JP2004523906A - 室温かつ低圧マイクロおよびナノ転写リソグラフィのためのテンプレート - Google Patents

Abstract

転写リソグラフィ・テンプレート、そのテンプレートを形成しおよび使用する方法、およびテンプレート・ホルダ装置が記述されている。転写リソグラフィ・テンプレートは表面に複数の凹所を備えたボディを有している。ボディは活性化光に対して透明である。複数の凹所の少なくともいくつかは約２５０ｎｍより小さい寸法のフィーチャを形成している。テンプレートは活性化光に対して透明な物質を得、テンプレートの表面に複数の凹所を形成することによって形成される。いくつかのテンプレートはさらに一つのアラインメント・マークを含んでいる。転写リソグラフィは基板上に設けられた光硬化液体に転写層を形成するために使用される。使用中テンプレートはテンプレート・ホルダーに配置される。テンプレート・ホルダーはテンプレート、支持プレート、ボディを備え、そのボディに結合された少なくとも一つのピエゾ・アクチェータを受け入れるように構成された開口を備えている。ピエゾ・アクチェータは、使用中にテンプレートの物理的寸法を変えるように配置されている。

Description

【０００１】
（発明の背景）
１．発明の分野
本発明は転写リソグラフィ・テンプレート（ｉｍｐｒｉｎｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｔｅｍｐｌａｔｅ）に関し、より詳細にはマイクロおよびナノ転写リソグラフィ・プロセスに使用するための転写リソグラフィ・テンプレートに関する。
【０００２】
２．関連技術の説明
光リソグラフィ技法は、ほとんどの超小型電子デバイスの製造に広く使用されているが、これらの方法は、分解能の点において限界に近づきつつあるとされている。半導体産業においては、サブミクロン・スケールのリソグラフィは、クリティカル・プロセスである。サブミクロン・スケールのリソグラフィを使用することにより、製造者は、チップ上の電子部品の厳しくなる一方の小型化および高実装密度化への要求に合致することができる。近い将来、超小型電子産業においては、約５０ｎｍ未満のより小さい構造を追求することになるものと思われる。また、光電子工学および磁気記憶装置の領域では、ナノメートル・スケールのリソグラフィのアプリケーションが出現し始めている。例えば、フォトニク・クリスタルおよび１平方インチ（６．４５平方センチ）当たり数テラバイトのオーダの高密度パターン化磁気記憶装置には、ナノメートル・スケールのリソグラフィが必要である。
【０００３】
５０ｎｍ未満の構造を製造するためには、光リソグラフィ技法は、極めて短い波長（例えば約１３．２ｎｍ）の光を使用しなければならない。このような短い波長では、広く使用されている材料の多くは光学的に透明ではないため、一般的に複雑な反射光学系を使用して画像化システムを構築しなければならない。さらに、このような波長において十分な出力強度を有する光源を得ることは困難である。このような系により、装置およびプロセスが著しく複雑になり、手が出せないほど高価なものになっている。高解像度電子ビーム・リソグラフィ技法は、極めて精密ではあるが、生産量の多い商業アプリケーションに対しては、極めて速度が遅いとされている。
【０００４】
転写リソグラフィ・プロセスは、画像をトポグラフィとしてその表面に含んだテンプレートを使用して、基板上に高分解能（５０ｎｍ未満）画像を複製することができることが立証されている。転写リソグラフィは、光リソグラフィに代わって、超小型電子デバイス、光デバイス、ＭＥＭＳ、光電子工学、記憶装置アプリケーション用パターン化磁気媒体等を製造するため基板のパターン化に使用することができるとされている。マイクロ・レンズおよびＴゲート構造などの三次元構造を製造する場合、転写リソグラフィ技法は、光リソグラフィより優れている。
【０００５】
製造スケールの転写リソグラフィの場合、パターン化領域は、後続する転写を妨害することなく、可能な限り互いに近接して配置することが望ましく、それにより、基板上のパターン化可能領域が有効に最大化される。そのためには、パターン化領域から追い出されるあらゆる過剰液体は、適切にその位置が制限され、かつ、再現性のあるものでなければならない。したがって、テンプレート、基板、液体、および系の物理特性、例えば、これには限らないが、表面エネルギー、界面エネルギー、ハマッカー定数、ファン・デル・ワールス力、粘性、密度、不透明度等を始めとする物理特性に影響を及ぼす他のあらゆる材料を含む個々のコンポーネントは、繰返しが可能なプロセスに適応するように、適切にエンジニアリングしなければならない。したがって、製造スケールの転写リソグラフィを容易にすることができる、必要なパターン化領域の外部への過剰液体の展開を制御するための方法が必要である。
【０００６】
（発明の概要）
本明細書において説明する実施態様には、転写リソグラフィ・テンプレート、転写リソグラフィ・テンプレートの形成方法および使用方法、ならびにテンプレート・ホルダが含まれている。
【０００７】
一実施態様では、転写リソグラフィ・テンプレートは、活性化光（例えば紫外光）に対して実質的に透明である。このようなテンプレートは、第１の表面を有するボディを備えている。テンプレートは、さらに、第１の表面に複数の凹所を備えている。様々な実施態様では、第１の表面は実質的に平面であるか、放物面であるか、あるいは球面である。凹所の少なくとも一部は、約２５０ｎｍ未満のフィーチャのサイズを有している。実施態様の中には、テンプレートが少なくとも１つのアライメント・マークをボディ上にさらに備えた実施態様もあり、また、テンプレートがさらにギャップ・センシング領域を備えた実施態様もある。
【０００８】
様々な実施態様では、ボディは、その全体あるいは一部が、ケイ素、二酸化ケイ素、炭化シリコンゲルマニウム、チッ化ガリウム、シリコンゲルマニウム、サファイヤ、ヒ化ガリウム、エピタキシャルシリコン、ポリシリコン、ゲート酸化物、水晶、インジウム錫酸化物、またはそれらの組合せで形成されている。実施態様の中には、ボディの少なくとも一部が、Ｘが２未満であるＳｉＯ_Ｘで形成されている実施態様もある。Ｘは、例えば約１．５である。
【０００９】
一実施態様では、第１の表面の複数の凹所は、第１の深さを有する第１の凹所および第２の深さを有する第２の凹所を備えている。第２の深さは第１の深さより深く、また、第１の深さは、例えば約２５０ｎｍ未満である。テンプレートは、第１の表面の複数の凹所以外に、第１の表面に対向する第２の表面に少なくとも１つの凹所を備えている。一実施態様では、凹所の少なくとも一部は、第１の表面に対して直角をなす方向に変化する幅を有している。これらの凹所は、転写リソグラフィ・プロセスにおいてテンプレートと共に使用される光硬化液の材料特性の変化に適応するように構成されている。例えば光硬化液は、硬化の際に収縮または膨張する。
【００１０】
一実施態様では、テンプレートは、ボディの一部に形成された過剰液除去構造を備えている。このような構造は、例えばテンプレートの切溝領域に形成されている。
【００１１】
実施態様の中には、テンプレートの第１の表面の少なくとも一部の表面自由エネルギーが、２５℃での測定において約４０ダイン／ｃｍ未満の実施態様もあり、このような実施態様の中には、テンプレートの第１の表面の上記部分の表面自由エネルギーが、２５℃での測定において約２０ダイン／ｃｍ未満の実施態様もある。例えば、第１の表面の少なくとも上記部分は表面処理層を有しており、この表面処理層には、アルキルシラン、フルオロアルキルシランまたはフルオロアルキルトリクロロシランと水との反応生成物が含まれている。例えば、表面処理層には、トリデカフルオロ−１、１、２、２−テトラヒドロオクチルトリクロロシランと水との反応生成物が含まれている。表面処理層は、第１の表面の表面自由エネルギーを、２５℃での測定において約４０ダイン／ｃｍ未満、場合によっては約２０ダイン／ｃｍ未満まで小さくしている。
【００１２】
実施態様の中には、テンプレート上のアライメント・マークが、活性化光に対して実質的に透明の実施態様もある。このアライメント・マークは、解析光に対しては実質的に不透明である。このような実施態様の解析光には、可視光または赤外光が含まれている。アライメント・マークは、ボディの材料とは異なる材料で形成されている。例えばアライメント・マークには、Ｘが２未満であるＳｉＯ_Ｘが含まれている。ｘは、例えば約１．５である。あるいはアライメント・マークには、ボディの表面にエッチングされた複数の線が含まれている。この線は、活性化光を実質的に拡散させ、かつ、解析光に対しては解析可能なマークを生成するように構成されている。
【００１３】
実施態様の中には、テンプレートの平面性が約５００ｎｍ未満の実施態様もあり、これらの実施態様の中には、テンプレートの平面性が約２５０ｎｍ未満の実施態様もある。
【００１４】
実施態様の中には、テンプレートのボディの少なくとも一方のエッジに、導電被覆または反射被覆が施された実施態様もある。他の実施態様では、テンプレートは、ボディの少なくとも一方のエッジに結合されたミラーを備えている。
【００１５】
一実施態様では、テンプレートは、ボディに結合されたテンプレート・ブランクを備えている。例えば、ボディは、結合剤を使用してテンプレート・ブランクに結合されている。テンプレート・ブランクおよび結合剤は、活性化光に対して実質的に透明である。実施態様の中には、ギャップ・センシング領域が、既知の深さを有する少なくとも１つの凹所を備えている実施態様もある。ギャップ・センシング領域は、第１の表面または第２の表面に存在している。一実施態様では、ギャップ・センシング領域の深さは、約１００ｎｍより深くなっている。
【００１６】
一実施態様では、上で説明した転写リソグラフィ・テンプレートは、活性化光に対して実質的に透明な材料を得るステップ、およびその材料の第１の表面に複数の凹所を形成するステップによって形成されている。テンプレートを形成する方法には、さらに、材料に少なくとも１つのアライメント・マークを形成するステップが含まれている。複数の凹所は、材料にエッチングを施すステップによって形成されている。複数の凹所は、これには限らないが、光リソグラフィ、電子ビーム・リソグラフィ、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、走査プローブ・リソグラフィ、集束イオン・ビーム・ミリング、干渉リソグラフィ、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・ミリングまたはリアクティブ・イオン・エッチングを始めとするプロセスを使用して形成されている。同様に、アライメント・マークも、これには限らないが、光リソグラフィ、電子ビーム・リソグラフィ、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、走査プローブ・リソグラフィ、集束イオン・ビーム・ミリング、干渉リソグラフィ、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・ミリングまたはリアクティブ・イオン・エッチングを始めとするプロセスを使用して形成されている。例えば、上で説明した実施態様の中には、アライメント・マークが、テンプレート上に形成された複数の線を備えている実施態様もある。他の実施態様では、アライメント・マークは、テンプレートを形成するために使用する材料に第２の材料を付着させることによって形成されている。
【００１７】
転写リソグラフィ・テンプレートを形成する方法には、さらに、材料を所望の形状に成形するステップが含まれている。例えば、材料は、テンプレートを所望の寸法とするように成形される。所望の寸法には、テンプレート寸法の所定のセットが含まれている。実施態様の中には、転写リソグラフィ・テンプレートを形成する方法に、材料をテンプレート・ブランクに結合するステップが含まれている実施態様もあり、例えば、結合剤を使用してテンプレート・ブランクに材料が結合されている。
【００１８】
既に説明した表面処理は、テンプレートの第１の表面の少なくとも一部に適用される。実施態様の中には、気相反応プロセスを使用して表面処理層が形成されている実施態様もあり、例えば、反応容器内に材料が置かれる。反応容器はパージされ、少なくとも１種類の反応化学薬品が反応容器に投入される。少なくとも１種類の反応化学薬品と水が反応し、それにより第１の表面の少なくとも一部に表面処理層が形成されると信じられている。しかし、反応化学薬品がテンプレートの表面、第１の表面に存在している他の化学薬品、あるいは反応化学薬品自体と直接反応し、それにより表面処理層が形成されるものと予想されている。
【００１９】
実施態様の中には、転写リソグラフィ・テンプレートを形成する方法に、さらに、材料の少なくとも１つのエッジに反射被覆または導電被覆を施すステップが含まれている実施態様もある。他の実施態様では、転写リソグラフィ・テンプレートを形成する方法に、材料の少なくとも１つのエッジにミラーを結合するステップが含まれている。
【００２０】
基板にパターンを形成するには、テンプレート・ホルダにテンプレートが置かれる。テンプレート・ホルダは、ボディ、支持プレートおよび少なくとも１つの圧電アクチュエータを備えている。ボディは、転写リソグラフィ・テンプレートを受け入れるための開口を有している。ボディは、転写リソグラフィ・システムのテンプレート・サポートに取り付けられるように構成されている。支持プレートは、ボディに結合された、活性化光に対して実質的に透明なプレートである。支持プレートは、少なくとも１つの方向で、ボディの開口を渡っている。支持プレートは、これには限らないが、水晶、サファイヤおよびＳｉＯ_２をなどの材料で形成されている。また、支持プレートは、テンプレート・ホルダ内に配置されるテンプレートの、転写リソグラフィ・プロセス時に存在する力による変形を抑制するように構成されている。使用中に、転写リソグラフィ・テンプレートの物理寸法を修正するように構成された少なくとも１つの圧電アクチュエータがボディに結合されている。圧電アクチュエータは、例えば、開口内に配置されるテンプレートに圧縮力または引張り力を加えるように構成されている。支持プレートおよび／またはボディは、開口内および／または支持プレートとボディの境界に配置されるテンプレートに真空を加えるように構成された少なくとも１つの真空開口を備えている。さらに、開口の内側に面したボディの表面には、反射被覆または導電被覆が施されている。
【００２１】
上で説明した転写リソグラフィ・テンプレートは、テンプレートにパターンを施すことによって、基板にパターンを形成する方法に使用することができる。基板にパターンを形成する方法は、一般的には、光硬化液（例えばフォトレジスト材）を基板に塗布することによって達成されている。転写リソグラフィ・テンプレートは、光硬化液が塗布された基板部分の上方に位置付けされる。テンプレートと基板の相対位置は、パターン化されたテンプレートと基板の間に一定のギャップが生成されるように調整される。テンプレートを通して光硬化液に活性化光が照射され、活性化光を照射することによって光硬化液が実質的に硬化し、硬化した光硬化液にテンプレートのパターンが形成される。次に、硬化した光硬化液からテンプレートが分離される。
【００２２】
基板にパターンを形成する方法には、さらに、パターン化されたテンプレートと基板の間のアライメントを正確に測定するステップが含まれている。この場合、基板に、基板アライメント・マークを施すことができる。テンプレート・アライメント・マークおよび基板アライメント・マークは、その幾何学形状が対称になっている。アライメント・マークのアライメントを正確に測定するステップには、基板およびテンプレートのアライメント・マークの中心を正確に測定するステップが含まれている。アライメント・マークの中心の位置が比較され、それによりアライメント・マークのアライメントが測定される。
