JP2006253677A - インプリント・リソグラフィ - Google Patents

Abstract

【課題】インプリント・リソグラフィにおいて、高い分解能を有し、安価に構成でき、処理時間が速く生産性を高めることのできるリソグラフィ装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明による方法は、基板表面のターゲット箇所の上を流動可能な状態のインプリント可能な媒体を、テンプレートのインプリント・パターンにおけるパターン密度が異なる領域に対応する量が異なる領域へ再分配し、流動可能な状態である間に媒体をテンプレートと接触させて媒体にインプリント・パターンを形成し、媒体を実質的に流動不能な状態に変化させるように媒体を調節し、そして実質的に流動不能な状態となった媒体からテンプレートを引離す。媒体がテンプレートと接触される直前に、適当に設計された再分配用押型をその媒体に押圧して媒体を再分配するようになされる。
【選択図】図５

Description

本発明はインプリント・リソグラフィに関する。

リソグラフィ装置は、基板のターゲット箇所に所望パターンを付与する機械である。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（ＩＣ）、フラット・パネル表示装置、および微細構造を有する他のデバイスの製造に従来から使用されている。

リソグラフィ・パターンの造作（フィーチャー）寸法が小さければ所定の基板面積における造作密度を非常に大きくすることができるので、ソグラフィ・パターンの造作寸法を縮小することが望まれる。リソグラフィにおいては、高分解能は波長の短い放射光を使用することで達成できる。しかしながら、そのような縮小に関連した問題がある。現在のシステムは１９３ｎｍの波長の光源を採用し始めているが、このレベルでさえも回折限界が障害となる。これよりも短い波長では、材料透過性が悪い。高分解能の可能な光学的リソグラフィ装置は複雑な光学系および希少物質を必要とし、したがって高価となる。

１００ｎｍ未満の造作をプリントするインプリント・リソグラフィとして知られている代替例は、物理的な型やテンプレートを使用してインプリント可能な媒体にパターンをインプリントすることでパターンを基板に転写することを含む。インプリント可能な媒体は基板か、基板の表面に被覆された物質とされる。このインプリント可能な媒体は、下側に位置する表面に対してパターンを伝えるために機能的とされるか、「マスク」として使用される。例えば、インプリント可能な媒体は半導体材料のような基盤上に付着させたレジストとして備えられ、テンプレートにより定められたパターンがそのレジストに転写される。したがって、インプリント・リソグラフィは基本的にはマイクロメートルまたはナノメートル規模のモールド成形処理であり、テンプレートの構造的特徴が基板に形成されるパターンを定める。パターンは光学的リソグラフィ処理と同様に層状に形成され、したがって基本的にインプリント・リソグラフィはＩＣ製造のような応用例に使用できる。

インプリント・リソグラフィの分解能はテンプレートの製造処理の分解能によってのみ制限される。例えば、インプリント・リソグラフィは、従来の光学的リソグラフィ処理で達成できるよりも大幅に改良された分解能およびライン・エッジ粗さにて、５０ｎｍ未満の範囲の造作の製造に使用できる。さらにインプリント処理は、高価な光学系、進歩した照射光源、および光学的リソグラフィ処理において典型的に要求される特殊なレジスト物質を必要としない。

インプリント・リソグラフィの或る応用例において、インプリント可能な媒体は計量された粒滴として、またはスピン被覆処理によって基板に均質に付与され、その後テンプレートはインプリント可能な媒体に押圧される。テンプレートのパターン形成面上の造作によってインプリント可能媒体が追いやられることでインプリント・パターンが形成される。したがって、パターンをインプリントする時間は、追いやられるインプリント可能な媒体の量だけではなく、インプリント可能な媒体が追いやられる、すなわち移動される距離にも影響される。典型的なインプリント方法において、インプリント可能な媒体は基板表面に沿ってかなりの距離を移動されるので、全インプリント時間は長くなる。

本発明の一つの概念によれば、基板表面のターゲット箇所の上を流動可能な状態にあるインプリント可能な媒体を、テンプレートのインプリント・パターンにおけるパターン密度が異なる領域に対応する量が異なる領域へ再分配すること、
流動可能な状態である間に媒体をテンプレートと接触させて媒体にインプリント・パターンを形成すること、
媒体を実質的に流動不能な状態に変化させるように媒体を調節すること、および
実質的に流動不能な状態である間に媒体からテンプレートを引離すことを含む方法であって、
インプリント可能な媒体がテンプレートと接触される直前に、適当に設計された再分配用押型をその媒体に押圧することで媒体が再分配されるというインプリント方法が提供される。したがって、テンプレートを使用するパターン形成の準備としてインプリント可能な媒体を再分配するために第二の押型が使用される。

多くの応用例でそうであるようにインプリント・パターンの間隔が変化する場合、インプリント可能な媒体の厚さは、その間隔の変化を考慮するために局部的に変化されることが望ましい。このことは従来のインプリント可能な媒体の付与方法を使用して達成することはできないので、本発明の第一の概念による方法は基板表面を覆うインプリント可能な媒体を、テンプレートで定められるパターン密度が異なる領域に対応する量が異なる領域へ分配する方法を提供する。したがって、インプリント可能な媒体がテンプレートでインプリントとされるときに、より少ない量のインプリント可能な媒体がより短い距離を移動されることになり、インプリント時間を短縮することが可能となる。

