照する。ガスおよび真空装置３００を実施し、上記の工程の各種段階で使用可能な二酸化炭素、窒素、水素、ヘリウム、フレオン、ネオン、またはアルゴンガスなどの一つ以上の不活性ガス源および一つ以上の真空源を設けてもよい。不活性ガスの使用の一例として、引用によりその全体を援用する米国特許第７，０９０，７１６号に説明している。

装置３００またはそのいずれかの部分は、プロセッサー５４で実施される、メモリ５６に保存のプログラムのアルゴリズムで制御されている。図３は、チャック２８の周囲における一つ以上のノズル３０１，３０２の位置を示すチャック２８とテンプレート１８の平面図である。例えば、ガスノズル３０１と真空ノズル３０２は、図１に示す装置３００と連結可能である。図１には、図示を簡単にするために一対のノズル３０１，３０２しか示していないが、複数対のノズル３０１，３０２に限定されていると判断すべきではなく、さらに／または単一のノズル３０１または３０２を使用することも可能である。さらに、ガス、および／または真空を装置１０のインプリント領域に搬送するための他の手段を使って、同様の搬送機能を達成してもよい。

ノズル３０１，３０２は、チャック２８の一つ、二つ、三つ、または四つすべての辺上に位置させてもよい（あるいは、辺の数が四つ以外の形であれば、チャック２８の辺の数はいくつでもよい）。図３では、４辺にノズル３０１，３０２を示しているが、ノズルは、４辺未満、または４辺より多くに設けるように限定してもよい。例えば、ノズル３０１，３０２は、四角、長方形、三角形、あるいは、いかなる意匠を凝らした形状の基板１２、またはテンプレート１８の周囲に放射状に配設することができるので、結果として、４辺未満、もしくは４辺より多く設けることができることになる。一実施形態では、ノズル３０１は対向する対として位置させることができる。例えば、第１のノズル３０１を辺５０４に位置させ、対向する第２のノズル３０１を、第１のノズル３０１の直接対向する辺５０２上に位置させることができる。第１のノズル３０１と第２のノズル３０１は、それぞれテンプレート１８の辺５０４と５０２に垂直に位置させることができる。あるいは、第１のノズル３０１と第２のノズル３０１は、それぞれ、テンプレート１８の辺５０４と５０２に対して角度をつけて位置させてもよい。

不活性ガス分子で充填されるパターン形成層４６内の空隙は、モノマー３４内への不活性ガスの分散、および／または溶解の率が高いため、高い率で消失させることができる。このように、不活性ガス環境をテンプレート１８と基板１２の間に生成することができる。例えば、テンプレート１８の３辺（例えば、辺５０１、５０２、および５０３）の近傍に位置するノズル３０１，３０２を調整して、図１、および２に関連する基板１２上のモノマー３４の供給に続いて不活性ガスを供給することができる。例えば、辺５０１、５０２、および／または５０３の近傍に位置するノズル３０１，３０２を調整して、モノマー３４を基板１２上に供給した後にほぼ同時に不活性ガスを供給することができる。あるいは、辺５０１、５０２、および／または５０３の近傍に位置するノズル３０１，３０２を調整して、モノマー３４を基板１２上に供給した後に連続して不活性ガスを供給することができる。

インプリントヘッド３０を基板１２から距離をおいて位置させ、不活性ガスがテンプレート１８と基板１２との間の容量を充填する滞留時間を設けてもよい。その後、インプリントヘッド３０を、テンプレート１８と基板１２の間の距離が短くなるように、基板１２に近づける。テンプレート１８は、モノマー３４と接触させて、テンプレート１８と基板１２の間にモノマーを塗布しやすくしてもよい。ノズル３０１、３０２は、テンプレート１８と基板１２の間にモノマー３４を塗布した後に不活性ガス流を停止するように調整することができる。

インプリントのスループット（インプリント工程がどれだけ早く完了して次の基板１２を処理できるか）は、特に、不活性ガスの滞留時間によって影響を受けることは知られている。例えば、滞留時間が長ければ長いほど、単位時間ごとに処理できる基板１２の量が減る。さらに、不活性ガスの分子は、テンプレート１８の辺５０４から逃げる。不活性ガスが流れる間、基板１２上に供給されたモノマー３４の一部は、第４の辺５０４の近傍で蒸発する、あるいは、第１から第３の辺５０１〜５０３の近傍に供給されるモノマー３４より高い率で蒸発することができる。第４の辺５０４上でのモノマー３４の蒸発損失の率が高いと、インプリント残留層の厚み（ＲＬＴ）の均一性に影響する恐れがある。