【００２３】
第１の実施態様では、パターン化されたテンプレートを通して第１の波長の光を照射することにより、パターン化されたテンプレートと基板の間のアライメントが測定されている。第１の波長の光は、解析ツールに対する焦点を基板アライメント・マークに合わせ、テンプレート・アライメント・マークを焦点外れにする。次に、パターン化されたテンプレートを通して第２の波長の光が照射される。第２の波長の光は、解析ツールに対する焦点をテンプレート・アライメント・マークに合わせ、基板アライメント・マークを焦点外れにする。第２の実施態様では、偏光アライメント・ツールを使用して、パターン化されたテンプレートと基板の間のアライメントが測定される。偏光アライメント・ツールとテンプレートの間には偏光フィルタ・システムが配置されている。偏光フィルタ・システムは、実質的に基板アライメント・マーク上に配置された第１の偏光フィルタ、および実質的にテンプレート・アライメント・マーク上に配置された第２の偏光フィルタを備えている。第１の偏光フィルタを透過することができる光の偏光は、第２の偏光フィルタを透過することができる光の偏光とは異なっている。第３の実施態様では、モアレ・パターン検出器を使用してアライメントが測定されている。第４の実施態様では、テンプレートと基板の間のアライメントを測定するステップには、テンプレートに解析光を照射するステップが含まれている。テンプレートには、第１および第２の少なくとも２つの材料が含まれている。アライメント・マークは第２の材料で形成されている。第１および第２の材料は光硬化液を硬化させるために使用される活性化光に対してほぼ透明である。しかし、第２の材料は、テンプレートに解析光が照射されると、コントラストの大きい解析可能なマークを生成する。第５の実施態様では、テンプレート・アライメント・マークは、解析光に向けた回折格子として作用する、エッチングされた複数の線を備えている。パターン化されたテンプレートと基板の間のアライメントを測定するステップには、パターン化されたテンプレートに解析光を照射するステップが含まれている。テンプレート・アライメント・マークは、活性化光に対してほぼ透明であるが、テンプレートに解析光が照射されると、解析可能なマークを生成する。
【００２４】
パターン化されたテンプレートを使用して基板にパターンを形成する方法には、さらに、パターン化されたテンプレートと基板のオーバレイ配置を調整するステップが含まれている。オーバレイ配置を調整するステップには、テンプレート・アライメント・マークと基板アライメント・マークが実質的に整列するよう、基板を移動させるステップが含まれている。例えば、オーバレイ配置を調整するステップには、パターン化されたテンプレートの基板に対する角度を修正するステップ、またはパターン化されたテンプレートの寸法を修正するステップが含まれている。テンプレートの寸法は、テンプレートの温度を変更することによって、あるいは圧縮力または引張り力をテンプレートに加えることによって修正される。例えば、少なくとも１つの圧電アクチュエータが、パターン化されたテンプレートに結合されている。この少なくとも１つの圧電アクチュエータによってテンプレートに力が印加され、それによりパターン化されたテンプレートの寸法が修正される。
【００２５】
活性化光硬化液は、液体ディスペンサによって基板の一部に塗布される。液体ディスペンサに対して基板を移動させることによって活性化光硬化液がディスペンスされ、所定のパターンが生成される。所定のパターンは、テンプレートと活性化光硬化液が接触する際の、活性化光硬化液中における気泡の形成を抑制するように構成されている。また、所定のパターンは、活性化光硬化液がテンプレートの表面積にほぼ等しい面積のギャップを充填するように選択されている。
【００２６】
一実施態様では、パターン化されたテンプレートと基板を間隔を隔てて位置決めするステップに、パターン化されたテンプレートを基板上方に位置決めするステップ、およびパターン化されたテンプレートを所望の間隔が達成されるまで基板に向けて移動させるステップが含まれている。パターン化されたテンプレートが基板に向かって移動すると、テンプレートと基板の間のギャップが、基板上の活性化光硬化液によって充填される。間隔の距離は、約２００ｎｍ未満である。実施態様の中には、パターン化されたテンプレートと基板を実質的に平行に位置決めしている実施態様もある。他の実施態様では、テンプレートを基板上の実質的に非平行な位置に位置決めし、基板に対して実質的に非平行を維持した状態で基板に向かって移動させている。テンプレートと基板の間隔が所望の間隔に達すると、テンプレートは、基板に対して実質的に平行に配置される。
【００２７】
一実施態様では、パターン化されたテンプレートを硬化した活性化光硬化液から分離させるステップに、テンプレートを実質的に非平行の向きに移動させるステップ、およびパターン化されたテンプレートを基板から引き離すステップが含まれている。硬化した活性化光硬化液からパターン化されたテンプレートが分離されると、硬化した活性化光硬化液には、約２５０ｎｍ未満のサイズのいくつかのフィーチャが含まれている。
【００２８】
また、パターン化されたテンプレートを使用して基板にパターンを形成する方法には、パターン化されたテンプレートと基板の間の距離を測定するステップが含まれている。そのために、光をベースとした測定デバイスが使用されている。パターン化されたテンプレートを使用して基板にパターンを形成する方法には、テンプレートと基板に光を照射するステップが含まれている。テンプレートと基板に照射する光には複数の波長が含まれている。テンプレートと基板の表面で反射した光がモニタされ、モニタした光に基づいてテンプレートと基板の間の距離が測定される。また、テンプレートと基板の間の所望する距離と、テンプレートと基板の間の測定距離との差に対応する誤差信号が生成される。さらに、テンプレートと基板の間の、同一線上にはない３カ所以上の位置で測定した距離を使用して、テンプレートと基板が平行しているかどうかが決定され、また、この決定に基づいて、テンプレートと基板を平行な構成にするために必要な、テンプレートと基板の間の相対移動に対応する誤差信号が生成される。
【００２９】
基板は、これには限らないが、誘電材料、ケイ素、ガリウム、ゲルマニウム、インジウム、水晶、サファイヤ、二酸化ケイ素またはポリシリコンからなる。基板は、基板の表面に１つまたは複数の層を備えることができ、その場合、上記方法には、さらに、基板表面の少なくとも１つの層の厚さを測定するステップが含まれる。また、基板は、基板の表面に形成される伝達層を備えることもでき、その場合、上記方法には、さらに、硬化した活性化光硬化液からテンプレートを分離した後、伝達層をエッチングするステップが含まれる。伝達層をエッチングすることにより、伝達層にパターンが付与される。
【００３０】
上で説明したテンプレートと基板は、例えば、半導体デバイス、光デバイス、フォトニク・デバイス、磁気記憶デバイスまたは薄膜ヘッド、ディスプレイ・デバイス等を形成するために使用される。
【００３１】
本発明のその他の目的および利点については、以下の詳細説明を読み、かつ、添付の図面を参照することによって明らかになるであろう。
【００３２】
（発明の詳細な説明）
本明細書に示す実施形態は、一般にシステム、デバイス、および小型デバイスの製造に関連する製造プロセスに関している。より詳細には、本明細書に示す実施形態は、システム、デバイス、および転写リソグラフィに関連するプロセスに関している。例えば、これらの実施形態は、半導体ウェハなどの基板上に極めて小さいフィーチャを転写することの応用を有している。これらの実施形態が、上記の応用の他に、例えば費用有効性の高い超小型電気機械システム（すなわちＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）の製造など、他のタスクへの応用を有していることを理解すべきである。また、実施形態は、これには限らないが、データ記憶用パターン化磁気媒体、マイクロ光学デバイス、生物および化学デバイス、Ｘ線光学デバイス等を始めとする他の種類のデバイスの製造に対する応用を有している。
【００３３】
図、特に図１Ａおよび１Ｂを参照すると、転写リソグラフィを使用して所望のフィーチャを転写する基板２０に対して予備配置されたテンプレート１２の配列が示されている。詳細には、テンプレート１２は、基板２０に転写させることになる所望のフィーチャ形状を持たせて製造された表面１４を備えている。本明細書において使用されている「フィーチャのサイズ」は、一般的に複数の所望フィーチャのうちの１つのフィーチャの幅または深さを指している。実施形態の中には、基板２０とテンプレート１２の間に転写層１８を配置した実施形態もある。転写層１８は、被転写層１６を介してテンプレート１２から所望のフィーチャを受け取っている。当分野で良く知られているように、転写層１８により、低アスペクト比被転写フィーチャから高アスペクト比構造（すなわちフィーチャ）を得ることができる。
【００３４】
転写リソグラフィのためには、テンプレート１２と基板２０を可能な限り互いに接近させ、かつ、平行な状態に維持することが重要である。例えば幅および深さが約１００ｎｍのフィーチャの場合、転写リソグラフィ・プロセスを成功させるためには、平均ギャップが約２００ｎｍ以下、基板２０の転写領域全体に対するギャップの変動が約５０ｎｍ未満であることが必要である。本明細書に示す実施形態により、このように厳しく、かつ、正確なギャップ要求事項が与えられた転写リソグラフィを成功させるための、テンプレート１２と基板２０の間の間隔を制御する方法が提供される。
【００３５】
図１Ａおよび１Ｂは、転写リソグラフィに生じる２種類の問題を示している。図１Ａでは、被転写層１６の一方の端部において、テンプレート１２が基板２０に接近しすぎているため、被転写層１６がくさび形になっている。図１Ａは、パターンを転写している間、テンプレート１２および基板２０を実質的に平行に維持することの重要性を示している。図１Ｂは、被転写層１６が厚くなり過ぎていることを示している。このような状態は、いずれも極めて望ましくない状態である。本明細書に示す実施形態により、図１Ａおよび１Ｂに示す状態を除去し、かつ、従来技術によるリソグラフィ技法に関連するその他の配向問題を除去することができるシステム、プロセスおよび関連するデバイスが提供される。
【００３６】
図２Ａないし２Ｅは、転写リソグラフィ・プロセスの一実施形態を一括して３０で示したものである。図２Ａでは、テンプレート１２と基板２０を分離している隙間にギャップ３１が形成されるように、テンプレート１２は、基板２０と間隔を隔てて配向されている。テンプレート１２の表面１４は、テンプレートの界面エネルギーを小さくし、かつ、基板２０からのテンプレート１２の分離を促進する薄層１３で処理されている。以下、配向方法およびテンプレート１２と基板２０の間のギャップ３１を制御するためのデバイスについて考察する。次にギャップ３１に、処理済みの表面１４の形状通りになる物質４０が充填される。別法としては、一実施形態では、テンプレート１２を基板２０に対して所望の位置へ移動させる前に、基板２０に物質４０が設けられている。
【００３７】
物質４０は、図１Ａおよび１Ｂに示す被転写層１６のような被転写層を形成している。物質４０は、高温を使用することなくギャップ３１の隙間を比較的容易に充填することができ、かつ、高圧を必要とすることなくギャップを密閉することができる液体であることが好ましい。物質４０の適切な選択については、以下でさらに詳細に考察する。
【００３８】
物質４０を硬化させ、ギャップ３１によって決まる隙間の形状にするために、テンプレート１２に硬化剤３２が塗布される。この方法によって、所望のフィーチャ４４（図２Ｄ）を、テンプレート１２から基板２０の上部表面に転写することができる。転写層１８は、基板２０の上部表面に直接設けられている。転写層１８は、テンプレート１２から転写されるフィーチャの、高アスペクト比のフィーチャを生成するための増幅を容易にしている。
【００３９】
図２Ｄに示すように、基板２０からテンプレート１２が除去され、所望のフィーチャ４４が基板２０に残される。テンプレート１２と基板２０の分離は、所望のフィーチャ４４がそのままの状態を維持するよう、基板２０の表面から外れたりまたはちぎれたりすることなく実施しなければならない。本明細書に示す実施形態により、所望のフィーチャ４４を維持することができる、転写後における基板２０からのテンプレート１２のピール・プルのための方法および関連システム（「ピール・プル」法と言及する）が提供される。
【００４０】
最後に、図２Ｅでは、二分子層レジスト・プロセスを使用する場合に知られているように、転写層１８の作用によって、テンプレート１２から物質４０へ転写されたフィーチャ４４のサイズが垂直方向に増幅されている。それによって得られた構造が、良く知られている技法を使用してさらに処理され、製造プロセスが完了する。図３は、一括して５０で示す転写リソグラフィ・プロセスの一実施形態を流れ図の形で要約したものである。最初にステップ５２でテンプレートと基板の大まかな配向が実施され、テンプレートと基板の大まかなアライメントが達成される。ステップ５２における大まかな配向の利点は、高い効率で、かつ、優れた製造歩留まりで多数のデバイスが製造される製造環境で予備較正を実施することができることである。例えば、基板が多くのダイのうちの１つを半導体ウェハ上に備えている場合、第１のダイに対して大まかなアライメント（ステップ５２）を１回実施し、単一生産運転の間、他のすべてのダイに適用することができる。この方法によれば、生産サイクル時間を短縮することができ、かつ、歩留まりを向上させることができる。
【００４１】
ステップ５４で基板に物質が配置される。物質は硬化性有機ケイ素溶液であり、あるいは活性化光に露出されると固体になる他の有機液である。液体が使用されているため、従来技術によるリソグラフィ技法に関連する高温および高圧を使用する必要がない。次にステップ５６でテンプレートと基板の間の間隔が制御され、２つの層の間に、転写を成功させるために必要な正確な配向を可能にする比較的一様なギャップが生成される。本明細書に示す実施形態により、ステップ５６で必要な配向（粗配向および精細配向の両方）を達成するためのデバイスおよびシステムが提供される。
【００４２】
ステップ５８で、テンプレートを基板および物質に精細配向することによってギャップが閉じられる。物質が硬化され（ステップ５９）、硬化した物質が、テンプレートのフィーチャを有する形になる。次にステップ６０でテンプレートと基板が分離され、テンプレートのフィーチャが基板に転写される。最後にステップ６２で、残留材料を除去するための予備エッチングおよび転写層をエッチングするための良く知られている酸素エッチング技法を使用して構造がエッチングされる。
【００４３】
様々な実施形態では、テンプレートには、ｉ）テンプレート表面を有する平面に、ｉｉ）テンプレート中に凹まされた、ｉｉｉ）テンプレートから突出した、またはｉｖ）上記を組合せた非パターン化領域が組み込まれている。テンプレートは、硬い突出部を使用して製造されている。このような突出部により、粒子裕度（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）と、格子、ホログラム等の光学デバイスとに有用な一様なスペーサ層が提供される。別法としては、テンプレートは、圧縮可能な突出部を使用して製造されている。
【００４４】