一実施例において、インプリント可能な媒体の量は基板の表面のターゲット箇所上に流動可能な状態で与えられる。

一実施例において、再分配用押型は、テンプレートとインプリント可能な媒体との間の接触力よりも大きな力でインプリント可能な媒体に押圧される。再分配用押型が媒体に押圧される力は、同様な種類のインプリント可能な媒体を使用する従来のインプリント・リソグラフィ処理において媒体にテンプレートを押圧する力と同じかそれより大きくされる。インプリント可能な媒体を再分配する結果、パターンをインプリント可能な媒体にインプリントするのに必要とされる接触力は、同様なインプリント可能な媒体を使用する従来の処理で要求される力と等しいかそれより小さくできる。

一実施例において、再分配用押型は、基板表面に実質的に直角な方向にてインプリント可能な媒体に対して押圧される。

一実施例において、再分配用押型の領域のパターン密度はインプリント・パターンの領域のパターン密度と同じであり、したがってインプリントに備えてインプリント可能媒体の高度な再分配を保証する助けとなる。

一実施例において、インプリント可能な媒体をテンプレートと接触させ、基板表面に実質的に平行な方向にターゲット箇所を横断してテンプレートを移動させることでインプリント可能な媒体が再分配される。この実施例は、媒体にインプリントする前に媒体の表面を横断してテンプレートを引くことにより、基板表面を横断して媒体を塗布するようにテンプレートを使用するものと考えることができる。基板表面に平行にインプリント可能な媒体を再分配するためにテンプレートを使用する以外に、或る応用例においては、それらの目的を浸漬式リソグラフィに使用される液体供給構造に使用することが適当とされることも予想される。

本発明の他の概念によれば、
基板表面の第一のターゲット箇所の上に第一の量の流動可能状態のインプリント可能な媒体を与えること、
流動可能な状態にある間に媒体を、その媒体にインプリント・パターンを形成するためにパターン密度が異なる領域を有するインプリント・パターンを形成しているテンプレートに接触させること、
媒体を実質的に流動不能な状態に変化させるように媒体を調節すること、
実質的に流動不能な状態にある媒体からテンプレートを引離すこと
基板表面の第二のターゲット箇所に隣接して第二の量の流動可能な状態のインプリント可能な媒体を与えること、および
テンプレートが第二の量のインプリント可能な媒体に接触してそれを基板表面の第二のターゲット箇所の上に再分配するようにテンプレートを第二のターゲット箇所へ移動させることを含むインプリント方法が提供される。

本発明のこの概念は、インプリント可能な媒体をインプリントするだけではなく、インプリント前に基板表面の上に媒体を再分配することにもテンプレートを使用する。これはインプリント時の移動される媒体の量を減少させ、また媒体が移動される距離を短かくさせることができ、したがってインプリント時間を短縮することになる。

本発明の他の概念によれば、
流動可能な状態にある或る量のインプリント可能媒体を基板表面のターゲット箇所上に有する基板を保持するようになされた基盤ホルダーと、
パターン密度の異なる領域を有するインプリント・パターンを定めるテンプレートを保持し、また媒体が流動可能な状態にある間にテンプレートでパターンを媒体にインプリントし、媒体が流動不能な状態にある間にテンプレートを媒体から引離すようになされたテンプレート保持具と、
テンプレートで媒体にインプリントする前に、ターゲット箇所を覆う量の媒体をインプリント・パターンのパターン密度が異なる領域に対応した量の異なる領域へ再分配するように作動可能な再分配装置と、
媒体を流動可能な状態から実質的な流動不能な状態に変化させるように媒体を調節するようになされた調節装置とを含むインプリント装置が提供される。

一実施例において、再分配装置は再分配用押型を含む。一実施例において、再分配装置は、基板表面に実質的に直角な方向に再分配用押型をインプリント可能な媒体に対して押圧させるように作動可能である。一実施例において、パターン形成のためにできるだけ遠くにインプリント可能な媒体を再分配するために、再分配用押型の領域のパターン密度はインプリント・パターンの領域のパターン密度に対応する。一実施例において、再分配装置はテンプレートを含む。一実施例において、再分配装置はテンプレートをインプリント可能な媒体に接触させ、ターゲット箇所を横断して基板表面に実質的に平行な方向にテンプレートを移動させるように作動可能である。

本発明の他の概念によれば、
第一および第二の量の流動可能な状態にあるインプリント可能な媒体を基板表面のそれぞれ隣接する第一および第二のターゲット箇所に付与するようになされた投与装置と、
パターン密度の異なる領域を有するインプリント・パターンを定めたテンプレートを保持し、第一の量のインプリント可能な媒体が流動可能な状態にある間にテンプレートでその第一の量にパターンをインプリントし、第一の量が実質的に流動不能な状態である間にテンプレートをその第一の量から引離し、また第一の量のインプリントが行われた後、テンプレートが第二の量のインプリント可能な媒体に接触してそれを基盤表面の第二のターゲット箇所の上に再分配するようにテンプレートを第二のターゲット箇所へ移動させるようにするテンプレート保持具と、
流動可能な状態から流動不能な状態に第一および第二の量の媒体を変化させるためにそれらの媒体を調節するようになされた調節装置とを含むインプリント装置が提供される。

