JP2005527974A - 界誘導圧力インプリント・リソグラフィの方法および装置 - Google Patents

Abstract

インプリント・リソグラフィの改善された方法は電界または磁界からの流体誘導圧力を使用して成形可能表面を有する基板に型を圧着することを含む。本質的に、本方法は成形可能表面を有する基板を設ける工程と、成形表面を有する型を設ける工程と、電界または磁界によって成形表面および成形可能表面を一緒に圧着して成形表面を成形可能表面にインプリントする工程とを含む。成形表面は有利にはナノスケール範囲または間隔の複数の突出したフィーチャを備えるが、成形表面は平坦化などのために滑らかな平坦表面とすることができる。この改善された方法は機械的圧力なしに、また型と基板との間の領域の密封なしに実施することができる。

Description

本発明はインプリント・リソグラフィに関し、詳細には、電界または磁界を使用して成形表面を成形可能表面にインプリントするインプリント・リソグラフィに関する。本方法は増加した面積にわたって解像度および一様性の向上したナノインプリント・リソグラフィを提供するために特に有用である。

本出願は２００２年５月２４日にＳｔｅｐｈｅｎ ＣｈｏｕおよびＷｅｉ Ｚｈａｎｇによって出願された、「Ｆｉｅｌｄ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」という名称の米国仮特許出願第６０／３８２９６１号の特典を主張するものである。

本出願は、１９９８年６月３０日にＳｔｅｐｈｅｎ Ｃｈｏｕによって出願された米国特許出願第０９／１０７００６号（現在２００１年１０月３０日に発行された米国特許第６３０９５８０号）の優先権を主張し、１９９５年１１月１５日にＳｔｅｐｈｅｎ Ｃｈｏｕによって出願された米国出願第０８／５５８８０９号（現在１９９８年６月３０日に発行された米国特許第５７７２９０５号）の優先権を主張する、２００１年１０月２９日にＳｔｅｐｈｅｎ Ｃｈｏｕによって出願された米国出願第１０／０４６５９４号の継続出願である、２００２年９月１６日にＳｔｅｐｈｅｎ Ｃｈｏｕによって出願された、「Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｗｉｔｈ Ｎａｎｏｓｃａｌｅ Ｆｅａｔｕｒｅｓ」という名称の米国特許出願第１０／２４４２７６号の一部継続出願である。上記の関連出願の全ては参照により本明細書に組み込まれる。

本件はまた２０００年７月１８日にＳｔｅｐｈｅｎ Ｃｈｏｕによって出願された「Ｆｌｕｉｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」という名称の米国特許出願第０９／６１８１７４号（現在米国特許第６４８２７４２号）の分割出願である２００２年５月７日にＳｔｅｐｈｅｎ Ｃｈｏｕによって出願された、「Ｆｌｕｉｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」という名称の米国特許出願第１０／１４０１４０号の一部継続出願である。

フォトリソグラフィは半導体集積回路および多くの光、磁気および精密機械装置の製造における重要な方法である。リソグラフィは、後続の工程で、基板または基板上に加えられる他の材料にパターンを再生することができるように、基板上に坦持される薄膜にパターンをつくる。従来のリソグラフィは一般に、レジストの薄膜を基板に加えること、レジストを所望の放射パターンに露出すること、および物理的パターンをつくり出すために露出した膜を現像することを含む。この手法では、解像度が放射の波長によって制限され、機器はフィーチャ・サイズが小さくなるにつれて次第に高価になる。

基本的に異なる原理に基づくインプリント・リソグラフィは高解像度、高スループット、低コストおよび大面積適用範囲の可能性を与える。インプリント・リソグラフィでは、マイクロスケールまたはナノスケール・フィーチャを有する型を薄膜に圧着し、型のフィーチャに応じて膜の形状を変形し、膜にレリーフ・パターンを形成する。型を取り外した後、薄膜を処理して減少した厚さ部分を除去することができる。この取外しはさらなる処理のために下にある基板を露出する。インプリント・リソグラフィの詳細は１９９８年６月３０日に発行された、「Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」という名称の出願人の米国特許第５７７２９０５号に記載されている。第５７７２９０５号特許は参照により本明細書に組み込まれる。