テンプレートは、一般的に、ｉ）側面、ｉｉ）背面、ｉｉｉ）前面、またはｉｖ）上記の組合せとの面接触を介してテンプレートを支える剛体を有している。テンプレート・サポートは、加えられる圧力下でのテンプレートの変形すなわちひずみを制限する利点を有している。実施形態の中には、テンプレートの一部の領域が反射被覆材で被覆されている実施形態もある。いくつかのこのような実施形態では、光がテンプレート中に入り、あるいは通過するよう、テンプレートの反射被覆に孔が組み込まれている。このような被覆は、干渉法を使用してオーバレイ補正する場合のテンプレートの位置付けに有用である。また、このような被覆は、テンプレートの上面ではなく側面を通して照射する硬化剤源を使用した硬化を可能にしている。このことは、とりわけギャップ・センシング技法およびオーバレイ・マーク検出システムにおけるテンプレート・ホルダの設計を柔軟にしている。テンプレートの露光は、ｉ）テンプレートへの垂直入射によって、ｉｉ）テンプレートの斜めから、またはｉｉｉ）テンプレートの側面を通して実施される。実施形態の中には、硬いテンプレートを柔軟な表面と組み合せて使用している実施形態もある。
【００４５】
テンプレートは、光リソグラフィ、電子ビーム・リソグラフィ、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、走査プローブ・リソグラフィ、集束イオン・ビーム・ミリング、干渉リソグラフィ、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・ミリング、リアクティブ・イオン・エッチング、または上記の組合せを使用して製造できる。テンプレートは、平面、放物面、球面、または他の表面トポグラフィを有する基板上に形成されている。テンプレートは、平面、放物面、球面、または他の表面トポグラフィを有する基板と共に使用することができる。基板には、予めパターン化されたトポグラフィおよび／または複数の材料の薄膜スタックが含まれている。
【００４６】
図４に示す一実施形態では、テンプレートは、パターン化領域４０１、エントレインメント・チャネル４０２およびエッジ４０３を備えている。テンプレート・エッジ４０３は、テンプレートをテンプレート・ホルダ内に保持するために利用されている。エントレインメント・チャネル４０２は、以下でより詳細に考察するように、過剰液体を吸収することによって隣接するパターン化領域への過剰液体の広がりを防止する。いくつかの実施形態では、テンプレートのパターン化された領域は平面である。このような実施形態は、基板を平面化するために有用である。
【００４７】
実施形態の中には、テンプレートが多種深さ設計（ｍｕｌｔｉ−ｄｅｐｔｈ ｄｅｓｉｇｎ）で製造されている実施形態もある。つまり、テンプレートの様々なフィーチャが、テンプレートの表面に対して異なる深さになっている。例えば、エントレインメント・チャネル４０２の深さは、パターン化領域４０１の深さより深くなっている。このような実施形態の利点は、テンプレートと基板の間のギャップをセンシングする精度が改善されることである。極めて狭いギャップ（例えば、約１００ｎｍ未満）をセンスすることは困難であり、したがってテンプレートに既知の深さの段を追加することにより、より正確なギャップのセンシングを可能にしている。本明細書において使用されている「ギャップ・センシング領域」という用語は、一般的に、テンプレート表面上の、約１００ｎｍより深い既知の深さを有するフィーチャを指している。２種深さ設計（ｄｕａｌ−ｄｅｐｔｈ ｄｅｓｉｇｎ）の利点は、このような設計により、標準化されたテンプレート・ホルダを使用して、様々なサイズのダイを含んだ所与のサイズの転写テンプレートを保持することができることである。２種深さ設計の第３の利点は、周辺領域を使用してテンプレートを保持することができることである。このようなシステムでは、機能構造を有している、テンプレートと基板の境界のあらゆる部分を硬化剤に露出させることができる。図５に示すように、周辺領域５０１の深さが適切に設計されたテンプレート５００が隣接転写体５０２、５０３に接触しているが、転写テンプレート５００の周辺領域５０１は、転写体５０３から離れた安全な垂直距離を維持している。
【００４８】
上で説明したように、２種深さ転写テンプレートは、様々な方法を使用して製造されている。図６に示す一実施形態では、分解能が高く、かつ、深さの浅いダイ・パターン６０２、および分解能が小さく、かつ、深さの深い周辺パターン６０３を有する単一の分厚い基板６０１が形成されている。図７に示すように、一実施形態では、分解能が高く、かつ、深さの浅いダイ・パターン７０１を有する薄い基板７０２（例えば水晶ウェハ）が形成され、このダイ・パターン７０１が基板７０２から切り取られ、より分厚い基板７０３に接着される。基板７０３は、転写マシン上の転写テンプレート・ホルダに適合するサイズになっている。本明細書において使用されているより分厚い基板７０３は、一般的に「テンプレート・ブランク」を指している。テンプレート・ブランクは、転写マシンの転写テンプレート・ホルダに適合させるようにサイズ化されている。この接着は、テンプレート材の屈折率と類似した硬化剤（例えば紫外光）屈折率を有する接着剤７０４を使用して達成されることが好ましい。
【００４９】
図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃは、その他の転写テンプレート設計を示したもので、それぞれ一括して数表示８０１、８０２および８０３で参照されている。テンプレート設計８０１、８０２および８０３の各々は、ギャップ測定および／または過剰液体の吸収に有用な凹所領域を備えている。
【００５０】
一実施形態では、テンプレートは、液体の広がりを制御するため、材料の物理特性およびテンプレートの幾何学に基づいたメカニズムを備えている。基板領域のロスを生じさせることなく許容することができる過剰液体の量は、様々な材料の界面エネルギー、液体密度およびテンプレート幾何学によって制限されている。したがってリリーフ構造を使用して、所望の成形領域すなわちパターン化領域を取り囲んでいる領域を包囲している過剰液体が吸収されている。この領域は、一般に「切溝」と呼ばれている。切溝中のリリーフ構造は、パターンまたは成形リリーフ構造を構築するために使用される標準の処理技法を使用して、上で考察したように、テンプレート表面を凹まされている。
【００５１】
従来のフォトリソグラフィでは、フォトマスク設計における光学近接補正の使用が、設計寸法通りの正確なパターンを生成するための標準になりつつある。マイクロおよびナノ成形すなわち転写リソグラフィにも同様の概念を適用することができる。転写リソグラフィ・プロセスにおける実質的な相異は、誤差が、回折すなわち光学的な干渉によるものではなく、処理中に生じる物理特性の変化によるものであることである。このような物理特性の変化が、テンプレートの幾何学における工夫を凝らしたリリーフ補正の性質または必要性を決定している。パターン・リリーフ構造が、転写中における材料変化（収縮または膨張など）に適応するように設計された、光リソグラフィで使用されている光学近接補正と同様の概念のテンプレートの場合、このような物理特性の変化による誤差が排除される。ボリュームの膨張または収縮などの物理特性の変化を考慮することにより、リリーフ構造を調整し、所望する正確な複製フィーチャを生成することができる。例えば図９は、材料特性の変化を考慮することなく形成された転写例９０１、および材料特性の変化を考慮して形成された転写例９０２を示したものである。ある実施形態では、硬化中における材料の収縮により、実質的に長方形の輪郭９０４を有するフィーチャを備えたテンプレートが変形している。このような材料収縮を補償するために、テンプレートのフィーチャには、角度の付いた輪郭９０５が設けられている。
【００５２】
転写リソグラフィ・プロセスに関しては、テンプレートの耐久力およびテンプレートのリリース特性が重要である。耐久力のあるテンプレートは、ケイ素基板または二酸化ケイ素基板で形成されている。他の適切な材料としては、それには限らないが、炭化シリコンゲルマニウム、チッ化ガリウム、シリコンゲルマニウム、サファイヤ、ヒ化ガリウム、エピタキシャルシリコン、ポリシリコン、ゲート酸化物、水晶、またはそれらの組合せがある。また、テンプレートには、アライメント・マークなどの検出可能フィーチャを形成するために使用される材料が含まれている。例えば検出可能フィーチャは、ｘが２未満であるＳｉＯｘで形成されている。実施形態の中には、ｘが約１．５の実施形態もある。この材料は可視光に対して不透明であるが、いくつかの活性化光の波長に対しては透明であるとされている。本明細書において使用されている「解析光」は、一般的に、本明細書において説明する測定プロセス（例えばギャップ・センシング、アライメントの測定等）に使用される光を指している。様々な実施態様では、解析光には、可視光または赤外光が含まれている。
【００５３】
実験の結果から、テンプレートを処理してテンプレートの表面に薄層を形成することにより、テンプレートの耐久力を改善することができることが分かっている。例えば、アルキルシラン層、フルオロアルキルシラン層またはフルオロアルキルトリクロロシラン層を表面に形成することができ、特に、トリデカフルオロ−１、１、２、２−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン（Ｃ_５Ｆ_１３Ｃ_２Ｈ_４ＳｉＣｌ_３）が使用されている。このような処理により、テンプレートの表面にセルフ・アセンブル単分子膜（ＳＡＭ）が形成される。
【００５４】
低界面エネルギー被覆とするために表面処理プロセスを最適化させる。このような被覆は、転写リソグラフィのための転写テンプレートの製作に使用することができる。処理されたテンプレートは、未処理テンプレートに勝る望ましいリリース特性を有している。例えば、新しく処理されたテンプレートは、約１４ダイン／ｃｍの界面自由エネルギーα_{ｔｒｅａｔｅｄ}を有している。未処理テンプレートの表面の界面自由エネルギーα_{ｕｎｔｒｅａｔｅｄ}は、約６５ダイン／ｃｍである。本明細書において開示する処理手順により、高水準の耐久力を有する薄膜がもたらされる。耐久力があれば、製造において多くの転写に耐えることができるテンプレートとすることができるため、耐久力に優れていることが極めて望ましい。
【００５５】
テンプレート表面への被覆は、液相プロセスまたは気相プロセスのいずれかを使用して形成される。液相プロセスの場合、前駆体の溶液および溶媒に基板が浸され、また、気相プロセスの場合は、不活性キャリア・ガスを介して前駆体が引き渡される。液相処理に使用するための純粋に無水の溶媒を得ることは困難である。処理中におけるバルク相の水分は、被覆の最終品質すなわちカバレージに悪影響を及ぼすクランプ・デポジットの原因になることがある。気相プロセスの一実施形態では、真空容器内にテンプレートが置かれ、その後、真空容器がサイクル・パージされ、過剰水分が除去されている。若干の吸着水分がテンプレートの表面に残ることがある。被覆を形成する表面反応を完了させるためには、少量の水分が必要である。反応は、次の式
Ｒ−ＳｉＣｌ３＋３Ｈ２Ｏ＝＞Ｒ−Ｓｉ（ＯＨ）３＋３ＨＣｌ
によって記述することができる。反応を容易にするために、テンプレートの温度を、温度制御チャックを介して所望の反応温度にすることができる。次に、所定時間の間、反応容器に前駆体が供給される。テンプレート温度、前駆体濃度、流れ幾何学等の反応パラメータは、特定の前駆体とテンプレート基板の組合せに合せることができる。
【００５６】
前述のように、物質４０は液体であり、したがってギャップ３１の隙間に充填することができる。例えば物質４０は、低粘性液体モノマー溶液である。適切な溶液の粘性の範囲は、約０．０１ｃｐｓから約１００ｃｐｓまでである（２５℃で測定して）。高分解能（例えば１００ｎｍ未満）構造の場合、低粘性であることが特に望ましい。また、低粘性であることにより、ギャップがより速く封止され、さらに、液体が低圧でギャップ領域を充填する速度が速くなる。詳細には、５０ｎｍ未満の場合、溶液の粘性は約２５ｃｐｓ以下でなければならず、約５ｃｐｓ未満であることがより好ましい（２５℃で測定して）。一実施形態では、適切な溶液には、５０重量％のアクリル酸ｎ−ブチルと５０重量％のＳＩＡ ０２１０．０（３−アクリオロキプロピルトリストリメチルシロキサン）シランの混合物が含まれている。この溶液には微量の重合開始剤（例えばフォトイニシエータ）を添加することができる。例えば、Ｉｒｇ８１９とＩｒｇ１８４が１：１の３重量％の溶液および５％のＳＩＢ１４０２．０が適している。この混合物の粘性は約１ｃｐｓである。
【００５７】
一実施形態では、転写リソグラフィ・システムには、基板（例えば半導体ウェハ）の表面に液体をディスペンスするための自動液体ディスペンス方法およびシステムが含まれている。自動液体ディスペンス方法には、１つまたは複数の延びたディスペンサ・チップを備えたモジュール方式自動化液体ディスペンサが使用されている。自動液体ディスペンス方法には、ディスペンサ・チップと基板の間の相対な横方向運動を生成するためのＸ−Ｙステージが使用されている。この方法により、低粘性液体を使用した転写リソグラフィのいくつかの問題が解決される。例えば、この方法により、気泡トラッピングおよび転写領域の局部変形が除去される。また、実施形態により、過剰液体を不必要に廃棄することなく、液体を転写テンプレートと基板の間のギャップ全体に広げる一方で低転写圧力を達成する方法が提供される。
【００５８】
一実施形態では、ディスペンスされる量は、通常、１インチ^２（６．４５平方センチ）の転写領域に対して約１３０ｎｌ（ナノリットル）未満である。ディスペンスが終了すると、次のプロセスには、テンプレートと基板のアセンブリを硬化剤に露出させるステップが含まれている。テンプレートと基板を分離させることにより、被転写表面の頂部に転写イメージが残される。転写されたイメージは、残留している露出材料の薄層上に残される。残留層は、「ベース層」と呼ばれている。ベース層は製造可能転写のためには、薄く、かつ、一様でなければならない。薄くかつ一様なベース層は、転写構造を維持しつつベース層を除去するために必要なブレークスルー・エッチングを補助している。
【００５９】
転写プロセスには、テンプレートと基板の境界に高圧および／または高温を加える必要があるが、高分解能オーバレイ・アライメントが含まれている製造可能転写リソグラフィ・プロセスのためには、高圧および高温は回避しなければならない。本明細書において開示する実施形態は、低粘性フォト硬化液を使用することにより、高温の必要性を回避している。また、液体を転写領域全体に広げるために必要な力を小さくすることにより、転写圧力も最小化されている。したがって、液体ベースの転写リソグラフィのためには、液体ディスペンス・プロセスは、以下の特性を満足しなければならない。
１．気泡をテンプレートと基板の間にトラップさせてはならない。
２．粒子の発生を最小にするために、ディスペンサ・チップと基板の間の直接接触を回避しなければならない。
３．テンプレートと基板の間のギャップを充填するために必要な圧力を最小にしなければならない。
４．テンプレート−基板界面の非一様な局部変形を小さくするために、非一様な液体ビルドアップおよび／または圧力勾配を最小にしなければならない。
５．ディスペンス液体の浪費を最小にしなければならない。
【００６０】
実施形態の中には、吐出ベース液体ディスペンサ・チップと基板の間の相対運動を使用して、実質的に連続する線を有するパターンを転写領域上に形成している実施形態もある。線の断面の大きさおよび線の形状は、ディスペンス速度と相対運動をバランスさせることによって制御することができる。ディスペンス・プロセスの間、ディスペンサ・チップは、基板の近傍（例えば、数十ミクロン程度）に固定される。図１０Ａおよび１０Ｂは、線パターンを形成するための２つの方法を示したものである。図１０Ａおよび１０Ｂに示すパターンは、正弦波パターンであるが、他のパターンも可能である。図１０Ａおよび１０Ｂに示すように、単一のディスペンサ・チップ１００１あるいは複数のディスペンサ・チップ１００２のいずれかを使用して、連続する線パターンを引くことができる。