本発明の他の概念によれば、
流動可能な状態にある或る量のインプリント可能媒体を基板表面のターゲット箇所上に有する基板を保持するようになされた基盤ホルダーと、
パターン密度の異なる領域を有するインプリント・パターンを定めているテンプレートを保持し、媒体が流動可能な状態にある間にテンプレートでその第一の量にパターンをインプリントし、媒体が実質的に流動不能な状態にある間にテンプレートを媒体から引離すようになされるテンプレート保持具と、
インプリント可能な媒体をテンプレートの下側に塗布するようになされた塗布装置と、
媒体を流動可能な状態から実質的に流動不能な状態に変化させるために媒体を調節するようになされた調節装置とを含むインプリント装置が提供される。

本発明の上述した概念の全てに関して、いずれかの望ましいインプリント可能な媒体、例えばＵＶ硬化性樹脂、熱可塑性ポリマー、および熱硬化性ポリマーが使用できる。当業者は使用されるインプリント可能な媒体の特性に基づいてそれを流動可能な状態から実質的に流動不能な状態へ変化させる適当な条件を容易に決定することができるであろう。

本発明の実施例が以下に単なる例を挙げて添付の概略図面を参照して説明される。図面では、同じ符号は同じ部分を示している。

一般に高温インプリント・リソグラフィおよびＵＶインプリント・リソグラフィと称されるインプリント・リソグラフィには２つの基本的なアプローチがある。ソフト・リソグラフィとして知られた第三の形式の「プリンティング」リソグラフィもある。それらの例が図１ａ〜図１ｃに示されている。

図１ａはソフト・リソグラフィ処理を模式的に示しており、この処理は柔軟なテンプレート１０（典型的にはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で作られる）から基盤１２および平坦化転写層１２’上に支持されたレジスト層１３への微粒子１１（典型的にはチオールのようなインク）の層の転写を伴う。テンプレート１０は表面上に造作パターンを有しており、この微粒子層は造作の上に配置される。テンプレートがレジスト層に押圧されるときに、微粒子１１の層はレジストに付着される。テンプレートがレジストから取外されると、微粒子１１の層はレジストに付着して残り、そのレジストの残存層がエッチングで処理されて、転写微粒子層で覆われていないレジスト面積部分は基板の表面まで除去される。

ソフト・リソグラフィに使用されるテンプレートは容易に変形され、したがって高分解能、例えばナノメートル規模の応用例には適当でない。何故なら、テンプレートの変形はインプリント・パターンに悪影響を及ぼすからである。さらに、同じ領域が複数回重ね合わされる複層構造を形成するとき、ソフト・インプリント・リソグラフィはナノメートル規模での重なり精度を与えることはできない。

高温インプリント・リソグラフィ（すなわち、ホット・エンボス処理）はナノメートル規模で使用される場合にはナノインプリント・リソグラフィ（ＮＩＬ）としても知られている。この方法は、例えば、摩耗および変形に対して一層強いシリコンまたはニッケルで形成された硬いテンプレートを使用する。これは、例えば米国特許第６４８２７４２号に記載され、図１ｂに示されている。典型的な高温インプリント方法では、基板表面上に型枠形成された熱硬化性または熱可塑性のポリマー樹脂１５に対して固形テンプレート１４がインプリントされる。この樹脂は、例えばスピン被覆されて、基板表面上に、さらに典型的には（図示実施例におけるように）平坦化および転写用の層１２’上に焼付けられる。「硬い（ハード）」という用語はインプリント・テンプレートを説明する場合には、一般に「硬い（ハード）」材料と「軟らかい（ソフト）」材料との中間、例えば「硬い（ハード）」ゴムのような材料であると理解しなければならない。インプリント・テンプレートとして使用する特別な材料が適当であるかどうかは適用例の条件によって決定される。

熱硬化性ポリマー樹脂が使用される場合、その樹脂はテンプレートとの接触によって、そのテンプレートに形成されているパターン造作の中に流入できるほど十分に流動可能となる温度にまで加熱される。その後、樹脂温度は熱硬化（例えば、クロスリンク）するまで高められて硬化され、不可逆的に所望のパターンとなされる。テンプレートはその後に取外され、パターン形成された樹脂は冷却される。

高温インプリント・リソグラフィ処理に使用される熱可塑性ポリマー樹脂の例はポリ（メチル・メタクリレート）、ポリスチレン、ポリ（ベンジル・メタクリレート）またはポリ（シクロヘキシル・メタクリレート）である。熱可塑性樹脂は、テンプレートでインプリントされる直前に自由流動状態となるように加熱される。熱可塑性樹脂をそのガラス転移温度よりもかなり高い温度にまで加熱することが典型的に必要である。テンプレートは流動可能な状態の樹脂に対して押圧され、その樹脂がテンプレートに形成されている全パターン造作内へ流入することを保証できる十分大きな圧力が加えられる。その後、樹脂は不可逆的に所望パターンを形成するのに適当な、ガラス転移温度より低い温度にまで冷却される。パターンは残存樹脂層によるレリーフ造作で構成されることになり、その樹脂層はその後に適当なエッチング処理によって除去されてパターン造作のみ残すようになされる。