型を薄膜に圧着する通常の方法は高精度機械プレスのそれぞれの剛性板上に型および基板を配置する工程を含む。そのような装置では、この方法は、１２平方インチ程度の領域上で高度の一様性をもつサブ２５ｎｍフィーチャを生成することができる。一様性のより大きい領域はスループットを増加するために、またディスプレイなどの多くの適用例に大いに有利であろう。
米国仮特許出願第６０／３８２９６１号 米国特許出願第０９／１０７００６号（米国特許第６３０９５８０号） 米国出願第０８／５５８８０９号（米国特許第５７７２９０５号） 米国出願第１０／０４６５９４号 米国特許出願第１０／２４４２７６号 米国特許出願第０９／６１８１７４号（米国特許第６４８２７４２号） 米国特許出願第１０／１４０１４０号

型を薄膜に圧着するための高精度機械的プレスの使用は大きい領域上で小さいパターンを複製する際に公差問題を提示する。プレスは開口を通るガイド・シャフト上を移動し、シャフトとそのそれぞれの開口との間の間隔は複製すべきフィーチャと比較して大きくすることができる。そのような間隔は基板と型との間での望ましくない相対的な並進および回転シフトを許容する。さらに、最も慎重な構造にもかかわらず、リソグラフィで使用される型および基板は完全には平坦でない。これらの型および基板がプレスの剛性板上に配置されたとき、大きい領域上での平坦性からの変位が、成形圧力およびインプリント深さの変動を生じることがある。したがって、機械的プレスの制限を回避するインプリント・リソグラフィ方法を提供することが望ましい。

型を薄膜に圧着する代替方法は２００２年１１月１９日に発行された「Ｆｌｕｉｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」という名称の出願人の米国特許第６４８２７４２号に記載されている流体圧力インプリント・リソグラフィ技法である。この方法では、成形表面を膜に隣接して配置し、成形表面と膜表面との界面を密封し、加圧流体を使用して成形表面を膜に圧着する。圧力が静水圧なので、並進および回転シフトは最小であり、機械的プレスを使用してインプリントできるものよりも大きい領域上でより小さいフィーチャを高い一様性でインプリントすることができる。

流体圧力インプリント法はナノインプリント・リソグラフィを劇的に改善した。商用製造のためのさらなる改善は成形表面と膜表面との界面を密封する必要性なしに同等の結果を提供することができる方法であろう。

インプリント・リソグラフィの改善された方法は、電界または磁界からの界誘導圧力を使用して、成形可能表面を有する基板に型を圧着することを含む。本質的に、本方法は、成形可能表面を有する基板を設ける工程と、成形表面を有する型を設ける工程と、電界または磁界によって成形表面および成形可能表面を一緒に圧着して成形表面を成形可能表面にインプリントする工程とを含む。成形表面は有利にはナノスケールの範囲または間隔の複数の突出したフィーチャを備えるが、成形表面は平坦化などのために滑らかな平坦表面とすることができる。この改善された方法は機械的プレスなしに、かつ型と基板との間の領域の密封なしに実施することができる。

本発明の利点、性質および様々な追加の特徴は次に添付の図面に関連して詳細に説明する例示的な実施形態を検討するとより十分に明らかになろう。

これらの図面は本発明の概念を例示するためのものであり、縮尺が一定でないことを理解すべきである。

図面を参照すると、図１は界誘導圧力を使用したインプリント・リソグラフィの改善された方法の概略的な流れ図である。ブロックＡに示す最初の工程は、複数の突出したフィーチャなどの成形表面を有する型および１つまたは複数の成形可能な薄膜などの成形可能材料の表面を有する基板を設けることである。突出したフィーチャは好ましくはマイクロメートル・スケール・フィーチャ、より有利にはナノスケール・フィーチャである。本方法は、型表面が少なくとも２つの離隔した突出したフィーチャを有する場合に大いに有利である。成形可能材料は型表面から突出したフィーチャのインプリントを保持するかまたは保持するために硬化することができるものである。

ブロックＢに示す次の工程は、型を成形可能表面に隣接して配置することである。成形可能表面が以前に形成されたパターンを既に含む薄膜である場合、型のパターンは以前のパターンと慎重に整合すべきである。これは当技術分野でよく知られている整合技法によって行うことができる。

第３の工程（ブロックＣ）は、型を界誘導圧力によって成形可能表面に圧着することである。これを行う１つの方法は、アセンブリを導電性層間に配置し、層間に電界を印加することである。他の手法は、アセンブリを磁性材料の層間に配置し、層を一緒にさせる磁界を印加することである。界誘導圧力の利点は生じた力が型を成形可能表面に一様に押し付けることである。せん断または回転構成要素は微小である。さらに型および／または基板は剛性ではなく可とう性なので、回避不可能な平坦からの変位にかかわらず型と成形可能表面との間の一致が達成される。その結果、膜の増加した領域上での成形解像度、整合および一様性のレベルが向上する。