【００６１】
ディスペンス速度Ｖ_ｄ、および基板の相対運動速度Ｖ_ｓは、次のように関連付けることができる。
Ｖ_ｄ＝Ｖ_ｄ／ｔ_ｄ（ディスペンスボリューム／ディスペンス周期） （１）
Ｖ_ｓ＝Ｌ／ｔ_ｄ（線の長さ／ディスペンス周期） （２）
Ｖ_ｄ＝ａＬ（「ａ」は、線パターンの断面積） （３）
したがって
Ｖ_ｄ＝ａＶ_ｓ （４）
初期の線パターンの幅は、通常、ディスペンサのチップ・サイズによって決まる。チップ・ディスペンサは固定されている。一実施形態では、液体ディスペンス・コントローラ１１１１（図１１に示す）を使用して、ディスペンスされる液体のボリューム（Ｖ_ｄ）および液体をディスペンスするために要する時間（ｔ_ｄ）が制御されている。Ｖ_ｄおよびｔ_ｄが一定であると仮定すると、線の長さを長くすることにより、パターン化される線の断面の高さが低くなる。パターン長さの延長は、周期パターンの空間周波数を増加させることによって達成される。パターンの高さを低くすることにより、転写プロセス中に変位する液体の量が少なくなる。同じディスペンス線に接続された複数のチップを使用することにより、単一ディスペンサ・チップの場合と比較して、長さの長い線パターンをより速く形成することができる。一実施形態では、吐出ベース液体デリバリ・システムは、液体容器１１０１、入口チューブ１１０２、入口弁１１０３、出口弁１１０４、シリンジ１１０５、シリンジ・アクチュエータ１１０６、ディスペンサ・チップ１１０７、Ｘステージ・アクチュエータ１１０９、Ｙステージ・アクチュエータ１１１０、ディスペンサ・コントローラ１１１１、ＸＹステージコントローラ１１１２および主制御コンピュータ１１１３を備えている。適切な吐出ベース・ディスペンサは、Ｈａｍｉｌｔｏｎ社から購入することができる。
【００６２】
図１２は、低粘性液体に対するいくつかの望ましくない液体パターンすなわちディスペンス方法を示したものである。これらのディスペンス・パターンにより、気泡のトラッピング、局部変形および液体の浪費を始めとする１つまたは複数の問題が生じる。例えば転写領域の中央に一滴ディスペンスする場合１２０１、あるいは不規則な線をディスペンスする場合１２０５、テンプレートおよび／または基板に局部変形が生じる。複数の滴をディスペンスする場合１２０２、または円周パターンの線をディスペンスする場合１２０６、気泡のトラッピングが生じる。閉じた円周に近いパターンを有する他のパターンをディスペンスする場合１２０４も、同じく気泡のトラッピングが生じる。同様に、噴霧すなわち無作為変位の飛沫の場合１２０３も気泡のトラッピングが生じる。基板を低粘性液体でスピン被覆する場合、薄膜の不安定性による「ディウェッティング（ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ）」問題が生じる。ディウェッティングにより、薄く、かつ、一様な液体層ではなく、多数の微小液体滴が基板に形成される。
【００６３】
一実施形態の液体ディスペンス方法によれば、後で広がることで連続体となる複数の微小液体滴がディスペンスされる。図１３は、５滴の液体滴を使用した場合について示したものである。この場合の５滴は、単に説明用として使用したものに過ぎない。正弦波線、「Ｗ」または「Ｘ」など、その他の「開放」パターンについても、この方法を使用して実施することができる。テンプレートと基板の間のギャップが狭くなると、円形滴１３０１がより薄く、かつ、より幅広くなり、隣接する滴が１つになる１３０２。したがって、初期ディスペンスに連続した形が含まれていない場合であっても、液体が広がることにより、テンプレートと基板の間のギャップから空気が追い出されることになる。この方法での使用に有効なパターンは、飛沫が広がる際に、それらがテンプレートと基板の間のいかなる空気もトラップしないような方法でディスペンスしなければならない。
【００６４】
ボリュームが正確に規定されている微小液体滴は、圧力サポート・ユニットを備えたマイクロ電磁弁を使用してディスペンスされる。他のタイプの液体ディスペンス・アクチュエータには、圧電作動ディスペンサが含まれている。吐出ベース液体ディスペンサと比較した場合のマイクロ電磁弁ディスペンサを備えたシステムの利点は、ディスペンス時間がより速いこと、およびボリュームをより正確に制御することができることである。これらの利点は、転写のサイズがより大きい（例えば、さしわたし数インチ（１インチは２．５４ｃｍ））場合、特に望ましい。図１４は、マイクロ電磁弁を備えたシステムの一実施形態を示したものである。このシステムは、液体容器１４０１、入口チューブ１４０２、入口弁１４０３、ポンプ１４０４、出口弁１４０５、ポンプ・コントローラ１４０６、マイクロ電磁弁１４０７、マイクロ電磁弁コントローラ１４０８、Ｘ−Ｙステージ１４０９、Ｘ−Ｙステージ・コントローラ１４１０およびメイン・コンピュータ１４１２を備えている。Ｘ−Ｙステージ１４０９上に基板１４１１が置かれている。超小型バルブ・ディスペンサおよび圧電ドロップ・オン・デマンド・ディスペンサは、様々な印刷ヘッド製造者が市販している。
【００６５】
図１５Ａは、転写領域が広い（例えば、数インチ^２（１インチ^２は６．４５平方センチ）を超える）場合に有用なパターンの設計を示したものである。この実施形態では、液体平行線１５０３がディスペンスされている。液体平行線１５０３は、テンプレート１５０１が基板１５０２に近づくと、ギャップから空気が追い出されるような方法で広がることになる。所望の方法での線１５０３の広がりを容易にするために、テンプレート１５０１は、故意にくさび状になされた構成（図１５Ｂに示すように）でギャップに近づけることができる。つまり、テンプレート／基板のギャップは、線１５０３に沿って閉じられる（例えば、くさびの角度を線１５０３に平行にすることができる）。
【００６６】
良好に分散された初期液体層を提供する利点は、テンプレートと基板の間の配向誤差が補償されることである。これは、液体の薄層の流体力学と配向ステージの従順さによるものである。テンプレートの下側の部分がテンプレートの他の部分より早くディスペンスされた液体と接触する。テンプレートと基板の間のギャップが狭くなるにつれて、テンプレートの下側部分と上側部分の間の反力の不平衡が大きくなる。力のこの不平衡により、テンプレートと基板の運動が修正され、テンプレートと基板が実質的に平行になる。
【００６７】
転写リソグラフィを成功させるためには、テンプレートと基板の間のギャップを制御するための、基板に対するテンプレートの正確なアライメントおよび配向が必要である。本明細書に示す実施形態により、製造プロセスにおける正確なアライメントおよびギャップ制御を達成することができるシステムが提供される。一実施形態では、システムは高分解能Ｘ−Ｙ並進ステージを備えている。一実施形態では、システムは、テンプレートと基板表面の間の大まかな予備アライメント操作を実施するための予備較正ステージを設け、相対アライメントを微少運動配向ステージの運動範囲内でできるようにしている。この予備較正ステージは、新しいテンプレートが装置に設置された場合にのみ必要である（しばしばステッパとしても知られている）。予備較正ステージは、ベース・プレート、たわみコンポーネント、およびベース・プレートとたわみコンポーネントを結合している複数のマイクロメータすなわち高分解能アクチュエータからなっている。
【００６８】
図１６は、Ｘ−Ｙ並進ステージの一実施態様をアセンブル構成で示したもので、一括して参照番号１６００で参照されている。総フットプリントは、約２０インチ×２０インチ（５０．８ｃｍ×５０．８ｃｍ）未満であり、高さは約６インチ（１５．２４ｃｍ）（ウェハ・チャックを含む）である。このような実施形態は、運動の範囲が約１２インチ（３０．４８ｃｍ）のＸ−Ｙ軸の並進が可能である。
【００６９】
図１７は、Ｘ−Ｙ並進ステージの第２の実施形態を示したもので、一括して参照番号１７００で参照されている。Ｘ−Ｙステージ１６００の運動の範囲と同様の運動範囲を提供するために、ステージ１７００は、約２９インチ×２９インチ（７３．６６ｃｍ×７３．６６ｃｍ）のフットプリントおよび約１５インチ（３８．１ｃｍ）（ウェハ・チャックを含む）の高さを有している。ステージ１６００および１７００は、主として追加リンケージ１７０１が垂直方向に配向されている点で異なっている。
【００７０】
Ｘ−Ｙステージ１６００およびＸ−Ｙステージ１７００は、いずれもフレクスチャ・ベース・システム（ｆｌｅｘｕｒｅ ｂａｓｅｄ ｓｙｓｔｅｍ）である。フレクスチャは、摩擦および粒子がなく、かつ、保全作業が少ないため、精密機械に広く使用されている。また、フレクスチャは、極めて高い分解能を提供している。いずれも参照によりそのすべてが本明細書に組み込まれる、Ｒｏｕｔｓｏｎに発行された米国特許第４，６９４，７０３号およびＷｙｓｅに発行された米国特許第４，０６２，６００号に、フレクスチャ・ベース・システムの例が開示されているが、フレクスチャ・ベース・システムのほとんどは、その運動範囲が制限されている（例えば、ｍｍ未満の運動範囲）。本明細書において開示する実施形態は、１２インチ（３０．４８ｃｍ）を超える運動範囲を有している。このようなステージは、特に真空中におけるリソグラフィック・アプリケーションの場合、費用効果が高いとされている。また、転写リソグラフィ技法における転写力の存在は、本明細書において示す実施形態にとっては著しく有利である。
【００７１】
通常、Ｘ−Ｙステージは、駆動コンポーネントおよび荷重支持コンポーネントの２種類のコンポーネントを備えている。親ねじアセンブリ機構は、位置決めの精度がそれほど重要な要素ではない場合に広く使用されている。高い位置決め精度を必要とするアプリケーションでは、ボールねじアセンブリが、駆動コンポーネントおよび荷重支持コンポーネントの両方に使用されている。これらのいずれの設計も、バックラッシュおよびスティクションの問題を抱えており、また、潤滑の必要性が、真空中での使用あるいは粒子に敏感なアプリケーション（例えば転写リソグラフィ）での使用に対して、これらの設計を望ましくないものにしている。
【００７２】
また、中には、スティクションやバックラッシュの問題を実質的に除去するエア・ベアリングを利用している設計もあるが、エア・ベアリングによって提供される耐荷重容量には限界がある。また、エア・ベアリングは、真空環境での使用には不適切である。
【００７３】
図１８は、基本リンケージ１８００部分を略図で示したものである。リンク１（１８０４）、リンク３（１８０５）の長さは同じである。可動ボディ１８０１がＸ軸に沿って移動すると、リンケージ１８００のすべてのジョイントが、同じ絶対角度だけ回転する。運動範囲がリンク２（１８０３）の長さに無関係であることに留意されたい。運動の制約により、リンク２（１８０３）は、ジョイント１（１８０６）とジョイント４（１８０７）の間を結ぶ線との平行を維持する。リンケージ１８００における運動の範囲ｌ_ｍは、
ｌ_ｍ ＝２ｄ_１［ｃｏｓ（θ_０−α_ｍａｘ／２）−ｃｏｓ（θ_０＋α_ｍａｘ／２）］
＝４ｄ_１ｓｉｎ（θ_０）ｓｉｎ（α_ｍａｘ／２） （５）
で与えられる。上式で、θ_０は、すべてのフレクスチャ・ジョイントが平衡状態にある場合のジョイント１（１８０６）の角度であり、α_ｍａｘは、フレクスチャ・ピボットの最大回転角度である。ｄ_１は、リンク１およびリンク３、すなわち１８０４および１８０５の長さである。式（５）に示すように、所与のｄ_１に対して、θ_０＝９０度の場合に運動範囲が最大化される。したがってリンクの長さは、
ｄ_１＝ｌ_ｍ／［４ｓｉｎ（α_ｍａｘ／２）］ （６）
で与えられる。したがって６０°のα_ｍａｘを使用すると、運動範囲が１２インチ（３０．４８ｃｍ）の場合の最短リンク長さは６インチ（１５．２４ｃｍ）である。
【００７４】
図１９は、２つの円筒円板１９０２が追加された、リンケージ１８００と同様の基本リンケージの実施形態を示したものである。運動学的研究によれば、図１９に示すジョイント２（１９０４）およびジョイント３（１９０５）が、逆方向に同じ角度だけ回転すると、ステージは、Ｘ軸に沿った純並進運動を発生する。フレクスチャ・ジョイント２（１９０４）および３（１９０５）に円筒円板１９０２を追加することにより、それによって得られる回転接触部がリンク１（１９０８）およびリンク２（１９０６）を逆方向に回転させることになる。一実施形態では、円筒円板１９０２がリンク１９０８および１９０６に結合されているため、ジョイントまたはベアリングを追加する必要はない。円板１９０２のすべりを防止するために、２つの円板の間に適当な予備荷重が印加されている。直接駆動機構またはベアリングを使用している従来のステージと比較すると、接触表面が比較的小さくなり、かつ、比較的容易に保守することができる。円板１９０２は、Ｘ−Ｙステージ１６００および１７００には示されていないが、実施形態の中には、円板１９０２を備えている実施形態もあることに留意されたい。図１６のリンク１６０２および１６０１は、図１９のリンク１９０８および１９０６に対応している。したがって円板１９０２は、位置１６０３に存在することになる（図１６では見ることができない他の位置を含む）。図１７を参照すると、円板１９０２は位置１７０２に存在する（図１７では見ることができない他の位置を含む）。
【００７５】
ステージ１６００または１７００のいずれかの駆動システムとして、２つのリニア・サーボ・モータ（図２０の参照番号２０００で示す）が適切である。１つのリニア・サーボ・モータが各並進軸を駆動している。使用に適したリニア・サーボ・モータは、Ｔｒｉｌｏｇｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが市販している。このようなリニア・サーボ・モータの利点は、摩擦接触がないことである。このようなリニア・サーボ・モータのもう１つの利点は、約１００ポンド（４５．３６ｋｇ）を超える駆動力を容易に生成することができることである。したがって駆動コンポーネントは、Ｘ−Ｙ方向の並進運動制御を提供するだけでよい。実施形態の中には、下部ステージのアクチュエータを上部ステージのアクチュエータより強力にする必要のある実施形態もあることに留意されたい。実施形態の中には、レーザ干渉計が、Ｘ−ＹステージのＸおよびＹの位置決めを制御するためのフィードバック信号を提供している実施形態もある。レーザ・インターフェロメトリは、ｎｍレベルの位置決め制御を提供することができるとされている。
【００７６】
配置誤差はレーザ干渉計および高分解能Ｘ−Ｙステージ（図１７のＸ−Ｙステージ１７００のような）を用いて補償される。テンプレートと基板の間の配向アライメントがＸ−Ｙ運動と無関係である場合、基板ウェハ全体に対して、配置誤差を一度補償するだけで良い（例えば「全体オーバレイ」）。テンプレートと基板の間の配向アライメントがＸ−Ｙ運動と結合し、かつ／または基板上の極端な局部配向変化が存在する場合は、基板に対するテンプレートのＸ−Ｙ部分変化を補償しなければならない（すなわち、フィールド対フィールド・オーバレイ）。オーバレイ・アライメント問題については、オーバレイ・アライメントのセクションに関連してさらに考察する。図２１および２２は、それぞれ全体オーバレイ誤差補償アルゴリズムおよびフィールド対フィールド・オーバレイ誤差補償アルゴリズムを示したものである。
【００７７】