凝固した樹脂からテンプレートを取外すことにより、図２ａ〜図２ｃに示されるように二段階のエッチング処理が典型的に遂行される。図２ａに示されるように基板２０はその直ぐ上に平坦化および転写用の層２１を有する。この平坦化転写層の目的は二つある。この層は、本明細書に記載されるように、テンプレートと樹脂との間の接触が平行となることを保証する助けとなるようにテンプレートの表面と実質的に平行な表面を形成するように、またプリント済み造作のアスペクト比を改良するように作用する。

テンプレートが取外された後、所望のパターンに形成されて凝固した樹脂の残存層２２が平坦化転写層２１の上に残される。一回目のエッチングは等分的（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ）に行われ、残存層２２の部分を除去する結果、図２ｂに示されるようにＬ１を造作２３の高さとして小さなアスペクト比の造作２３が形成される。二回目のエッチングは非等分的（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ）（または選択的）に行われ、アスペクト比を改善する。この非等分的なエッチングは凝固した樹脂で覆われていない平坦化転写層２１の部分を除去し、図２ｃに示されるように造作２３のアスペクト比を（Ｌ２／Ｄ）まで増大させる。こうして形成されてエッチング後に基板上に残存するポリマーの厚さの差異は、例えばインプリント済みポリマーが十分な抵抗力を有するならば、例えば増高（リフトオフ）処理の一段階として、例えばドライ・エッチング用のマスクとして使用できる。

高温リソグラフィは、パターン転写を高温で行わなければならないのみならず、テンプレートの取外し前に樹脂の適当な凝固が行われることを保証するために比較的大きな温度差が要求されるという欠点がある。３５〜１００゜Ｃの温度差が必要となる。例えば基板とテンプレートとの間の熱膨張差は、転写済みパターンに変形をもたらしかねない。これは、インプリント可能な材料の粘性のためにインプリント段階で要求される比較的高い圧力によってさらに悪い状態となり、基板の機械的変形をもたらして、再び述べるがパターンを変形させることになりかねない。

一方、ＵＶインプリント・リソグラフィは、そのような高温および温度変化を伴わないだけでなく、そのような粘性のインプリント可能な材料を必要としない。むしろＵＶインプリント・リソグラフィは、部分的または完全な透明テンプレートおよびＵＶ硬化性液体、典型的にはアクリレートやメタクリレートのようなモノマーの使用を伴う。一般に、いずれの光重合可能な材料、例えばモノマーおよびイニシエータ（開始剤）の混合剤を使用できる。硬化性液体はまた、例えば、ジメチル・シロキサン誘導体を含む。このような材料は高温インプリント・リソグラフィに使用される熱硬化性および熱可塑性の樹脂よりも粘性が小さく、したがってテンプレートのパターン造作を充満するのに非常に速く移動する。低温および低圧での作業はより高い生産能力をあげるために好都合である。

ＵＶインプリント処理の一例が図１ｃに示されている。石英製テンプレート１６が図１ｂの方法と同様にしてＵＶ硬化性樹脂１７に与えられる。熱硬化性樹脂を使用する高温エンボス処理におけるように温度を高める代わりに、または熱可塑性樹脂を使用する場合の温度サイクルを行う代わりに、重合および硬化させるために石英製テンプレートを通してＵＶ照射が樹脂に与えられる。テンプレートを取外すことで、レジスト残存層をエッチングする残りの段階は上述した高温エンボス処理と同じまたは同等に行われる。典型的に使用されるＵＶ硬化性樹脂は、典型的な熱可塑性樹脂よりも粘性が格段に小さく、したがって低いインプリント圧力を使用することができる。圧力が低いことによる物理的変形の軽減は、高温および温度変化による変形の軽減とともに、ＵＶインプリント・リソグラフィを高度な重ね合わせ精度の要求される応用例に対して適当な方法となす。さらに、ＵＶインプリント・テンプレートの透明性はインプリント処理と同時に光学的整合技術を採り入れることができる。

この形式のインプリント・リソグラフィは主としてＵＶ硬化性材料を使用し、したがって一般にＵＶインプリント・リソグラフィと称されているが、適当に選択された材料を硬化させる（例えば、重合またはクロスリンクの反応を活性化させる）ために他の波長の放射光も使用できる。一般に、適当なインプリント可能な材料を使用できるならば、このような化学反応を開始させることのできるいずれの放射光も使用できる。これに替わる「活性化放射光」は、例えば可視光、赤外線、Ｘ線および電子ビーム放射光を含む。本明細書の一般的な説明において、ＵＶインプリント・リソグラフィおよびＵＶ放射光の使用に関する参照は、これらおよびその他の活性化放射光の可能性を排除することを意図するものではない。

基板表面と実質的に平行に保持される平坦なテンプレートを使用するインプリント・システムの一つの代替例として、ローラー・インプリント・システムが開発された。高温およびＵＶ用のローラー・インプリント・システムが共に提供された。それにおいてテンプレートはローラー上に形成されるが、それ以外のインプリント処理は平坦なテンプレートを使用するインプリント処理と非常に似ている。特に要求されない限りインプリント・テンプレートの参照にはローラー・テンプレートの参照が含まれる。