再び、図１、および図３を参照する。本発明の実施形態は、滞留時間をなくす、または最短とする不活性ガス環境を確立することができる。一実施形態では、装置３００は、モノマー３４が基板１２上に供給された後、テンプレート１８とテンプレートチャック３８の辺（例えば、４辺）上に位置するノズル３０１からの不活性ガス流を（例えば、同時に）調整することができる。例えば、各ノズル毎の不活性ガスの流れは、約５ｓｌｍから２０ｓｌｍの間である。別の例では、不活性ガス流は、基板１２上の領域の不活性ガスの閾濃度を瞬時に達成するように構成することができる。（例えば、基板１２上の領域の閾濃度は、約９０％以上でよい）。

インプリントヘッド３０は、基板１２上の領域が不活性ガスの閾濃度を超えるときには基板１２に近づければよい。テンプレート１８は、毎秒１ｍｍから５０ｍｍの間の速度で基板１２に近づければよい。モノマー３４は、テンプレート１８と基板１２の間に塗布すればよい。すると、装置３００が不活性ガスの流れを低減させる。

重合可能な材料３４は、略一定に蒸発するので、モノマー３４の蒸発の結果得られる残留層４８の厚みｔ₂を補完する必要がなくなる。例えば、不活性ガスの圧力勾配は、図１および２で説明したように、テンプレート１８がモノマー３４に接触する前には、テンプレート１８の中心からモールド２０の縁部まで目立った非対称のガス流がないように対称的に配分すればよい。圧力、またはガス流を対称的に配分することにより、実質的に不均等なモノマー３４の蒸発を防ぐことができる。基板１２の特定の部分にモノマー３４を足して、不均等な蒸発に対応する必要はなくなる。また、蒸発は、テンプレート１８と基板１２が非常に短時間で互いに一致すると、モノマー３４はそれ以上蒸発しなくなるため、実質的にテンプレート１８がモノマー３４に接触した際一度きりに限られる。

ガス流は、圧力勾配によって駆動することができる。例えば、ガス流の移動速度は、ガスノズル３０１、および／または図３に示すようにテンプレート１８の周囲に配分されたガスノズル３０１，３０２における圧力上昇と比例させることができる。テンプレート１８の辺５０１〜５０４からのガスノズル３０１、３０２を使うことにより、テンプレート１８と基板１２の間の領域の中心内に高圧領域をおくことができる。一例として、圧力勾配は、高圧領域の中心からテンプレート１８の縁部に向かって対称的に減じるようにすればよい。テンプレート１８と基板１２の間のガス流の速度を低減する、あるいは、圧力勾配を最小限とすることにより、液体モノマー３４の蒸発率が減る。このように、実質的に均等な残留層４８を設けることができる。

上記の方法では、不活性ガスがテンプレート１８の３辺（５０１〜５０３）から一掃された。略均等な流体膜が一般的には望ましいため、蒸発したモノマー３４は、蒸発のモデル上のそれらの領域においてモノマー３４をさらに足すことによって補完しなければならない。注目すべきは、ガス流をここで説明しているように供給することによって、モノマー３４の蒸発に対する補完を低減することができるため、モノマー３４の蒸着の吐出パターンは、より単純化してもよい。例えば、装置３００や、対称の圧力勾配、および／または周知の非対称の圧力勾配を提供する方法を使って、略均等な蒸発分布とすることができる。このように、蒸発によるモノマー３４の付加的補完は最小限に抑えること、および／または回避することができる。

図４、および５を参照する。図１のテンプレート１８との比較として、テンプレート５１８は領域が広く、不活性ガス圧の降下（例えば、高圧領域から低圧領域までといったような、圧力の差分に基づく流体流：圧力降下は、高圧の領域と低域の領域の間のこの圧力差分である）は、テンプレート１８の１辺上で一つ以上の真空ノズル３０２を追加して、ガス分子を反対側から吸引することによって増加させることができる。例えば、ノズル３０２は、約１０ｋＰａから−８０ｋＰａの範囲で操作可能である。

例えば、図４は、テンプレート１８用のテンプレートチャック２８の周囲に亘って設けられたガスノズル３０１を示している。図５は、テンプレート５１８を示しており、真空ノズル３０２は、チャック２８の一辺５０４に位置させることができる。不活性ガス環境を確立することができる。例えば、装置３００は、テンプレート１８（例えば、同時に、連続的に）の辺５０１、辺５０３、および／または底辺５０２に位置するノズル３０１からガス流を提供するように調整することができる。装置３００は、ガス流をテンプレート１８、および／またはチャック２８の辺５０４に位置するノズル３０２から提供するように調整することができる。インプリントヘッド３０は、基板１２に向けて移動すればよい。例えば、テンプレート１８は、１ｍｍ／秒および５０ｍｍ／秒の間の速度で基板１２に向けて移動させればよい。装置３００は、テンプレート１８の辺５０４に位置するノズル３０２を調整して、ガス流を低減させることができる。装置３００はテンプレート１８の辺５０４に位置するノズル３０１を調整することができる。モノマーはテンプレート１８と基板１２の間に塗布すればよい。装置３００は、モノマー３４の塗布が一度終わったらノズル３０１を調整してガス流を低減させる。