一実施形態では、予備較正ステージ（アクチュエータを使用して自動的に、あるいはマイクロメータを使用して手動で）および精密配向ステージによって、テンプレートと基板の配向を達成している。精密配向ステージは、能動であってもあるいは受動であっても良い。これらのステージのいずれか一方、あるいは両方のステージに他のメカニズムを設けることができるが、粒子を避けるためには、たわみベースのメカニズムであることが好ましい。較正ステージはフレームに取り付けられ、精密配向ステージは予備較正ステージに取り付けられている。したがってこのような実施形態は、シリアル機械配置を形成している。
【００７８】
精密配向ステージは、１つまたは複数の受動従順性部材（ｐａｓｓｉｖｅ ｃｏｍｐｌｉａｎｔ ｍｅｎｂｅｒ）を備えている。「受動従順性部材」とは、一般的にその運動を従順さから得ている部材を指している。それぞれ参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、Ｄｅ Ｆａｚｉｏに発行された米国特許第４，４１４，７５０号、同じくＤｅ Ｆａｚｉｏに発行された米国特許第４，３３７，５７９号、Ｄｒａｋｅらに発行された米国特許第４，１５５，１６９号、Ｎｅｖｉｎｓらに発行された米国特許第４，３５５，４６９号、Ｗａｔｓｏｎに発行された米国特許第４，２０２，１０７号、および同じくＷａｔｓｏｎに発行された米国特許第４，０９８，００１号に、コンプライアント部材装置が開示されている。つまり、液体との直接的または間接的な接触によって運動が起動される。精密配向ステージが受動である場合、精密配向ステージは、２つの配向軸の周りに最も優勢な従順さを持たせるように設計される。２つの配向軸は直交しており、テンプレートの下部表面上に位置している（図４３を参照して説明する）。テンプレートが正方形である場合、通常、２つの直交ねじり従順性の値は同じである。精密配向ステージは、テンプレートが液体と接触する場合のように、基板に対してテンプレートが非平行である場合に、非平行であることによる非一様な液体圧が速やかに配向誤差を補正するように設計されている。一実施形態では、この補正は、最小のオーバシュートで、あるいはオーバシュートすることなく実施されている。また、精密配向ステージは、上で説明したように、液体を硬化させるために十分に長い期間の間、テンプレートと基板の間を実質的に平行な配向に保持している。
【００７９】
一実施形態では、精密配向ステージは、１つまたは複数のアクチュエータを備えている。例えば圧電アクチュエータ（図４６を参照して説明する）が適している。このような実施形態では、予備較正ステージと結合した精密配向ステージの有効受動従順性は、やはり実質的に２つの配向軸の周りのねじり従順性でなければならない。すべての構造エレメントおよび能動エレメントの幾何学パラメータおよび材料パラメータは、共にこの有効受動剛性に寄与している。例えば圧電アクチュエータも、引張りおよび圧縮においては従順である。幾何学パラメータおよび材料パラメータを合成し、２つの直交配向軸の周りに所望のねじり従順性を得ることができる。幾何学パラメータおよび材料パラメータを合成するための簡単な手法は、精密配向ステージにおけるアクチュエータの動作方向に沿ったアクチュエータの従順性を、残りのステージ・システムの構造従順性より大きくすることである。これにより、非平行テンプレートが基板上の液体と接触する際の受動自己補正機能が提供される。また、この従順性は、最小のオーバシュートで、あるいはオーバシュートすることなく、速やかに配向誤差が補正されるように選択しなければならない。精密配向ステージは、液体を硬化させるために十分に長い期間の間、テンプレートと基板の間を実質的に平行な配向に保持している。
【００８０】
オーバレイ・アライメント・スキームには、転写テンプレートの正確なアライメントおよび基板上の所望の転写位置を達成するためのアライメント誤差の測定、およびアライメント誤差の測定に続く誤差の補償が含まれている。プロキシミティ・リソグラフィ、ｘ線リソグラフィおよびフォトリソグラフィ（例えばレーザ・干渉法、キャパシタンス・センシング、マスクおよび基板上のオーバレイ・マークの自動画像処理等）に使用されている測定技法は、適切に修正することによって転写リソグラフィ・プロセスに適合させることができる。参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第５，２０４，７３９号に、記憶されている画像を使用したオーバレイ・アライメントの方法およびシステムが開示されている。
【００８１】
リソグラフィ・プロセスにおけるオーバレイ誤差のタイプには、配置誤差、シータ誤差、倍率誤差およびマスクひずみ誤差が含まれている。本明細書において開示する実施形態の利点は、開示するプロセスが比較的低い温度（例えば室温）および小さい圧力で動作するため、マスクひずみ誤差が存在しないことである。したがってこれらの実施形態では、重大なひずみが誘導されることはない。また、これらの実施形態には、比較的分厚い基板でできたテンプレートが使用されているため、マスクが比較的薄い基板でできている他のリソグラフィ・プロセスと比較すると、マスク（すなわちテンプレート）ひずみ誤差がはるかに小さくなっている。さらに、転写リソグラフィ・プロセスのためのテンプレート領域全体が、硬化剤（例えば紫外光）に対して透明になっているため、硬化剤からのエネルギーによる加熱が最小化されている。加熱が小さいため、金属被覆が存在するためにマスクの底部表面のかなりの部分が不透明になっているフォトリソグラフィ・プロセスと比較すると、加熱によって誘導されるひずみの発生が最少化されている。
【００８２】
配置誤差は一般に、テンプレートと基板の間のＸ−Ｙ位置誤差（つまり、Ｘ軸および／またはＹ軸に沿った並進）による。シータ誤差は一般に、Ｚ軸の周りの相対配向誤差（つまり、Ｚ軸の周りの回転）による。倍率誤差は一般に、テンプレート上の原始パターン化領域と比較した、転写領域における熱誘導または材料誘導による収縮または膨張による。
【００８３】
転写リソグラフィ・プロセスでは、基板上に過度のフィールド対フィールド表面変化が存在する場合、ギャップの制御を目的とした、図２３に示す角度αおよびβに対応するテンプレートと基板の間の配向アライメントを頻繁に実施しなければならない。一般的には、転写領域全体の変化は、被転写フィーチャの高さの約半分より小さいことが望ましい。配向アライメントがテンプレートと基板のＸ−Ｙ位置と結合している場合は、フィールド対フィールド配置誤差を補償しなければならない。しかし、本明細書に示す配向ステージの実施形態の場合、配置誤差を誘導することなく配向アライメントを実施することができる。
【００８４】
集束レンズ系を使用しているフォトリソグラフィ・プロセスでは、２つのアライメント・マーク（一方はマスク上、もう一方は基板上）の画像を同一集束平面上に配置することができるように、マスクおよび基板が位置付けされている。アライメント誤差は、これらのアライメント・マークの相対位置を参照することによって誘導されている。転写リソグラフィ・プロセスでは、オーバレイ誤差を測定している間、テンプレートと基板が比較的狭いギャップ（マイクロメートル程度未満）を維持するため、オーバレイ誤差測定ツールは、異なる平面からの２つのオーバレイ・マークの焦点を同一集束平面上に合せなければならない。このような要求事項は、フィーチャが比較的大きい（例えば約０．５μｍ）場合、デバイスにとってはそれほど重大ではないが、１００ｎｍ領域未満のクリティカルなフィーチャの場合、高分解能オーバレイ誤差測定を達成するためには、同一集束平面上で２つのオーバレイ・マークの画像を捕えなければならない。
【００８５】
したがって、転写リソグラフィ・プロセスのためのオーバレイ誤差の測定方法および誤差の補償方法は、以下の要求事項を満足しなければならない。
１． オーバレイ誤差測定ツールは、同一平面上ではない２つのオーバレイ・マークに焦点を合せることができなければならない。
２． オーバレイ誤差補正ツールは、テンプレートと基板の間に液体の薄層が存在している状態で、テンプレートと基板をＸおよびＹに相対的に移動させることができなければならない。
３． オーバレイ誤差補正ツールは、テンプレートと基板の間に液体の薄層が存在している状態で、シータ誤差を補償することができなければならない。
４． オーバレイ誤差補正ツールは、倍率誤差を補償することができなければならない。
【００８６】
上に示した第１の要求事項は、ｉ）光学画像化ツールを上下に移動させることによって（米国特許５，２０４，７３９の場合のように）、あるいはｉｉ）２つの異なる波長を有する照明源を使用することによって満足することができる。これらの手法にはいずれも、テンプレートと基板の間のギャップ測定の知識が有用であり、特に第２の方法の場合に有用である。テンプレートと基板の間のギャップは、広帯域干渉法、レーザ・干渉法およびキャパシタンス・センサを始めとする既存の複数の非接触膜厚測定ツールの１つを使用して測定されている。
【００８７】
図２４は、テンプレート２４００、基板２４０１、液体２４０３、ギャップ２４０５およびオーバレイ誤差測定ツール２４０２の位置を示したものである。測定ツールの高さは、同一結像平面上に２つのオーバレイ・マークを得るために、ギャップ情報に基づいて調整される２４０６。この手法を満足するためには、画像記憶デバイス２４０３が必要である。また、テンプレートおよびウェハを位置決めするためのデバイスは、測定デバイス２４０２の上下運動の振動から絶縁しなければならない。さらに、高分解能オーバレイ・アライメントのために、テンプレートと基板の間のＸ−Ｙ方向の走査運動を必要とする場合、この手法では、オーバレイ・マークの連続画像を生成することはできない。したがってこの手法は、転写リソグラフィ・プロセスに対しては、比較的分解能の小さいオーバレイ・アライメント・スキームに適合している。
【００８８】
図２５は、異なる平面からの２つのアライメント・マークの焦点を、単一の集束平面上に合せるための装置を示したものである。装置２５００は、照明源として使用されている異なる波長を有する光による焦点距離の変化を利用している。装置２５００は、画像記憶デバイス２５０３、照明源（図示せず）および集光デバイス２５０５を備えている。個別の複数の光源を使用するか、あるいは単一の広帯域光源を使用して、結像平面とアライメント・マークの間に光学的なバンドパス・フィルタを挿入することによって、区別できる異なる波長を有する光を発生することができる。テンプレート２５０１と基板２５０２の間のギャップに応じて、異なる２つの波長が焦点距離を調整するために選択される。図２６に示すように、各照明の下で、オーバレイ・マークの各々が結像平面上に２つの画像を生成する。第１の画像２６０１は、明確に焦点合わせされた画像である。第２の画像２６０２は、焦点外れの画像になっている。個々の焦点外れ画像を除去するために、いくつかの方法が使用されている。
【００８９】
第１の方法では、第１の波長の光を有する照明源の下で、結像アレイ（例えばＣＣＤアレイ）によって２つの画像が受け取られる。図２６は、受け取られた画像を示したもので、一括して数表示２６０４で参照されている。画像２６０２は、基板上のオーバレイ・アライメント・マークに対応している。画像２６０１は、テンプレート上のオーバレイ・アライメント・マークに対応している。画像２６０２に焦点が合わされると、画像２６０１は焦点外れになり、その逆の場合についても同様である。一実施形態では、画像２６０２に関連する画素に対応する幾何学データが消去するために、ある画像処理技法を使用する。その技法で焦点を外れた基板マークの画像が除去され、画像２６０１が残される。第２の波長の光と同じ手順を使用して、画像２６０５および２６０６が結像アレイ上に形成される。この手順により、焦点外れの画像２６０６が除去され、したがって画像２６０５が残される。次に、残された２つの焦点の合った画像２６０１と２６０５が、単一結像平面上で結合され２６０３、オーバレイ誤差が測定される。
【００９０】
第２の方法は、図２７に示すように２つの共面偏光アレイと偏光照明源を利用している。図２７は、オーバレイ・マーク２７０１および直交偏光したアレイ２７０２を示したものである。偏光アレイ２７０２は、テンプレート表面に構築され、あるいはテンプレート表面の上方に置かれている。２つの偏光照明源の下で、画像２７０３のみが結像平面上に結像される（それぞれ異なる波長および偏光に対応している）。したがって焦点を外れた画像は、偏光アレイ２７０２によってフィルタ除去される。この方法の利点は、焦点を外れた画像を除去するための画像処理技法を必要としないことである。
【００９１】
オーバレイ誤差測定中におけるテンプレートと基板の間のギャップが狭すぎる場合、スティクションすなわち液体の薄層のせん断力が増加するため、誤差補正が困難になることに留意すべきである。また、ギャップが広すぎる場合、テンプレートと基板の間の望ましくない垂直運動によるオーバレイ誤差が生じるため、オーバレイ誤差の測定および補正を実施する、テンプレートと基板の間の最適ギャップを決定しなければならない。
【００９２】
光リソグラフィ・プロセスには、モアレ・パターンをベースとしたオーバレイ測定が使用されている。モアレ・パターンの２つの層が同一平面上にはなく、かつ、結像アレイ内でオーバラップしている転写リソグラフィ・プロセスの場合、焦点が合った２つの個別画像を得ることは困難であるが、テンプレートと基板の間を直接接触させることなく、テンプレートと基板の間のギャップを、光学測定ツールの焦点深度の範囲内に慎重に制御することにより、集束の問題をほとんど生じることなく、モアレ・パターンの２つの層を同時に得ることができる。転写リソグラフィ・プロセスに、モアレ・パターンに基づく他の標準オーバレイ・スキームを直接組み込むことができる。
【００９３】
配置誤差は、基板を高分解能Ｘ−Ｙステージに位置決めするためのキャパシタンス・センサまたはレーザ干渉計およびＸ−Ｙステージの高分解能動きを使用して補償される。テンプレートと基板の間の配向アライメントがＸ−Ｙ運動と無関係である実施形態では、基板（例えば半導体ウェハ）全体に対して、配置誤差を一度補償するだけで良い。このような方法は、「全体オーバレイ」と呼ばれている。テンプレートと基板の間の配向アライメントがＸ−Ｙ運動と結合し、かつ、基板上に極端な局部配向変化が存在する場合は、キャパシタンス・センサおよび／またはレーザ干渉計を使用して、テンプレートのＸ−Ｙ部分変化が補償される。このような方法は、「フィールド対フィールド・オーバレイ」と呼ばれている。図２８および２９は、適切なセンサの実施形態を示したものである。図２８は、キャパシタンス・センシング・システムの一実施形態を示したものである。キャパシタンス・センシング・システムは、キャパシタンス・センサ２８０１、導電被覆２８０２、テンプレート２８０３を備えている。したがってキャパシタンスの差をセンスすることにより、テンプレート２８０３の位置を正確に測定することができる。同様に、図２９は、反射被覆２９０１、レーザ信号２９０２およびレシーバ２９０３を備えたレーザ干渉計システムの一実施形態を示したものである。レシーバ２９０３が受信するレーザ信号を使用して、テンプレート２９０４の位置が決定される。
【００９４】
倍率誤差が存在している場合は、基板およびテンプレートの温度を慎重に制御することによって補償される。基板およびテンプレートの熱膨張特性の違いを利用して、基板上の既存のパターン済み領域のサイズが、新しいテンプレートのサイズに調整される。しかし、転写リソグラフィ・プロセスが室温および低圧で実施される場合、倍率誤差の大きさは、配置誤差またはシータ誤差の大きさよりはるかに小さいとされている。また、倍率誤差は、本明細書において開示する、応力をベースとした方法を使用して補償される。
【００９５】
シータ誤差は、フォトリソグラフィ・プロセスで広く使用されているシータ・ステージを使用して補償される。シータ誤差は、高分解能シータ誤差予測を与えるために、十分に距離を隔てて分離された２つの個別アライメント・マークを使用して補償される。シータ誤差は、テンプレートが基板から数ミクロン離れて位置付けされる場合に補償される。したがって、既存パターンのせん断が生じることはない。