例えばＩＣ製造において従来から使用されている光学的ステッパに似た方法で、少ない段階で基板にパターンを形成するために使用されるステップ・アンド・フラッシュ・インプリント・リソグラフィ（ＳＦＩＬ）として知られたＵＶインプリント技術が特別に開発された。これは、テンプレートをＵＶ硬化性樹脂にインプリントし、テンプレートの下側の樹脂を硬化させるためにテンプレートを通してＵＶ放射光を「フラッシング」照射し、テンプレートを取外し、基板の隣接部分へ段階的に移動し、そして前述の作動を繰返すことによって一度に基板の小さな複数の面積部分をプリントすることを含む。この段階でのフィールド寸法が小さいことおよび反復処理がパターン変形およびＣＤ変化を軽減させる助けとなり、したがってＳＦＩＬは高度な重ね合わせ精度を必要とするＩＣおよび他のデバイスの製造に特に適当な方法となる。

基本的にＵＶ硬化性樹脂は例えばスピン被覆によって基板の全表面に付与できるが、これはＵＶ硬化性樹脂が揮発性であるために問題となる。

この問題に対処する一つの方法は、いわゆる「ドロップ・オン・デマンド」処理である。これにおいては、樹脂はテンプレートによるインプリントの直前に液滴状態で基板のターゲット箇所に付与される。所定量の液体が基板の特定のターゲット箇所に付与されるように、この液体付与は制御される。この液体はさまざまなパターンにて付与され、液体量の注意深い制御とパターン配置との組合せがパターン形成をターゲット箇所に制限するために使用できる。

説明したような要求に応じた樹脂の付与は小さな問題などではない。液滴の寸法および間隔が注意深く制御されて、テンプレートの造作を充満するために十分な量の樹脂が与えられることを保証し、同時にまた、隣接する液滴が接触したとたんに樹脂の流動する場が無くなってしまうので、ロール付与されて望ましくないほど厚いまたは不均一な残存層となり得る余剰樹脂が最少量とされることを保証する。

本明細書ではＵＶ硬化性液体を基板に付着することに言及したが、この液体はテンプレートに付着されることもでき、一般に同じ技術および配慮が適用される。

図３はテンプレート、インプリント可能材料（硬化性モノマー、熱硬化性樹脂、熱可塑性材料など）および基板の相対的な寸法を説明している。硬化性樹脂層の厚さｔに対する基板の幅Ｄの比率は１０^６程度である。テンプレートから突出した造作が基板を損傷することを避けるために、寸法ｔはテンプレート上で突出した造作の深さよりも大きくなければならないことが認識されるであろう。

押型処理後に残される残存層はその下側の基板を保護するのに有用であるが、本明細書で説明したように、これは特に高い分解能および（または）重なり精度が要求される場合には、問題を生じる原因にもなり得る。最初の「突破口」となるエッチング処理は等分的（非選択的）に行われて、インプリントされた造作ならびに残存層を或る範囲にわたり侵食する。これは、残存層が非常に厚い場合および（または）均一でない場合に悪い結果をもたらす。例えばこの問題は、下側に位置する基板に最終的に形成されるラインの厚さの変動（重要寸法の変動）をもたらす。二回目の非等分的なエッチングにおいて転写層にエッチング形成されるラインの厚さの均一性は、樹脂に残される造作の形状のアスペクト比および完全性によって決まる。残存樹脂層が不均一であると、非選択的な最初のエッチング処理が「丸まった」頂部を有する幾つかの造作を残すことになり、そのような造作は二回目およびさらに引き続くエッチング処理においてライン厚さの良好な均一性を保証するほど十分な形状ではない。基本的に、残存層を可能な限り薄くすることで上述の問題を軽減することはできるが、これには望ましくないほど高い圧力（おそらく基板の変形を大きくする）を加えることと、比較的長いインプリント時間（おそらく生産量を減少させる）とを必要とする。

テンプレートはインプリント・リソグラフィ・システムの重要な部材である。本明細書で説明したように、テンプレート表面上の造作の分解能は、基板上にプリントされる造作で得られる分解能の制限要素である。ホット・リソグラフィおよびＵＶリソグラフィに使用されるテンプレートは一般に２段階処理によって形成される。最初に、レジストに高分解能パターンを与えるために要求されるパターンが例えば電子ビーム書込み技術を使用して書込まれる。このレジスト・パターンはその後薄いクローム層に転写され、この層が最終的な非等分的エッチング段階のマスクを形成してパターンをテンプレートの基材に転写させる。例えばイオン・ビーム・リソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ、極ＵＶリソグラフィ、エピタキシャル成長、薄膜付着、化学エッチング、プラズマ・エッチング、イオン・エッチングまたはイオン・ミリングのような他の技術を使用することもできる。一般に、テンプレートが有効な１倍率のマスクであれば、非常に高い分解能を可能とする技術がテンプレートに使用され、転写されたパターンの分解能はパターンの分解能によって制限される。

テンプレートの剥離性も考慮される。例えば、テンプレートは表面処理剤で処理されて、表面エネルギーの小さな薄い剥離層をテンプレート上に形成する（薄い薄利層は基板にも付着されることができる）。

インプリント・リソグラフィの開発における他の配慮は、テンプレートの機械的な耐久性である。テンプレートはレジストの押型処理時に大きな力を作用され、ホット・リソグラフィでは極度に高い圧力および温度を作用される。これはテンプレートを摩滅し、基板にインプリントされるパターンの形状に亜影響を及ぼす。