ブロックＤに示す次の工程は、必要な場合、型のインプリントを保持するように成形可能表面を硬化させ、次いで型を取り外すことである。硬化させる方法は成形可能表面の材料による。いくつかの材料は硬化なしにインプリントを維持する。熱可塑性材料は成形前にそれらを予め加熱し、インプリント後にそれらを冷却させることによって硬化させることができる。たとえば、ＰＭＭＡは成形前に１２０℃まで加熱することによって適切に軟化させ、インプリント後に冷却によって硬化させることができる。熱硬化性材料はインプリント中に熱を加えることによって硬化させることができる。したがってヒータおよび／または被加熱加圧流体の使用でそのような軟化または硬化を実施することができる。放射硬化性材料はインプリント中にＵＶ放射の印加によって硬化させることができる。シリコンはインプリント工程を受容するためにＵＶレーザ放射によって軟化させ、周囲温度まで冷却することによって硬化させることができる。

ブロックＥに示す第５の工程はいくつかの適用例では任意である。これは成形された表面の凹部から汚染物（有る場合）および余分の材料を除去することである。成形された表面は一般に隆起したフィーチャおよび凹部を有する。多くのリソグラフィ動作では、下にある基板がさらなる処理のために露出されるように材料を凹部からなくすことが望ましい。これは反応性イオン・エッチングを使用して簡便に行うことができる。

いくつかの適用例では、インプリントされた構造自体は構築すべき装置の一部である。他の適用例では、生じた構造は基板に向って延びる凹部のパターンをもつレジストで覆われた半導体基板である。そのような構造は当技術分野でよく知られている様々な方法でさらに処理することができる。たとえば、成形された膜は基板の露出した領域の表面層を除去するため、基板の露出した領域をドーピングするため、または露出した領域上に材料を成長または堆積させるためのマスクとして使用することができる。

図２は図１の方法を実施するための第１の例示的な装置９を概略的に示す。装置９は、成形表面１２を有する型１０および成形可能表面２２を有する基板２０を備える。型および基板は成形表面１２が成形可能表面２２に隣接した状態で配置される。型１０は成形表面１２を有する本体を備える。表面１２は成形可能表面２２へのインプリント工程のための所望の形状を有する複数の突出したフィーチャ１３を含むことができる。成形表面１２は電子ビーム・リソグラフィなどの知られている技法によってナノスケール寸法の突出したフィーチャ１３にパターン化することができる。突出したフィーチャ１３の突出範囲は一般に０．１ｎｍから２００μｍの範囲内である。突出したフィーチャ間の一般的な間隔は２００ナノメートル以下である。有利には、型１０は、成形表面と成形可能表面との間の界面に対して遠位の導電性または充電可能材料の層を備える多層構造である。本明細書で使用している層という用語は概して支持された層、プレートまたは複合層を包含するものとする。

基板２０は一般に固体基板であり、成形可能表面２２は一般に、柔軟かまたは加圧するために柔軟にすることができる、圧力でインプリントされる変形またはパターンを保持することができるポリマー、モノマー、オリゴマーまたはその組合せの薄膜である。成形可能表面２２は、熱に応答して軟化するポリカーボネートやポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの熱可塑性ポリマーとすることができる。あるいは、成形可能表面２２は、硬化処理で硬化する硬化性シリコンなどのモノマー液とすることができる。さらにまた代替で、成形可能表面２２は、ＵＶレーザ・パルスによって液化させることができる固体シリコンとすることができる。ポリマー薄膜は一般に噴霧またはスピニングによって基板に適用される。有利には、膜は型表面に接着しない。必要な場合、そのような接着を防ぐために型表面を剥離剤で覆うことができる。有利には、基板は成形表面と成形可能表面との界面に対して遠位の導電性または充電可能材料の層またはプレート２３を備える多層構造である。

型と基板との間の圧力は型と基板との間の電気力または磁気力によって生成することができる。電気力によって生成される圧力の場合は、型と基板との間に引き付け電界を確立することができる。あるいは、反発界を使用して型および基板を一緒に駆動することができる。磁気力によって生成される圧力の場合は、型と基板との間の引き付け磁気力は引き付け圧力を与えることができ、または反発外部磁気力は型および基板を一緒に駆動することができる。