【００９６】
ＵＶ硬化液体材料を使用している転写リソグラフィ・プロセスのオーバレイ・アライメントに関わる他の問題は、アライメント・マークの可視性の問題である。オーバレイ誤差を測定する場合、１つがテンプレート上、もう１つが基板上にある２つのアライメント・マークが使用されるが、テンプレートを硬化剤に対して透明にすることが望ましいため、通常、テンプレートのオーバレイ・マークには不透明の線が含まれていない。そうではなく、テンプレートのオーバレイ・マークは、テンプレート表面のトポグラフィカル・フィーチャになっている。実施形態の中には、マークがテンプレートの材料と同じ材料でできている実施形態もある。また、ＵＶ硬化液には、テンプレート材（例えば水晶）の屈折率と同様の屈折率を持つ傾向があるため、テンプレートと基板の間のギャップがＵＶ硬化液で充填されると、テンプレートのオーバレイ・マークを認識することが極めて困難になる。テンプレートのオーバレイ・マークが不透明材料（例えばクロム）でできている場合、オーバレイ・マークの下側のＵＶ硬化液がＵＶ光に適切に露出されなくなり、これは極めて望ましくない状態である。
【００９７】
液体が存在している中でのテンプレート・オーバレイ・マークの認識の問題を解決するための２つの方法を開示する。第１の方法は、高分解能ギャップ制御ステージと共に正確な液体ディスペンス・システムを使用したものである。本明細書において、適切な液体ディスペンス・システムおよびギャップ制御ステージを開示する。説明用として、図３０に３つのオーバレイ・アライメント・ステップを示す。図３０に示すオーバレイ・マークの位置および液体パターンは、単に説明を目的としたものに過ぎず、本発明を制限する意味で解釈してはならない。他の様々なオーバレイ・マーク、オーバレイ・マークの位置および／または液体ディスペンス・パターンも可能である。先ず、ステップ３００１で基板３００２に液体３００３がディスペンスされる。次にステップ３００４で、高分解能配向ステージを使用して、テンプレート３００５と基板３００２の間のギャップがディスペンスされた液体３００３で完全には充填されないよう、テンプレートと基板の間のギャップが慎重に制御される。ステップ３００４で、ギャップは、最終転写ギャップよりわずかに大きい程度である。ギャップの大部分が液体で充填されるため、オーバレイ補正は、ギャップがあたかも液体で完全に充填されたものとして実施される。オーバレイ・マークは、この第１の位置に、液体がオーバレイ・マークを覆うことのないように配置される。オーバレイ補正が終了すると、ギャップが最終転写ギャップに近づけられる（ステップ３００６）。これは、残りの転写領域への液体の広がりを可能にしている。ステップ３００４とステップ３００６の間のギャップの変化は極めて小さい（例えば約１０ｎｍ）ため、ギャップ接近運動による重大なオーバレイ誤差は、何ら生じない。
【００９８】
第２の方法の場合、オーバレイ測定ツールに見える特殊なオーバレイ・マークをテンプレート上に形成しなければならないが、硬化剤（例えばＵＶ光）に対して不透明であってはならない。図３１は、この手法の一実施形態を示したものである。図３１では、テンプレート上のオーバレイ・マーク３１０２は、完全な不透明線ではなく、微細な偏光線３１０１で形成されている。例えば、適切な微細偏光線は、硬化剤として使用される活性化光の波長の約１／２ないし１／４の幅を有している。偏光線３１０１の線幅は、２本の線の間を通過する活性化光が十分に回折して線の下側のすべての液体を硬化させるよう、十分な細さでなければならない。このような実施形態では、オーバレイ・マーク３１０２の偏光に従って活性化光が偏光される。活性化光を偏光させることにより、オーバレイ・マーク３１０２を有する領域を含んだすべてのテンプレート領域が、比較的一様に露出される。テンプレート上のオーバレイ・マーク３１０２を捜し出すために使用される光は、広帯域光または液体材料を硬化させない特殊な波長である。この光を偏光させる必要はない。偏光線３１０１は、測定光に対して実質的に不透明であり、したがって設置されたオーバレイ誤差測定ツールを使用してオーバレイ・マークを視覚可能にしている。微細偏光オーバレイ・マークは、電子ビーム・リソグラフィなどの既存の技法を使用して、テンプレート上に形成される。
【００９９】
第３の実施形態では、オーバレイ・マークは、テンプレートの材料とは異なる材料で形成されている。例えば、テンプレートのオーバレイ・マークを形成するために選択される材料は、可視光に対して実質的に不透明であるが、硬化剤として使用される活性化光（例えばＵＶ光）に対しては透明である。例えばＸが２未満であるＳｉＯｘがこのような材料を形成している。詳細には、Ｘが約１．５であるＳｉＯｘで形成された構造は、可視光に対して実質的に不透明であるが、ＵＶ光に対しては透明である。
【０１００】
図３２は、テンプレート１２などのテンプレートを、基板２０などの転写すべき基板に対して較正し、かつ、配向するためのシステムのアセンブリを一括して１００で示したものである。システム１００は、ステッパなどの機械に、本明細書で説明する転写リソグラフィ・プロセスを使用した製造環境におけるデバイスの量産用として利用されている。図に示すように、システム１００は、ハウジング１２０を支持している頂部フレーム１１０に取り付けられている。ハウジング１２０は、テンプレート１５０を基板（図３２には図示せず）に対して大まかにアライメントするための予備較正ステージを備えている。
【０１０１】
ハウジング１２０は中間フレーム１１４に結合されており、中間フレーム１１４には、ハウジング１２０の反対側に、ガイド・シャフト１１２ａおよび１１２ｂが取り付けられている。一実施形態では、ハウジング１２０を支持するために３つのガイド・シャフト（図３２では、後側のガイド・シャフトは見えない）が使用され、テンプレート１５０が垂直に並進している間、上下にスライドしている。中間フレーム１１４の周囲の対応するガイド・シャフト１１２ａおよび１１２ｂに取り付けられたスライダ１１６ａおよび１１６ｂが、ハウジング１２０のこの上下運動を容易にしている。
【０１０２】
システム１００は、ハウジング１２０の底部部分に取り付けられた円板形ベース・プレート１２２を備えている。ベース・プレート１２２は、円板形たわみリング１２４に結合されている。たわみリング１２４は、下方配置配向ステージに備えられた第１のたわみ部材１２６と第２のたわみ部材１２８を支えている。以下、たわみ部材１２６、１２８の配向および構成について詳細に考察する。図３３に示すように、第２のたわみ部材１２８は、転写プロセスの間、テンプレート１５０を所定の位置に保持するテンプレート・サポート１３０を備えている。テンプレート１５０は、通常、所望のフィーチャが形成された水晶片を備えている。また、テンプレート１５０は、良く知られている方法に従って、他の物質を備えている。
【０１０３】
図３３に示すように、アクチュエータ１３４ａ、１３４ｂおよび１３４ｃは、ハウジング１２０の内部に固定され、ベース・プレート１２２およびたわみリング１２４に動作可能に結合されている。動作時に、アクチュエータ１３４ａ、１３４ｂおよび１３４ｃは、たわみリング１２４の運動が達成されるように制御される。アクチュエータの運動が大まかな予備較正を可能にしている。実施形態の中には、アクチュエータ１３４ａ、１３４ｂおよび１３４ｃが、高分解能アクチュエータを備えている実施形態もある。このような実施形態では、アクチュエータがハウジング１２０の周りに等間隔で配置されている。このような実施形態により、リング１２４を垂直方向に極めて正確に並進させ、それによりギャップを正確に制御することができる。したがってシステム１００は、転写すべき基板に対するテンプレート１５０の大まかな配向アライメントおよび正確なギャップ制御を達成することができる。
【０１０４】
システム１００は、テンプレート１５０を正確に制御することができるメカニズムを備えているため、正確な配向アライメントを達成することができ、また、テンプレートによって基板表面に対する一様なギャップが維持される。また、システム１００は、転写に続いて、基板表面からフィーチャをせん断することなく、基板の表面からテンプレート１５０を分離させる方法を提供している。それぞれ第１のたわみ部材１２６および第２のたわみ部材１２８の構成によって、正確なアライメントおよびギャップの制御が容易になっている。
【０１０５】
一実施形態では、図５１に示すように、硬化剤に対して透明な個別の固定支持プレート５１０１を使用して、テンプレート５１０２を所定の位置に保持している。テンプレート５１０２の裏側の支持プレート５１０１が転写力を保持しているが、固定支持プレート５１０１とテンプレート５１０２の間に真空を加えることにより、分離力が生じる。また、支持プレートをテンプレート・ホルダのボディに結合させるのに真空を使用することができる。横方向の力に対してテンプレート５１０２を支持するために、圧電アクチュエータ５１０３が使用されている。この横方向支持力は、圧電アクチュエータ５１０３を使用して慎重に制御されている。また、この設計は、転写リソグラフィ・プロセスにおける層対層アライメントのための倍率およびひずみ補正機能を提供している。ひずみ補正は、電子ビーム・リソグラフィによって構築されたテンプレート構造に存在するスティッチング誤差および配置誤差を克服するため、また、基板上に既に存在している構造のひずみを補償するために極めて重要である。倍率補正は、テンプレートの各々の面の１つの圧電アクチュエータに対して（つまり、４面テンプレートの場合、合計４つの圧電アクチュエータに対して）のみ必要である。圧電アクチュエータは、一様な力が表面全体に印加されるような方法で、テンプレートの表面に接続されている。一方、ひずみ補正は、個別に制御された力をテンプレートの各々の面に印加する複数の個別圧電アクチュエータに対して実施しなければならない。必要なひずみ制御のレベルに応じて、個別圧電アクチュエータの数が規定されている。圧電アクチュエータが多いほど、より良好なひずみ制御が提供される。倍率補正およびひずみ補正は、テンプレートの頂部表面および底部表面がいずれも拘束されていない状態においてのみ正しく制御されるため、倍率誤差補正およびひずみ誤差補正は、真空を使用してテンプレートの頂部表面を拘束する前に完了していなければならない。実施形態の中には、図５１に示すテンプレート・ホルダ・システムが、テンプレート５１０２の下側の領域の一部に対して硬化剤を妨害することになる機械設計を有している実施形態もあるが、これは、テンプレート５１０２の下側の液体の一部が硬化しないため、望ましいことではない。この液体はテンプレートにへばり付き、それ以降のテンプレートの使用に弊害をもたらすことになる。テンプレート・ホルダに関わるこの問題は、テンプレート・ホルダに１組のミラーを組み込み、テンプレート５１０２の一方のエッジの下側の領域に導かれた硬化剤が彎曲して、テンプレート５１０２のもう一方のエッジの下側の被妨害部分を硬化させるような方法で、被妨害硬化剤を分流させることによって回避することができる。
【０１０６】
一実施形態では、基板とテンプレートの間の最小ギャップが、センシング技法を使用することができる範囲内になるようにテンプレートを設計することによって、高分解能ギャップ・センシングが達成されている。測定中のギャップは、実際のパターン化表面のギャップとは無関係に維持されるため、ギャップの制御を、センシング技法の有効レンジ内で実施することができる。例えば、ギャップを解析するために、スペクトル反射率解析技法を約１５０ｎｍないし２０ミクロンの有効センシング・レンジで使用する場合、テンプレートは、テンプレート中に約１５０ｎｍ以上の深さでパターン化されたフィーチャを有していなければならない。これにより、センスすべき最小ギャップを確実に１５０ｎｍより大きくすることができる。
【０１０７】
テンプレートを基板に向けて下げていく間に、基板とテンプレートの間のギャップから液体が追い出される。基板とテンプレートの間のギャップは、粘性力が印加圧縮力との平衡条件に近づく実用下限に接近する。これは、テンプレートの表面と基板が極めて接近した場合に生じる。例えば、このレジームは、半径１ｃｍのテンプレートに、１４ｋＰａの圧力を１秒間加えた場合、１ｃＰの液体に対して約１００ｎｍのギャップ高さになる。その結果、一様かつ平行なギャップが維持されれば、ギャップはセルフリミッチングである。また、追い出される（または吸収される）液体の量を明確に予測することができる。吸収される液体の量は、流体力学および表面現象の慎重な計算に基づいて予測することができる。
【０１０８】
プロダクション・スケールの転写をパターン化する場合、基板に対するテンプレートの傾斜およびギャップを制御することが望ましい。配向およびギャップの制御を達成するためには、レチクル製造技法を使用して製造されたテンプレートは、ｉ）単一波長干渉法、ｉｉ）多重波長干渉法、ｉｉｉ）楕円偏光法、ｉｖ）キャパシタンス・センサ、またはｖ）圧力センサなどのギャップ・センシング技法と組み合せて使用される。
【０１０９】
一実施形態では、テンプレートと基板の間のギャップを正確に測定する方法は、基板の薄膜の厚さを計算するために使用されている。本明細書においては、広帯域分光計から得られる反射データの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）に基づく技法の説明を開示する。この技法を使用して、テンプレートと基板の間のギャップおよび薄膜の厚さを測定することができる。多層薄膜の場合、この技法により、各薄膜の平均厚さおよび厚さの変化が提供される。また、一方の表面を介した少なくとも３ヶ所の異なるポイントにおける測定により、例えば転写リソグラフィ・プロセスの場合のテンプレートと基板など、近接した２つの表面の間の平均ギャップ情報および配向情報を得ることができる。
【０１１０】
一実施形態では、ギャップ測定プロセスは、広帯域干渉法と高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の組合せをベースにしている。この業界におけるいくつかの応用では、広帯域干渉法のための様々な曲線適合技法を利用して、単層の膜厚が測定されているが、このような技法では、特に転写リソグラフィ・プロセスのための多層薄膜の場合、実時間のギャップ測定を提供することができないとされている。このような問題を解決するために、先ず、反射率が１／λ_ｈｉｇｈと１／λ_ｌｏｗの間の波数領域でディジタル化される。次に、ディジタル化されたデータがＦＦＴアルゴリズムを使用して処理される。この新規な手法により、ＦＦＴ信号のピークが明確に生成される。このピークは、測定されたギャップに正確に対応している。２層の場合は、ＦＦＴ信号によって、各層の厚さに直線比例する２つの明確なピークが生成される。
【０１１１】
光学薄膜の場合、反射率における振動は、次の式で与えられる、単一光学薄膜の反射率で示されるように、波長（λ）ではなく波数（ｗ）において周期的である。
【数１】

上の式で、ρ_{ｉ、ｉ＋１}は、ｉ−１界面とｉ界面の境界面における反射率係数、ｎは屈折率、ｄは測定する薄膜（図５２の材料２）の厚さ、αは薄膜（図５２の材料２）の吸収係数である。ここではｗ＝１／λである。
【０１１２】
この特性により、フーリエ解析は、ｗによって表される関数Ｒの周期を決定するための有用な技法である。単一薄層の場合、明確に画定される単一ピーク（ｐ_１）が、Ｒ（ｗ）のフーリエ変換が得られた場合の結果であることに留意されたい。膜厚（ｄ）は、このピークの位置の関数であり、次の式で与えられる。
ｄ＝ｐ_１／（Δｗ×２ｎ） （８）
上式で、Δｗ＝ｗ_ｆ−ｗ_ｓ、ｗ_ｆ＝１／λ_ｍｉｎおよびｗ_ｓ＝１／λ_ｍａｘである。