ホット・インプリント・リソグラフィでは、テンプレートと基板との熱膨張の差を減少させるために基板と同じまたは同種の材料のテンプレートを使用することが有利である可能性がある。ＵＶインプリント・リソグラフィでは、テンプレートは活性放射光に対して少なくとも部分的に透明とされ、したがって石英製テンプレートが使用される。

本明細書ではＩＣ製造にインプリント・リソグラフィを使用することに特に言及するが、記載されるインプリント・リソグラフィ装置および方法は一体光学系、磁気定義域メモリのガイドおよび検出パターン、ハード・ディスクの磁性媒体、フラット・パネル表示装置、薄膜磁気ヘッドなどの他の応用例があることを理解しなければならない。

本明細書の説明において、レジストとして有効に作用するインプリント可能な樹脂を介してテンプレート・パターンを基板に転写するためにインプリント・リソグラフィを使用するように特に引用されたが、或る環境のもとでは、このインプリント可能な材料は、それ自体を機能材料、例えば導伝性、光に対する線形または非線形の応答性などを有する材料とすることができる。例えば、この機能材料は導電層、半導電層、誘電層または他の望まれる機械的、電気的または光学的な特性を有する層を形成する。或る有機的な物質も適当な機能材料となり得る。そのような適用例は本発明の範囲に含まれる。

本発明の一実施例は、インプリント可能媒体（例えば硬化性樹脂）を基板に付与することに対処するもので、上述したようなホット・エンボス方法および光硬化方法の一方または両方に適用することができる。

図４はテンプレート上の「パターン密度」の異なるさまざまなパターンを示している。テンプレートの「押型処理領域」は、テンプレートの接触面積および突出造作の深さによって形成された容積として定義される。パターン密度は、テンプレートがインプリント可能媒体に押圧されたときにそのインプリント可能媒体が占拠する押型処理領域の割合と考えることができる。従ってパターン密度は０と１との中間の値をとる。

図４（ａ）に示されるようなゼロに近いパターン密度は、テンプレートの押型処理領域Ｘの小さな割合が充満されることを示す。テンプレートには一つのノッチがあり、少量のインプリント可能媒体だけしかテンプレートの間隙（単数または複数）を充満するために要求されない。この例では、テンプレートがインプリント可能媒体に押圧されるとき、大量のインプリント可能媒体（例えば、樹脂）が移動される押型処理の前に基板上に少量のインプリント可能媒体があることが好ましい。

図４（ｂ）は、押型処理領域Ｘの半分がインプリント可能媒体パターン密度が約０．５のテンプレート構造を示しており、押型処理領域Ｘの半分がインプリント可能媒体で充填されることを示す。これは、図４（ｃ）と比較され、図４（ｃ）では一つの突起があるだけで、テンプレート構造は１に近いパターン密度を有している。何故なら、この充満されるべき領域（ＰおよびＱ）は可能な押型処理領域のほぼ全体をなすからである。したがって、パターン密度値は押型処理領域を充満するために必要なインプリント可能媒体の相対的な量の指標となる。

図５は、一つのテンプレートを横断して変化するパターン密度がどのように与えられるかを示している。テンプレート５０は複数の突起を有し、それらの突起がインプリント可能媒体にインプリントされるべきパターンを構成する。パターンは３つの領域Ａ，Ｂ，Ｃに分けられ、それらの領域はそれぞれ０、約０．５、約１のパターン密度を有している。この例では、テンプレートの領域Ｃの下側の基板面積部分の上のインプリント可能媒体がより多量であることが望ましい。何故なら、その押型処理領域を充満するためにより多量のインプリント可能媒体が必要だからである。しかしながら、インプリント可能媒体の計量した液滴および（または）スピン被覆による付与は、テンプレートの表面を横断してインプリント可能媒体の高さを変化させて分配するために必要とされる精度を与えられない。

本発明の一実施例によれば、インプリント可能媒体とパターン形成テンプレートとの接触に先行してインプリント可能媒体と分配用押型が接触され、これにより押型がインプリント可能媒体を基板の表面上でパターン形成テンプレートのパターンに従って拡張させる。

パターン形成テンプレートは接触面を横断して一様なパターン密度を有さないことがほとんどであろう。幾つかの領域は稠密状にパックされた造作を有するが、他は比較的少ない造作を有するように、パターン密度が変化される。インプリントされるべきパターンは、図５のテンプレートの例のように各領域が一様なパターン密度を有する明確に限られた領域を有することができる。これに代えて、インプリントされるべきパターンは、各々変化するパターン密度を有し、それぞれが隣接領域とは異なる平均パターン密度を有する領域に分けることができるだけとされることができる。

与えられた領域の平均パターン密度は、所望されるパターンを形成するのに必要なインプリント可能媒体量に直接関係する。パターン密度の小さい領域では、インプリント可能媒体が占める押型処理領域の割合が小さくして僅かなインプリント可能媒体が基板上に必要とされる。同様に、パターン密度の大きな領域では、所望のパターン造作を形成するために多量のインプリント可能媒体が必要とされる。従って分配用の第一の押型はテンプレートと同じようなパターン密度を有するが、インプリントされるべきパターンの微細な構造は備えずに設計される。第一の押型はパターン形成されたテンプレートの「粗押型」とみなすことができ、その目的は基板上でのインプリント可能媒体の分配の準備をすることである。この予備的な再分配は残る余剰なインプリント可能媒体を減少させることができ、所望のパターンをインプリントするために必要な押型操作力の軽減を可能にする。何故なら、パターン密度の小さな領域を通して押型処理するインプリント可能媒体の量が少ないからである。