装置および方法について、特にその構造的特徴的形状部および／または方法論的行為を言葉で説明してきたが、添付の請求項に定義した方法は、上記の特定の特徴的形状部または行為に必ずしも限定されるものではないことを理解されたい。むしろ、特定の特徴的形状部および行為は、請求項で説明した装置および方法を実施するうえでの例として開示されたものである。

１８ テンプレート； ２８ チャック； ３０１，３０２ ノズル。

Claims (20)

1. 粘性の高い蒸着液の層を有する基板上のインプリント残留層の厚みの不均等性を軽減するための方法であって、
   ガスの質量流量を提供して、前記基板の中心からその縁部に向かう略対称の圧力勾配にして、前記基板の中心がより高い圧力となるよう圧力勾配を生成する、
   ことを含む方法。
2. ガスの質量流量を供給する工程は、滞留時間を最短とするように構成され、前記滞留時間は、前記ガスの質量流量を供給し始めてからインプリントヘッドを前記基板に向けて移動するまでの時間の量である請求項１に記載の方法。
3. 前記インプリントヘッドを前記基板に向けて移動する工程は、前記基板の領域上の前記ガスの質量流量の濃度が約９０％以上のときに開始される請求項１または２に記載の方法。
4. 前記ガスの質量流量の前記基板への供給は、前記基板の前記縁部に沿って均一となるように構成されている請求項１、２または３に記載の方法。
5. 前記ガスの質量流量の前記基板への供給は、複数の対向するノズルを前記基板の第１の辺と第２の辺に配設することを含む請求項１、２、３、または４に記載の方法。
6. 前記ガスの質量流量の前記基板への供給は、前記基板の前記中心の周りに放射状に配設された複数のガスノズルを含む請求項１、２、３、または４に記載の方法。
7. 前記ガスの質量流量は、約５ｓｌｍおよび２０ｓｌｍの間の範囲にある請求項１、２、３、４、５、または６に記載の方法。
8. 粘性の高い蒸着液の層を有する基板上のインプリント残留層の厚みの不均等性を軽減するための方法であって、
   前記基板の全域でガスの質量流量のバランスを取って、圧力を基板の表面の全域で略均一に生成することを含む方法。
9. 前記ガスの質量流量のバランスをとる工程は、ガス源要素と真空要素を含み、前記ガス源要素と前記真空要素は、前記基板の前記表面の全域で略均一に圧力を生成するように構成された請求項８に記載の方法。
10. 前記ガス源要素と前記真空源要素は、滞留時間を最短とするよう構成され、前記滞留時間は前記ガスの質量流量の供給を始めてからインプリントヘッドを前記基板に向けて移動させるまでの時間の量である請求項８、または９に記載の方法。
11. 前記インプリントヘッドを前記基板に向けて移動させる工程は、前記基板上の領域における前記ガスの質量流量の濃度が約９０％以上になったときに開始する請求項８、９、または１０に記載の方法。
12. 前記ガスの質量流量が約５ｓｌｍから２０ｓｌｍの範囲である請求項８、９、１０、または１１に記載の方法。
13. 前記真空要素が約−１０ｋＰａから−８０ｋＰａの間で作動する請求項９、１０、１１、または１２に記載の方法。
14. ガスの質量流量を提供して、前記基板の中心からその縁部に向かう略対称の圧力勾配にして、前記基板の中心がより高い圧力となるよう圧力勾配を生成するように構成されたガス源要素を備えた装置。
15. 前記ガス源要素は、滞留時間を最短とするように構成され、前記滞留時間は前記ガスの質量流量を供給し始めてからインプリントヘッドを前記基板に向けて移動するまでの時間の量である請求項１４に記載の装置。
16. 前記インプリントヘッドを前記基板に向けて移動させる工程は、前記基板の領域上の前記ガスの質量流量の濃度が約９０％以上のときに開始される請求項１４、または１５に記載の装置。
17. 前記ガス源要素は、前記ガスの質量流量を、前記基板の前記縁部に沿って略均一に供給するように構成されている請求項１４、１５、または１６に記載の装置。
18. 前記ガス源要素は、前記基板を支持するように構成されたテンプレートの各側に垂直に配設された複数のノズルを使って、ガスの質量流量を前記基板に向けて提供するように構成されている請求項１４、１５、１６、または１７に記載の装置。
19. 前記ガス源要素は、前記基板の前記中心の周りに放射状に配設された複数のガスノズルを使って前記ガスの質量流量を供給するように構成された請求項１４、１５、１６、または１７に記載の装置。
20. 前記ガスの質量流量は、約５ｓｌｍから２０ｓｌｍまでの間である請求項１４、１５、１６、１７、１８、または１９に記載の装置。

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