【０１１３】
ＦＦＴは、離散信号である周波数が計算的に有効な方法で計算される、確立された技法である。したがってこの技法は、現場解析および実時間応用に有用である。図３４は、反射率信号のＦＦＴプロセスを介した膜厚またはギャップ測定のプロセス・フローの一実施形態を示したものである。異なる反射率を有する多層薄膜の場合、ＦＦＴプロセスにおけるピークの位置は、各膜厚の一次結合に対応している。例えば２層薄膜の場合、ＦＦＴ解析において２つの異なるピーク位置がもたらされる。図３５は、２つのピーク位置に基づいて２つの薄膜の厚さを正確に測定する方法を示したものである。
【０１１４】
本明細書に示す実施形態により、反射率データの振動が測定波数範囲内の完全な１周期未満を含んでいる場合であっても、ギャップまたは薄膜の厚さを測定することができる。このような場合、ＦＦＴは不正確なピーク位置をもたらすことになる。このような問題を解決し、かつ、測定可能膜厚の下限を広げるための新規な方法を本明細書において開示する。振動周期を計算するためのＦＦＴアルゴリズムを使用する代わりに、ｗ_ｓとｗ_ｆの反射率の局部最小点（ｗ_１）または局部最大点（ｗ_２）を見出すアルゴリズムを使用して、ｗ_１およびｗ_２における周期情報ｄＲ／ｄｗ＝０が計算される。式７の反射率Ｒ（ｗ）は、ｗ＝０においてその最大を有している。また、典型的な分光計の波数範囲（Δｗ）は、ｗ_ｓより大きくなっている。波数範囲が２００ｎｍ〜８００ｎｍの分光計の場合、Δｗ＝３／８００であり、ｗ_ｓ＝１／８００である。したがって０とｗ_ｓの間の反射率データの振動長は、Δｗより短くなっている。図３６に示すように、ｗ＝０がＲ（ｗ）の最大点であると仮定すると、Δｗの範囲内に最小位置があるケースと最大位置があるケースの２つのケースが存在する。したがって膜厚は次のように計算される。
・ケース１ ＷＷ０：局部最小がｗ_１に存在する場合。したがってｗ_１＝周期振動の半分、故にｄ＝０．５／（ｗ_１×２ｎ）
・ケース２ ＷＷ１：局部最大がｗ_２に存在する場合。したがってｗ_２＝周期振動の１周期、故にｄ＝１／（ｗ_２×２ｎ）
【０１１５】
測定ツールの実用的な構成には、広帯域光源、光ファイバを備えた分光計、データ収集基板および処理コンピュータが含まれている。いくつかの既存の信号処理技法により、ＦＦＴデータの感度が改善されている。例えば、これに限らないが、フィルタリング、拡大、データ・ポイント数の増加、異なる波長レンジ等を始めとする技法を、本明細書において開示するギャップまたは膜厚測定方法と共に利用することができる。
【０１１６】
本明細書において開示する実施形態には、２つの平面（例えばテンプレートと基板）の間の高精度ギャップ測定および配向測定方法が含まれている。ここで示すギャップ測定および配向測定方法には、広帯域干渉法および縞ベース干渉法が使用されている。すべて参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、Ｌｅｄｇｅｒらに発行された米国特許第５，５１５，１６７号、Ｃｈａｌｍｅｒｓに発行された米国特許第６，２０４，９２２号、Ｂｕｅｒｍａｎｎらに発行された米国特許第６，１２８，０８５号、およびＬｉらに発行された米国特許第６，０９１，４８５号に、インターフェロメトリを使用したギャップ・センシング方法およびシステムが開示されている。一実施形態では、本明細書において開示する、広帯域干渉法を使用した方法により、広帯域干渉計の欠点、すなわち広帯域信号の平均波長の約１／４より狭いギャップを正確に測定することができない、という欠点を解決している。干渉縞ベース干渉法は、設置直後のテンプレートの配向誤差をセンスするために使用されている。
【０１１７】
転写リソグラフィ・プロセスを実行して、単層および多層デバイスを製造することができる。ミクロン・サイズの光学ミラー、高分解能光フィルタ、ライト・ガイドなどの単層デバイスは、基板上に特定の幾何学形状の材料薄層を形成することによって製造される。このようなデバイスの中には、転写される層の厚さが広帯域信号の平均波長の約１／４より薄く、かつ、能動領域全体に渡って一様なデバイスもある。広帯域干渉計の欠点は、広帯域信号の平均波長の約１／４より狭いギャップ（例えば約１８０ｎｍ）を正確に測定することができないことである。一実施形態では、テンプレートの表面に、正確に測定することができるマイクロメートル・サイズの段がエッチングされている。段は、図３７に示すように、測定を実施する部分に、連続した線３７０１の形態で、あるいは隔離された複数のドット３７０２の形態でエッチングされる。テンプレート上の有効能動面積を最大化する観点からすれば、隔離ドット３７０２が好ましい。パターン化されるテンプレート表面が、基板からわずか数ナノメートル程度であっても、広帯域干渉計を使用して、最小ギャップ測定問題に煩わされることなく、ギャップを正確に測定することができる。
【０１１８】
図３８は、ここで説明するギャップ測定の略図を示したものである。プローブ３８０１は、図３９に示すような傾斜構成の場合にも使用することができる。４つ以上のプローブを使用する場合、冗長情報を使用することによってギャップ測定精度を改善することができる。分かり易くするために、３つのプローブを使用するものとして説明を確実にする。段のサイズｈ_ｓＡＣ２は、説明を分かり易くするために拡大されている。パターン化された領域の平均ギャップｈ_ｐは、
ｈ_ｐ＝［（ｈ_１＋ｈ_２＋ｈ_３）／３］−ｈ_ｓ （９）
で与えられる。プローブの位置が分かれば（（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）、ただしｘ軸およびｙ軸は基板表面上）、基板に対するテンプレートの相対配向を、ｘ−ｙ軸が基板の頂部表面上に位置しているフレームに対するテンプレート表面に垂直をなす単位ベクトル（ｎ）で表すことができる。
ｎ＝ｒ／‖ｒ‖ （１０）
上式で、ｒ＝［（ｘ_３、ｙ_３、ｈ_３）−（ｘ_１、ｙ_１、ｈ_１）］×［（ｘ_２、ｙ_２、ｈ_２）−（ｘ_１、ｙ_１、ｈ_１）］である。ｎ＝（００１）^Ｔまたはｈ_１＝ｈ_２＝ｈ_３のとき、２つの平面の間の完全な配向アライメントが達成される。
【０１１９】
測定されたギャップおよび配向は、転写アクチュエータへのフィードバック情報として使用される。測定広帯域干渉ビームのサイズは、約７５μｍ程度の大きさである。実用的な転写リソグラフィ・プロセスの場合、クリア領域にはいかなるパターンもエッチングすることができないため、ギャップを測定するためにのみ使用されるクリア領域を最小化することが望ましい。また、測定ツールが存在することによる硬化剤に対する妨害を最小にしなければならない。
【０１２０】
図４０は、基板上の多層材料の略図を示したもので、例えば基板４００１は、層４００２、４００３、および基板４００１とテンプレート４００４の間に液体４００５を有している。これらの材料層を使用して、基板表面上に一層毎に垂直に多重パターンが転写される。光ビーム４００６を使用してギャップ測定が実行されるクリア領域における各層の厚さは一様になっている。多層薄膜が存在している中での、広帯域干渉法を使用した頂部層の厚さの正確な測定が示されている。下部薄膜層の光学特性および厚さが正確に分かると、頂部層の厚さを測定することによって、テンプレートと基板表面（あるいは多層デバイスの場合、金属デポジット表面）の間のギャップ情報および配向情報を得ることができる。各層の厚さは、同じセンシング測定プローブを使用して測定される。
【０１２１】
新しいテンプレートを設置した場合、あるいは機械コンポーネントを再構成した場合は、配向測定および対応する較正を実施しなければならない。テンプレート４１０２と基板４１０３の間の配向誤差は、図４１に示すような、テンプレートと基板の境界における干渉縞パターンを介して測定される。オプティカル・フラットが２つの場合、干渉縞パターンは、平行な暗い帯と明るい帯４１０１として現われる。配向較正は、本明細書において開示する予備較正ステージを使用して実施される。差動マイクロメータを使用して、基板表面に対するテンプレートの相対配向が調整される。干渉縞帯が出現しない場合は、この手法を使用して、配向誤差が、使用されている光源の波長の１／４未満になるように補正される。
【０１２２】
図４２Ａおよび４２Ｂを参照すると、それぞれ第１のたわみ部材１２６および第２のたわみ部材１２８の実施形態がより詳細に示されている。詳細には、第１のたわみ部材１２６は、対応する剛体１６４、１６６に結合された複数のたわみ継手１６０を備えている。たわみ継手１６０および剛体１６４、１６６は、フレーム１７０から延びたアーム１７２および１７４の一部を形成している。たわみフレーム１７０は開口１８２を有している。開口１８２は、サポート１３０に保持された場合に、硬化剤（例えばＵＶ光）を透過させ、テンプレート１５０に到達させる。いくつかの実施形態は、４つのたわみ継手１６０が、たわみ部材１２６の第１の配向軸１８０の周りの運動を提供している。第１のたわみ部材１２６のフレーム１７０は、図４３に示すように、第２のたわみ部材１２８との結合のための結合メカニズムを設けている。
【０１２３】
同様に、第２のたわみ部材１２８も、フレーム２０６から延びた一対のアーム２０２および２０４を備えている。アーム２０２および２０４は、たわみ継手１６２および対応する剛体２０８、２１０を備えている。剛体２０８および２１０は、たわみ部材１２８の第２の配向軸２００の周りの運動をもたらす。テンプレート・サポート１３０は、第２のたわみ部材１２８のフレーム２０６に統合される。フレーム１８２と同様、フレーム２０６も、硬化剤を透過させ、サポート１３０に保持されるテンプレート１５０に到達させる開口２１２を有している。
【０１２４】
動作に関しては、図４３に示すように、第１のたわみ部材１２６および第２のたわみ部材１２８が結合され、配向ステージ２５０を形成している。第１のたわみ部材１２６と第２のたわみ部材１２８の結合を容易にするためのブレース２２０および２２２が、第１の配向軸１８０および第２の配向軸２００が互いに実質的に直交するように設けられている。このような構造により、第１の配向軸１８０と第２の配向軸２００が、ほぼテンプレート基板境界２５４のピボット・ポイント２５２で交差することになる。第１の配向軸１８０と第２の配向軸２００が直交し、かつ、境界２５４上に位置していることにより、微細アライメントおよびギャップ制御を行うことができる。詳細には、この構造により、層対層オーバレイ・アライメントからの配向アライメントのデカップリング（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ）が達成される。さらに、以下で説明するように、第１の配向軸１８０と第２の配向軸２００の相対位置が、テンプレート１５０と基板を、所望のフィーチャのせん断を生じることなく分離させるために使用される配向ステージ２５０を提供している。したがってテンプレート１５０から転写されるフィーチャは、完全な状態で基板上に維持される。
【０１２５】
図４２Ａ、４２Ｂおよび４３を参照すると、たわみ継手１６０および１６２はノッチ形状になっており、剛体１６４、１６６、２０８および２１０のノッチの最も薄い断面に沿って位置付けされたピボット軸の周りの運動を提供している。この構成は、デカップリング従順性運動軸１８０および２００を有する精細デカップリングされた配向ステージ２５０に、２つのたわみベース・サブシステムとなっている。たわみ部材１２６および１２８は、テンプレート１５０の運動がピボット・ポイント２５２の周りに生じ、それにより転写されたフィーチャを基板からせん断する「揺れ」およびその他の運動が実質的に除去されるよう、適合する表面を介して組み合わされている。したがって配向ステージ２５０は、テンプレート１５０をピボット・ポイント２５２の周りに正確に移動させ、それにより基板からの所望のフィーチャのせん断を、後続する転写リソグラフィから除去している。
【０１２６】
図４４を参照すると、システム１００が動作している間、Ｚ並進ステージ（図示せず）が、配向アライメントを提供することなく、テンプレート１５０と基板の間の間隔を制御している。予備較正ステージ２６０は、テンプレート１５０と基板表面の間の予備アライメント操作を実行し、相対アライメントを配向ステージ２５０の運動範囲限界内にもたらしている。特定の実施形態では、予備較正は、新しいテンプレートが機械に設置されたときに一度だけ必要である。
【０１２７】
図４５を参照すると、配向ステージ２５０などの精細デカップリング配向ステージの動作原理を理解するために役に立つたわみモデルが、一括して３００で示されている。たわみモデル３００は、４バー・リンケージ・システムを公称構成および回転構成を提供する継手１、２、３および４の４つの平行継手を備えている。線３１０は、継手１および２を通過している。線３１２は、継手３および４を通過している。角度α_１およびα_２は、従順性アライメント軸（すなわち配向軸）が、実質的にテンプレート−ウェハ境界２５４上に位置するように選択されている。精細配向が変化すると、継手２と３の間の剛体３１４が、ポイントＣで表されている軸の周りに回転する。剛体３１４は、たわみ部材１２６および１２８の剛体１７０および２０６を代表している。
【０１２８】
第２のたわみコンポーネントを第１のたわみコンポーネントに直角に取り付けることにより（図４３に示すように）、互いに直交し、かつ、テンプレートと基板の境界２５４上に位置する２つのデカップリング配向軸を有するデバイスが提供される。たわみコンポーネントは、硬化剤（例えばＵＶ光）にテンプレート１５０を通過させるための開口を有する。
【０１２９】
配向ステージ２５０は、テンプレート１５０を基板に対して精密にアライメントさせ、かつ、正確に運動させることができる。配向を調整することにより、境界における横方向運動を完全に無視することができ、かつ、境界表面に対して垂直の周りの、選択的に拘束される高構造剛性によるねじり運動を完全に無視することができる。たわみ継手１６０、１６２を備えたたわみ部材１２６、１２８のもう１つの利点は、それらが、摩擦継手が生成するような粒子を生成しないことである。転写リソグラフィ・プロセスの場合、粒子は特に有害であるため、転写リソグラフィ・プロセスを成功させるためには、このことは重要な要素である。
【０１３０】
精密なギャップ制御を必要とするため、本明細書に示す実施形態には、テンプレートと基板の間の５００ｎｍ程度以下の微小ギャップを測定することができるギャップ・センシング方法を利用する必要がある。このようなギャップ・センシング方法には、約５０ナノメートル以下の分解能が必要である。このようなギャップ・センシングが完全に実時間で提供される。ギャップ・センシングが実時間で提供されるため、ギャップ・センシングを使用して、アクチュエータを能動制御するためのフィードバック信号を生成することができる。
【０１３１】
一実施形態では、能動的な従順性を有するたわみ部材が設けられている。例えば図４６は、圧電アクチュエータを備えたたわみ部材を一括して４００で示したものである。たわみ部材４００は、第２のたわみ部材と組み合わされ、能動配向ステージを形成している。たわみ部材４００は、テンプレートと基板の境界における横方向運動のない純傾斜運動を生成している。このようなたわみ部材を使用することにより、単一オーバレイ・アライメント・ステップで、半導体ウェハ全体に層を転写することができる。これは、配向運動と横方向運動の間の結合運動を有するオーバレイ・アライメントとは対照的である。このようなオーバレイ・アライメント・ステップは、Ｘ−Ｙアライメントが乱され、そのために、適切なアライメントを保証するための複雑なフィールド対フィールド・オーバレイ制御ループを必要としている。
【０１３２】