図６は図５のテンプレート５０と共に使用するための分配用の第一の押型６０を示す。押型６０は変化する厚さを有し、インプリント可能媒体に対して作用すると、その媒体は抵抗が最小の領域へ向かって、すなわち図５の領域Ｃに対応する右側へ向かって流れる。この領域は所望のパターンを形成するためにほとんどのインプリント可能媒体を必要とする。

図７は図５のテンプレート５０と共に使用する代替例の分配用の押型７０を示す。この場合は、押型７０は二値的押型であり、分配パターンは「オン」か「オフ」のいずれかである。適当なパターン密度は、厚さの変化する平坦な層に代えて押型７０により定められた等しい高さの突起を適当に配列して形成される。押型７０を使用する効果は図６の押型６０の効果と実質的に同じであるが、押型７０は押型６０よりも製造が容易である。何故なら、押型７０の表面に高さの異なる層を準備する必要がないからである。

従ってリソグラフィ装置の一実施例は、互いに補完する二つの押型を含む。第一の押型は比較的大きな力で作用され、第二の押型のパターンに適当であるようにインプリント可能媒体を再分配するように設計される。第二の押型は周知のインプリント・システムによって行われるように、プリントすべき実際のパターンを支持するテンプレートである。第一の押型はテンプレートのパターン密度に従ってインプリント可能媒体を分配する。

基板に対する計量液滴またはスピン被覆によるインプリント可能媒体の付与には、許容できる力で液滴を搾り出すために時間が必要であることから時間がかかり、この段階は生産量の増大の障害となる。

図８に示される一実施例は「搾り出し時間」の短縮を可能にし、インプリント可能媒体が計量されて付与されるための容易さを改善する一方、プリントされるべきパターンに従った分配を可能にする。図８の実施例は、テンプレートが基板の或る面積部分に付与される間に、位置Ｚでテンプレートの「上流側」にインプリント可能媒体の液滴を付与する。これは、樹脂の液滴が付与されるために各押型処理位置で待機しなければならないことを回避する。

一つの位置において硬化が完了してテンプレートが取外されたならば、テンプレートは矢印Ｙ方向へ移動され、液滴は移動方向へ塗布するようにされて、表面にインプリント可能媒体８０の軌跡を残す。図８の右側の画は押型処理段階の前後の横断面における軌跡を示す。縞間隔８１は上述したようにテンプレートのパターンに従って変化でき、テンプレートの面積部分の上にインプリント可能媒体を適当量で付与するようになす。

図８の実施例はガス軸受装置の上に取付けることができる。これは、テンプレートと基板表面との間隔距離が互いに損傷を生じる危険を伴わずにかなり減少できるようにする。

上述の実施例によって対処される問題を処理する代替ほほが図９に示されている。基板９０および平坦化転写層９１は上下逆にして支持される（図示されていない）。テンプレート９２も上下逆に回転されて流動性のインプリント可能媒体を充満される。充満されたテンプレート９２はその後平坦化転写層に対して保持され、例えばＵＶ放射光により、または温度変化（使用されるインプリント可能媒体の種類によって決まる）を経てインプリント可能媒体が硬化される。インプリント可能媒体が硬化されたならば平坦化転写層９１に付着し、テンプレート９２が取外される。この処理は基板を横断して必要なだけ繰り返される。

インプリント可能媒体は、均質的な分配を保証するためにスプレーおよび重力付与を含む多くの方法でテンプレート９２に与えられる。一実施例においては、テンプレートの全部、特にエッジ、はインプリント可能媒体を備える。この処理はインプリント時の基板に与えられる作用力を大幅に減少させる。

本発明の特定の実施例を上述で説明したが、説明した以外の方法で本発明を実施できることが認識されるであろう。上述の説明は本発明を限定することを意図していない。

図１ａ〜図１ｃは、それぞれ従来のソフト・リソグラフィ、ホット・リソグラフィおよびＵＶインプリント・リソグラフィのプロセスの図示例を概略的に示す。 レジスト層をパターン化するためにホット・リソグラフィおよびＵＶインプリント・リソグラフィが使用されたときに使用される二段階エッチング処理を概略的に示す。 基板上に付着された典型的なインプリント可能なレジスト層の厚さに対して比較されたテンプレート造作の相対的な寸法を概略的に示す。 図４ａ〜図４ｃは、異なる造作パターンを有するテンプレートを概略的に示す。 本発明の一実施例による三つの異なる造作パターン状態を有するテンプレートを概略的に示す。 本発明の一実施例による図５のテンプレートと共に使用される複層の準備のための押型を概略的に示す。 本発明の一実施例による図５のテンプレートと共に使用される二値的な準備のための押型を概略的に示す。 本発明の一実施例による基板に対する樹脂の付与を概略的に示す。 本発明の一実施例による上下逆にした樹脂付与のための基板および押型の配置を概略的に見示す。

符号の説明

１０ テンプレート
１１ 微粒子
１２ 基板
１２’ 平坦化処理層
１３ レジスト層
１４ テンプレート
１５ ポリマー樹脂
１６ 石英製テンプレート
１７ ＵＶ硬化性樹脂
２０ 基板
２１ 平坦化転写層
２２ 残存層
２３ 造作
５０ テンプレート
６０ 押型
７０ 押型
８０ インプリント可能媒体
８１ 縞間隔
９０ 基板
９１ 平坦化転写層
９２ テンプレート