使用時、界は成形表面を成形可能表面に押し進める。界が電界である図２の実施形態では、このインプリントは層１４および２３を電圧源３０の反対の極性の端子に接続することによって行うことができる。源３０からの電圧はＡＣ、ＤＣ、パルス、またはそのような電圧の組合せとすることができる。

層１４および２３との電気接続は基板２０を導電性に、型１０を導電性になるように選択することによって容易にすることができる。あるいは、基板２０を介して層２３に、型１０を介して層１４に至る導電性貫通穴（図示せず）が接続を与えることができる。図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃは基板導電性層２３との電気接続を容易にする基板構造を示す。図３Ａでは、導電性バイア３０を介して基板２０の下部から電気接触をさせることができる。図３Ｂでは、基板２０の横方向周辺部の一部分の周りの導電性材料の周辺層３１を被覆またはメッキすることによって下部からまたは横方向縁部から電気接触をさせることができる。層３２が基板の下部に延びないことを除いて同様の周辺導電性層３２を図３Ｃに示す。さらにまた代替で、光、熱またはＲＦ放射の使用によって基板をインプリントするための電界を適宜異なる材料間につくり出すことができる。

いくつかの適用例では、成形可能表面を軟化または硬化させるために使用することができる放射に対して少なくとも部分的に透過性の材料の（導電性層を含む）型１０または基板２０を製作することが有利なことがある。

他の適用例では、導電性層１４、２３の一方を省略すること、および外部電極と残りの層との間に引き付け界または反発界を使用して成形表面および成形可能表面を一緒にさせることが望ましいことがある。

図４は電界を使用して成形表面を成形可能表面に圧着するための代替装置を示す。図４の装置は層１４および２３を電圧源に直接接続するのではなく、型１０と基板２０とのアセンブリが、ＡＣ電圧源４２に接続されている電極４０および４１間に配置されていることを除いて図２の装置と同様である。ＡＣ源の周波数は層１４および２３間に所望の誘導電圧を発生させるよう調整することができる。

図５は図１の方法を実施するための代替装置を示す。図５の装置は導電性層の代わりに、磁性層１４Ａ、２３Ａが型と基板との界面に対して遠位に配置され、磁界を使用して型表面を成形可能表面にインプリントすることを除いて図２の装置と同様である。磁性層は磁化可能材料、永久磁石または電磁石とすることができる。たとえば、層１４Ａ、２３Ａはらせんまたは渦巻きコイルを備えることができる。コイルに供給される電流源５０Ａ、５０Ｂからの電流は成形表面を成形可能表面に圧着するための引き付け磁界を生成することができる。電流源とそのそれぞれのコイルとの間の接続は基板および型の導電性バイア（図示せず）を通る接続によって容易にすることができる。改変された形態では、層１４Ａおよび２３Ａは互いに引き付け合う磁性材料とすることができ、電流源は省略することができる。他の変形では、型は電磁石を備え、基板は磁化可能または永久磁石材料の層を備えることができ、その逆も可能である。本質的に、必要なものは磁性層、および磁性層と相互作用して成形表面および成形可能表面を一緒に圧着する磁界発生器である。

図６Ａおよび図６Ｂは図２〜図５の実施形態で有用な異なる多層型構造を示す。図６Ａでは、導電性または磁性層１４は成形表面１２と成形可能表面（図示せず）との間の界面に対して遠位に直接配置されている。図６Ｂでは、導電性または磁性層１４は型側で界面に対してまだ遠位にあるが、介在層６０がある。

さらに、直接流体圧力または機械的圧力などのインプリント圧力を同時に、順次に、または選択的に適用することを含めて、これらの力の適用におけるすべての可能な順列でこれらの力を与える他の方法とともに界誘導インプリントを使用することができることが企図される。

図７は本明細書で説明した方法に適合可能な追加の工程を概略的に示す。精密機械的プレスまたは加圧流体プレスは、特に成形表面が成形可能層と係合した後で補助使用とすることができる。赤外や紫外などの放射を使用して成形可能表面材料を加熱、軟化または硬化させることができる。層１４、２３は導電性または磁性とすることができ、プレス界はＤＣ、ＡＣまたはそれらの組合せとすることができる。

上記の実施形態は本発明の適用例を表すことができる多くの実施形態のほんのいくつかを示すものであることを理解すべきである。当業者なら多数の様々な他の構成を本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに行うことができる。