一実施形態では、たわみ部材２５０は、側への運動すなわち回転が望ましくない方向では大きい剛性を有し、また、必要な配向運動が望ましい方向では剛性が小さくなっている。このような実施形態は選択従順性デバイスを提供している。つまり、たわみ部材２５０は、テンプレートと基板の間の適切な配向運動を達成する一方で、比較的大きい負荷を支えている。
【０１３３】
転写リソグラフィの場合、２つのほぼ平らな表面（すなわちテンプレートと基板）の間のギャップを一様に維持することが望ましい。テンプレート１５０は、確実に底の部分を実質的に平らにするために、オプティカル・フラット・ガラスでできており、電子ビーム・リソグラフィを使用してパターン化されている。一方、基板（例えば半導体ウェハ）は「ポテト・チップ」効果を示し、基板トポグラフィにミクロン・スケールの変化をもたらしている。真空チャック４７８（図４７に示すような）は、転写中に生じ得る基板表面全体の変化を防止している。
【０１３４】
真空チャック４７８は、２つの主要な目的を果たしている。第１は、転写中、基板を所定の位置に保持し、かつ、転写プロセスの間、確実に基板を平らに維持することである。第２に、転写プロセスの間、基板の裏面に絶対に粒子が存在しないようにすることである。裏面に粒子が存在すると、デバイスを破壊し、生産歩留まりを低下させる平坦性の問題が生じるため、このことは転写リソグラフィにとっては特に重要である。図４８Ａおよび４８Ｂは、上記の目的に適う、２つの実施形態による真空チャックの変形形態を示したものである。
【０１３５】
図４８Ａは、多数のピン４５２を有するピン型真空チャック４５０を示したものである。真空チャック４５０は、「ポテト・チップ」効果および処理中における基板のその他の偏向を防止するとされている。真空通路４５４は、基板に真空を印加し、それにより基板を所定の位置に維持するための手段として設けられている。ピン４５２とピン４５２の間の間隔は、真空通路４５４を介して印加される力によって基板が実質的に湾曲しないように維持されており、また、ピン４５２の先端は、ピンの先端に粒子が付着する機会を少なくするために、十分に細くなっている。
【０１３６】
図４８Ｂは、表面全体に複数の溝４６２を備えた溝型真空チャック４６０を示したものである。溝４６２は、ピン型真空チャック４５０のピン４５４と同様の機能を実行している。図に示すように、溝４６２の形状は、壁形４６４あるいは滑らかな湾曲断面４６６のいずれかである。溝型真空チャック４６２の溝４６２の断面は、エッチング・プロセスを通して調整することができる。また、各溝の形状およびサイズは、数百ミクロン程度の大きさである。溝４６２の各々への真空流は、チャック表面に対して平行に走っている複数の溝を横切っている微小真空通路を通して供給される。微小真空通路は、エッチング・プロセスを通して溝と共に形成されている。
【０１３７】
図４７は、ピン型真空チャック４５０および溝型真空チャック４６０の製造プロセスを示したものである。オプティカル・フラット４７０を使用することにより、このプロセスに研削および／または研磨工程を追加する必要はない。真空流孔４７２は、オプティカル・フラット４７０上の決定済み位置をせん孔することによって生成されている。次に、オプティカル・フラットの上部表面に所望のフィーチャ（例えばピンまたは溝）を生成するために、エッチング４７６に先立って、オプティカル・フラット４７０にマスクおよびパターンが施される４７４。次に、よく知られている方法を使用して、オプティカル・フラット４７０の表面が処理される４７９。
【０１３８】
上で考察したように、テンプレート１５０と転写された層の分離は、転写リソグラフィ・プロセスにおける非常に重要な最終ステップである。テンプレート１５０と基板は、ほぼ完全に平行であるため、テンプレート、転写された層および基板のアセンブリは、近オプティカル・フラット間に実質的に一様な接触をもたらしている。このようなシステムの場合、一般的に大きな分離力が必要である。たわみテンプレートまたはたわみ基板の場合、分離は単なる「ピーリング・プロセス」に過ぎないが、高分解能オーバレイ・アライメントの観点からすれば、たわみテンプレートまたはたわみ基板は望ましくない。水晶テンプレートおよびシリコン基板の場合、このピーリング・プロセスの実行は容易ではないが、テンプレートと転写された層の分離は、「ピール・プル」プロセスによって首尾良く実行することができる。図４９Ａ、４９Ｂおよび４９Ｃは、第１のピール・プル・プロセスを示したものである。図５０Ａ、５０Ｂおよび５０Ｃは、第２のピール・プル・プロセスを示したものである。テンプレートと転写された層を分離するプロセスには、第１および第２のピール・プル・プロセスの組合せも含まれている。
【０１３９】
分かり易くするために、図１Ａおよび１Ｂに従って参照数表示１２、１８、２０および４０を使用して、それぞれテンプレート、転写層、基板および硬化性物質が参照されている。物質４０が硬化したあと、テンプレート１２または基板２０のいずれかが傾斜させられ、テンプレート１２と基板２０の間に角度５００が故意に誘導される。配向ステージ２５０はこの目的のために使用される。基板２０は、真空チャック４７８によって所定の位置に保持されている。テンプレート１２と基板２０の間の相対横方向運動は、傾斜軸がテンプレートと基板の境界に近接して位置付けされている場合、傾斜運動の間は重要ではない。テンプレート１２と基板２０の間の角度５００が十分に大きくなると、Ｚ軸運動（すなわち垂直運動）のみを使用して、テンプレート１２と基板２０が分離される。このピール・プル方法により、望ましくないせん断を生じることなく、所望のフィーチャ４４が転写層１８および基板２０上に完全な状態で残される。
【０１４０】
図５０Ａ、５０Ｂおよび５０Ｃは、第２のピール・プル方法を示したものである。第２のピール・プル方法では、テンプレートに隣接して１つまたは複数の圧電アクチュエータ５０２が設置されている。１つまたは複数の圧電アクチュエータ５０２を使用して、テンプレート１２と基板２０の間に相対傾斜が誘導される（図５０Ａ）。圧電アクチュエータ５０２の一端は基板２０と接触している。したがってアクチュエータ５０２が大きくなると（図５０Ｂ）、テンプレート１２が基板２０から押し出され、テンプレート１２と基板２０の間に角度が誘導される。次にテンプレート１２と基板２０の間のＺ軸運動（図５０Ｃ）を使用して、テンプレート１２と基板２０が分離される。アクチュエータ５０２の一端は、転写された層のアクチュエータ表面への粘着を防止するために、テンプレート１２の下部表面の処理と同様に表面処理されている。
【０１４１】
要約すると、本明細書に示した実施形態は、転写リソグラフィを高温または高圧の使用を必要とすることなく成功させるためのシステム、プロセスおよび関連デバイスを開示している。特定の実施形態では、テンプレートとそのテンプレートから所望のフィーチャを転写する基板との間のギャップの正確な制御が達成されている。また、所望のフィーチャを破壊することなく、あるいはせん断を生じることなく、テンプレートと基板（および転写された層）を分離することができる。また、本明細書における実施形態は、転写リソグラフィの間、基板を所定の位置に保持する方法を、適切な真空チャックの形で開示している。さらに、実施形態は、転写リソグラフィ・システムでの使用に適した高精度Ｘ−Ｙ並進ステージを備えている。また、適切な転写リソグラフィ・テンプレートを形成し、処理する方法を備えている。
【０１４２】
以上、様々な実例実施形態を参照して本発明を説明したが、以上の説明は、本発明を限定する意味で解釈してはならない。説明を参照すれば、当分野の技術者には、実例実施形態に対する様々な改変、組合せ、および本発明の他の実施形態が明らかであろう。したがって特許請求の範囲の各請求項は、このような改変または実施形態のすべてを包含しているものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】
テンプレートと基板の間のギャップを示す横断面図である。
【図２Ａ】
転写リソグラフィ・プロセスを示す横断面図である。
【図２Ｂ】
転写リソグラフィ・プロセスを示す横断面図である。
【図２Ｃ】
転写リソグラフィ・プロセスを示す横断面図である。
【図２Ｄ】
転写リソグラフィ・プロセスを示す横断面図である。
【図２Ｅ】
転写リソグラフィ・プロセスを示す横断面図である。
【図３】
転写リソグラフィ・プロセスのシーケンス・ステップを示すプロセス流れ図である。
【図４】
パターン化されたテンプレートの底面図である。
【図５】
基板上に位置決めされたテンプレートを示す横断面図である。
【図６】
複数の深さを有するテンプレートを製造するプロセスを示す横断面図である。
【図７】
転写リソグラフィ・テンプレートを形成するためのプロセスを示す横断面図である。
【図８】
パターン化されたテンプレートの横断面図である。
【図９】
パターン化された代替テンプレート設計を示す横断面図である。
【図１０】
硬化液を基板に塗布するためのプロセスを示す上面図である。
【図１１】
転写リソグラフィック・プロセス中に液体をディスペンスするための装置を示す略図である。
【図１２】
転写リソグラフィック・プロセスに使用される望ましくない液体ディスペンス・パターンを示す図である。
【図１３】
ギャップが封止された後に気泡がトラップされることのない複数の滴を含んだ液体パターンを示す図である。
【図１４】
転写リソグラフィック・プロセス中に液体をディスペンスするための代替装置を示す略図である。
【図１５】
複数の実質的に平行な線を含んだ液体パターンを示す図である。
【図１６】
基板サポート・システムの投影図である。
【図１７】
代替基板サポート・システムの投影図である。
【図１８】
たわみジョイントによって接続され、かつ、Ｘ方向に移行するブロックに結合された３リンク・チェーンの略図である。
【図１９】
たわみジョイントによって接続され、かつ、Ｘ方向に移行するブロックに結合された代替３リンク・チェーンの略図である。
【図２０】
磁気線形サーボ・モータの投影図である。
【図２１】
多重転写の全体処理を示すプロセス流れ図である。
【図２２】
多重転写のフィールド対フィールド・アライメント処理を示すプロセス流れ図である。
【図２３】
基板に対するテンプレートの複数の回転軸を示す投影図である。
【図２４】
テンプレートと基板上に位置決めされた測定デバイスを示す図である。
【図２５】
テンプレートと基板上に位置決めされた光学アライメント測定デバイスを示す略図である。
【図２６】
アライメント・マークを使用して、基板に対するテンプレートのアライメントを測定するためのスキームを示す図である。
【図２７】
偏光フィルタを使用したアライメント・マークを使用して、基板に対するテンプレートのアライメントを測定するためのスキームを示す図である。
【図２８】
容量テンプレート配置測定デバイスを示す略図である。
【図２９】
レーザ干渉計ベースのテンプレート位置測定デバイスを示す略図である。
【図３０】
テンプレートと基板の間のギャップを使用して、ギャップが部分的に液体で充填されている場合のアライメントを測定するためのスキームを示す図である。
【図３１】
複数のエッチングされた線を含んだアライメント・マークを示す図である。
【図３２】
配向ステージの投影図である。
【図３３】
配向ステージの分解図である。
【図３４】
ギャップ測定技法のプロセス・フローを示す図である。
【図３５】
２つの材料の間のギャップを測定するための技法を示す横断面図である。
【図３６】
ギャップの局部最小および局部最大の測定を示すグラフである。
【図３７】
ギャップ測定凹所を備えたテンプレートを示す図である。
【図３８】
テンプレートと分光計の間のギャップを測定するための分光計の使用を示す略図である。
【図３９】
プローブを使用した、テンプレートと基板の間のギャップの探測を示す略図である。
【図４０】
予め存在しているトポグラフィを含む転写リソグラフィック・プロセスを示す横断面図である。
【図４１】
テンプレートと基板の間のくさびの存在を決定するように、テンプレートを照明するためのプロセスを示す略図である。
【図４２】
複数のたわみ部材を示す投影図である。
【図４３】
使用するために組み立てられた第１および第２のたわみ部材を示す図である。
【図４４】
配向ステージの底面の投影図である。
【図４５】
テンプレートを保持するたわみアームを示す略図である。
【図４６】
１対のたわみアームおよび関連する精密アクチュエータを示す横断面図である。
【図４７】
真空チャックを形成するためのスキームを示す図である。
【図４８】
基板を保持するための真空チャックを示す様々な図である。
【図４９】
硬化後における基板からのテンプレートの除去スキームを示す図である。
【図５０】
硬化後における基板からのテンプレートの代替除去スキームを示す図である。
【図５１】
テンプレート・サポート・システムを示す略図である。
【図５２】
テンプレートと基板の間のギャップを示す側面図である。

Claims (9)

1. 第１の表面を備えたボディと、
   第１の表面上の複数の凹所であって、凹所の少なくとも一部のフィーチャのサイズが約２５０ｎｍ未満である複数の凹所と、
   ボディ上の少なくとも１つのアライメント・マークと
   を備えた、活性化光に対して実質的に透明な転写リソグラフィ・テンプレート。
2. 請求項１に記載の転写リソグラフィ・テンプレートを使用して形成されたデバイス。
3. 第１の表面を備えたボディと、
   第１の表面上の複数の凹所であって、凹所の少なくとも一部のフィーチャのサイズが約２５０ｎｍ未満である複数の凹所と、
   第１の表面または第２の表面に既知の深さの凹所を備えた少なくとも１つのギャップ・センシング領域と
   を備えた、活性化光に対して実質的に透明な転写リソグラフィ・テンプレート。
4. 請求項３に記載の転写リソグラフィ・テンプレートを使用して形成されたデバイス。
5. 活性化光に対して実質的に透明な材料を得るステップと、
   少なくとも一部のフィーチャのサイズが約２５０ｎｍ未満である複数の凹所を材料の第１の表面に形成するステップと、
   材料に少なくとも１つのアライメント・マークを形成するステップと
   を含む、転写リソグラフィ・テンプレートを形成する方法。
6. 請求項５に記載の方法によって形成された転写リソグラフィ・テンプレート。
7. 第１の表面を備えたボディと、
   第１の表面上の複数の凹所であって、複数の凹所の少なくとも一部がパターンを形成し、かつ、サイズが約２５０ｎｍ未満の少なくともいくつかのフィーチャを備えた複数の凹所と、
   ボディ上の少なくとも１つのアライメント・マークとを備えた、活性化光に対して実質的に透明なパターン化されたテンプレートを使用して、基板上にパターンを形成する方法であって、
   基板の一部に活性化光硬化液を塗布するステップと、
   パターン化されたテンプレートと基板の間にギャップが生成されるよう、パターン化されたテンプレートと基板を互いに間隔を隔てて位置決めするステップと、
   テンプレートを通して活性化光硬化液に活性化光を照射するステップであって、活性化光を照射することにより、活性化光硬化液が実質的に硬化し、パターン化されたテンプレートのパターンが、硬化した活性化光硬化液中に形成されるステップと、
   パターン化されたテンプレートを硬化した活性化光硬化液から分離するステップとを含む方法。
8. 請求項７に記載の方法によって製造されたデバイス。
9. 転写リソグラフィ・テンプレートを受け入れるべく構成された開口を備えたボディと、
   ボディに結合された、活性化光に対して実質的に透明な支持プレートと、
   使用中、転写リソグラフィ・テンプレートの物理寸法を修正するようにボディに結合された少なくとも１つの圧電アクチュエータとを備えた、転写リソグラフィ・テンプレートを保持するためのデバイス。

Images