Claims (17)

1. 基板表面のターゲット箇所の上を流動可能な状態にあるインプリント可能な媒体を、テンプレートのインプリント・パターンにおけるパターン密度が異なる領域に対応する量が異なる領域へ再分配すること、
   流動可能な状態である間に媒体をテンプレートと接触させて媒体にインプリント・パターンを形成すること、
   媒体を実質的に流動不能な状態に変化させるように媒体を調節すること、および
   実質的に流動不能な状態である間に媒体からテンプレートを引離すことを含み、媒体の再分配は、インプリント可能な媒体がテンプレートと接触される直前に、適当に形成された再分配用押型をその媒体に押圧することを含んでいるインプリント方法。
2. テンプレートと媒体との接触力よりも大きい力で再分配用押型を媒体に押圧させることを含む請求項１に記載された方法。
3. 基板表面に実質的に直角な方向にて再分配用押型を媒体に押圧させることを含む請求項１に記載された方法。
4. 再分配用押型の領域におけるパターン密度がインプリント・パターンの領域のパターン密度に対応する請求項１に記載された方法。
5. 媒体の再分配が、媒体とテンプレートとを接触させること、および基板表面に実質的に平行な方向にてターゲット箇所を横断してテンプレートを移動させることを含む請求項１に記載された方法。
6. 基板表面の端部ターゲット箇所に流動可能な状態の媒体を与えることをさらに含む請求項１に記載され方法。
7. 流動可能な状態にある或る量のインプリント可能媒体を基板表面のターゲット箇所上に有する基板を保持するようになされた基盤ホルダーと、
   パターン密度の異なる領域を有するインプリント・パターンを定めるテンプレートを保持し、また媒体が流動可能な状態にある間にテンプレートでパターンを媒体にインプリントし、媒体が実質的に流動不能な状態にある間にテンプレートを媒体から引離すようになされたテンプレート保持具と、
   テンプレートで媒体にインプリントする前に、ターゲット箇所を覆う量の媒体をインプリント・パターンのパターン密度が異なる領域に対応した量の異なる領域へ再分配するように作動可能な再分配装置と、
   媒体を流動可能な状態から実質的に流動不能な状態に変化させるように媒体を調節するようになされた調節装置とを含み、再分配用の装置が再分配用押型を含むインプリント装置。
8. 再分配用装置が再分配用押型を基板表面に実質的に垂直な方向で媒体に押圧するように作動可能な請求項７に記載された装置。
9. 再分配用の押型の領域のパターン密度がインプリント・パターンの領域のパターン密度と対応している請求項７に記載された装置。
10. 再分配用装置がテンプレートを含む請求項７に記載された装置。
11. 再分配用装置は、テンプレートを媒体に接触させ、テンプレートを基板の表面に実質的に平行な方向にターゲット箇所を横断して移動させるように作動可能である請求項１０に記載された装置。
12. 基板の表面のターゲット箇所上に流動可能状態の或る量のインプリント可能媒体を与えるようになされた投与装置を含む請求項７に記載された装置。
13. 第一および第二の量の流動可能な状態にあるインプリント可能な媒体を基板表面のそれぞれ隣接する第一および第二のターゲット箇所に付与するようになされた投与装置と、
    パターン密度の異なる領域を有するインプリント・パターンを定めたテンプレートを保持し、第一の量のインプリント可能な媒体が流動可能な状態にある間にテンプレートでその第一の量にパターンをインプリントし、第一の量が実質的に流動不能な状態である間にテンプレートをその第一の量から引離し、また第一の量のインプリントが行われた後、テンプレートが第二の量のインプリント可能な媒体に接触してそれを基盤表面の第二のターゲット箇所の上に再分配するようにテンプレートを第二のターゲット箇所へ移動させるようにするテンプレート保持具と、
    流動可能な状態から流動不能な状態に第一および第二の量の媒体を変化させるためにそれらの媒体を調節するようになされた調節装置とを含むインプリント装置。
14. 流動可能な状態にある或る量のインプリント可能媒体を基板表面のターゲット箇所上に有する基板を保持するようになされた基盤ホルダーと、
    パターン密度の異なる領域を有するインプリント・パターンを定めているテンプレートを保持し、媒体が流動可能な状態にある間にテンプレートでその第一の量にパターンをインプリントし、媒体が実質的に流動不能な状態にある間にテンプレートを媒体から引離すようになされるテンプレート保持具と、
    インプリント可能な媒体をテンプレートの下側に塗布するようになされた塗布装置と、
    媒体を流動可能な状態から実質的に流動不能な状態に変化させるために媒体を調節するようになされた調節装置とを含むインプリント装置とを含むインプリント装置。
15. 基板の表面のターゲット箇所上に流動可能状態の或る量のインプリント可能媒体を与えるようになされた投与装置を含む請求項１４に記載された装置。
16. 塗布装置がテンプレートを含む請求項１５に記載された装置。
17. 塗布装置は、テンプレートを媒体に接触させ、基板表面に実質的に平行な方向にターゲット箇所を横断してテンプレートを移動させるように作動可能である請求項１５に記載された装置。