インプリント・リソグラフィの改善された方法における工程の概略的な流れ図である。 電界を使用した図１の方法を実施するための装置を示す図である。 基板導電性層との電気接触を容易にするための様々な基板構造を示す図である。 直接電気接触なしに図１の方法を実施するための代替装置を示す図である。 磁界を使用して図１の方法を実施するための装置を示す図である。 図２、図４および図５の装置に有用な例示的な多層型構造を示す図である。 図１の方法がどのくらい様々な他の処理工程に適合可能かを概略的に示す図である。

Claims (24)

1. 成形可能表面を処理する方法であって、
   前記成形可能表面を有する基板を設ける工程と、
   成形表面を有する型を設ける工程と、
   電界または磁界誘導圧力によって前記成形表面および前記成形可能表面を一緒に圧着して前記成形表面を前記成形可能表面にインプリントする工程と、
   前記成形可能表面から前記型を引き抜く工程と
   を含む方法。
2. 前記成形可能表面が、前記基板上に配置された１つまたは複数の成形可能層を備える請求項１に記載の方法。
3. 前記インプリントする工程が前記成形可能層に減少した厚さの領域をつくり、さらに
   前記基板の領域を選択的に露出するために前記成形可能層の材料を前記減少した厚さの領域から除去する工程と、
   前記露出した領域で前記基板を選択的にさらに処理する工程と
   を含む請求項２に記載の方法。
4. 前記さらに処理する工程が、前記基板を不純物でドーピングし、前記基板から前記材料を除去し、または前記基板上に材料を追加する工程を含む請求項３に記載の方法。
5. 圧着後に前記成形可能表面を硬化させる工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
6. 前記基板または前記型または両方が加圧下で一緒に合致するように十分可とう性である請求項１に記載の方法。
7. 前記成形可能層の厚さが０．１ｎｍから２００μｍの範囲内である請求項２に記載の方法。
8. 基板上に成形可能表面をインプリントするための装置であって、
   成形可能表面を有する型と、
   前記型の前記成形表面に隣接して配置された成形可能表面を有する基板と、
   前記成形可能表面と前記成形表面との界面に対して遠位の、前記界面の前記型側に配置された第１の充電可能または導電性層と、
   前記成形可能表面と前記成形表面との界面に対して遠位の、前記界面の前記成形可能表面側に配置された第２の充電可能または導電性層と、
   前記成形表面および前記成形可能表面を一緒に圧着するために前記第１の層と前記第２の層との間に電界を形成するための手段と
   を備える装置。
9. 前記第１の層および前記第２の層の少なくとも一方が導電性であり、前記電界を形成するための手段が電圧源を備える請求項８に記載の装置。
10. 前記第１の層および前記第２の層が導電性材料を備える請求項９に記載の装置。
11. 前記電圧源がＤＣ電圧源を備える請求項９に記載の装置。
12. 前記電圧源がＡＣ電圧源を備える請求項９に記載の装置。
13. 前記電圧源がパルス電圧源を備える請求項９に記載の装置。
14. 前記電圧源がＤＣ、ＡＣおよびパルス電圧の組合せを与えることができる請求項９に記載の装置。
15. 前記型が導電性層を含む請求項９に記載の装置。
16. 前記電圧源が前記導電性材料の層間に接続されている請求項１０に記載の装置。
17. 前記型および前記基板が少なくとも２つの外部電極間に配置されており、前記電界を形成するための手段が、前記外部電極間に電圧を印加するための電圧源を備える請求項９に記載の装置。
18. 前記電圧源がＡＣまたはパルス電圧源である請求項１７に記載の装置。
19. 基板上に成形可能表面をインプリントするための装置であって、
    成形表面を有する型と、
    前記成形表面に隣接して配置された成形可能表面を有する基板と、
    前記成形可能表面と前記成形表面との界面に対して遠位に配置された磁性層と、
    前記成形表面および前記成形可能表面を一緒に圧着するために前記第１の磁性層と相互作用する磁界を生成するための磁界発生器と
    を備える装置。
20. 前記磁性層が導電性コイルまたは渦巻きを備える請求項１９に記載の装置。
21. 前記磁界発生器が導電性コイルまたは渦巻きを備える請求項１９に記載の装置。
22. 前記磁性層が磁性材料の層を備える請求項１９に記載の装置。
23. 前記磁性層が磁化可能材料の層を備える請求項１９に記載の装置。
24. インプリント圧力を機械的に、または直接流体圧力として加える工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
    

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