JP2006323387A - インプリント・リソグラフィ - Google Patents

Abstract

【課題】インプリント・リソグラフィにおける経済的なテンプレートの製造技術の提供。
【解決手段】針３３と、インプリントされる基板３５を保持するように構成された基板テーブルＴとを有するインプリント・リソグラフィ装置．針３３は第１位置と第２位置の間で動かすことができ、第１位置は、使用中の針が基板に設けたインプリント可能材料層３６に入り込む位置であり、第２位置は、使用中の針が基板に設けたインプリント可能材料から離脱した位置である。基板テーブルと針は、一方が他方に対して走査され得るようになっている。
【選択図】図４

Description

本発明は、インプリント・リソグラフィに関するものである。

リソグラフィ装置は、所望パターンを基板の目標部分に付与する機械である。従来、リソグラフィ装置は、例えば集積回路（ＩＣ）、フラットパネル・ディスプレイ、および、微細構造を含むその他のデバイスの製造で使用されている。

リソグラフィ・パターンのフィーチャー・サイズを縮小することが望ましい。これによって、所定の基板面積により大きな密度のフィーチャーが可能になるからである。フォトリソグラフィでは、分解能の向上は、より短い波長の放射線を使用して達成できる。しかし、そのような縮小に伴う問題がある。現在システムは、１９３ｎｍ領域の波長を有する光源を採用し始めているが、このレベルでも、回折制限が障壁になる。もっと短い波長では、材料の透明性が非常に劣る。高い分解能が可能な光リソグラフィ機械は、複雑な光学系および希少な材料を必要とするので、非常に高価である。

インプリント・リソグラフィとして知られている、１００ｎｍ以下のフィーチャーをプリントする代替方法は、物理的なモ−ルドまたはテンプレート（型板）を用いてインプリント可能媒体にパターンをインプリントすることによって、基板に対してパターンを転写することを含む。インプリント可能媒体は、基板であってもよく、または、基板表面に被覆された材料であってもよい。インプリント可能媒体は、下にある表面にパターンを転写する機能を有し、あるいはまた、該転写のためのマスクとして使用可能である。インプリント可能媒体は、例えば、半導体材料等の基板に被着されたレジストとして設けることができ、テンプレートで規定されたパターンがレジストに転写される。このように、インプリント・リソグラフィは、基本的に、マイクロメートルまたはナノメートル規模の成形プロセスであり、テンプレートのトポグラフィが基板に作られるパターンを規定する。パターンは、光リソグラフィ・プロセスのように層に積み重ねることができるので、原理的に、インプリント・リソグラフィは、ＩＣ製造等の用途に使用可能であろう。

インプリント・リソグラフィの分解能は、テンプレート製造プロセスの分解能によってのみ制限される。例えば、インプリント・リソグラフィを利用して、従来の光リソグラフィ・プロセスで実現可能なものに比べて著しく改善された分解能およびライン・エッジ粗さで５０ｎｍ以下の範囲のフィーチャーを作ることができる。その上、インプリント・プロセスは、光リソグラフィ・プロセスで通常必要とされる高価な光学系、高度な照明光源または専用のレジスト材料を必要としない。

テンプレートの製造は、高価で時間がかかるだろう。テンプレートを用いて多くの基板が処理される場合、各基板が売られる価格に僅かな金額を追加することによって、テンプレートの製造コストが回収される。しかし、少数の基板が処理される場合には、または、僅かに１つの基板が処理される場合には、テンプレートの製造コストを回収することは容易でないだろう。このことは、テンプレートの製造が経済的に成立しないことを意味する。

第１の観点によれば、針と、インプリントされる基板を保持するように構成された基板テーブルとを含む、以下のインプリント・リソグラフィ装置が提供される。
前記針は、第１位置と第２位置の間で動かすことができ、
前記第１位置は、使用中の針が、基板に付されたインプリント可能材料の層に入り込む位置であり、
前記第２位置は、使用中の針が、基板に付されたインプリント可能材料から離脱した位置であり、
基板テーブルおよび針は、一方が他方に対して動くことができるように構成されている。

第２の観点によれば、第１位置と第２位置の間で動かすことができる針を含む、以下のインプリント・リソグラフィ・テンプレートが提供される。
前記第１位置は、使用中の針が、インプリント可能材料の層に入り込む位置であり、
前記第２位置は、使用中の針が、インプリント可能材料から離脱した位置である。

第３の観点によれば、以下のインプリント・リソグラフィ方法が提供される。
インプリント・パターンをインプリント可能材料に形成すべく、
基板または個々に制御可能な針の配列（アレイ）を他方に対して動かすこと、
第１組の針が、前記基板に付されたインプリント可能材料に入り込むように、前記第１組の針を動かすこと、および
異なる第２組の針が、基板に付されたインプリント可能材料に入り込むように、前記第２組の針を動かすことを含むインプリント・リソグラフィ方法。

本発明の実施形態は、パターン付与されたテンプレートが流動可能状態のインプリント可能媒体にインプリントされる、あらゆるインプリント・リソグラフィ方法に適用可能であり、例えば、前記のような熱インプリント・リソグラフィおよびＵＶインプリント・リソグラフィに適用できる。

以下、添付の模式図を見ながら、単なる具体例としての本発明例について説明する。図中、対応する参照符号は対応する部分を示す。

インプリント・リソグラフィには、通常、熱インプリント・リソグラフィおよびＵＶインプリント・リソグラフィと呼ばれる２つの基本的な方法がある。また、ソフト・リソグラフィとして知られている第３種のプリント・リソグラフィがある。これらの例を図１ａ〜図１ｃに示す。

図１ａは、分子層１１（一般にチオールのようなインク）を可撓性テンプレート１０（一般に、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で作られる）からレジスト層１３に転写することを含むソフト・リソグラフィ法を模式的に示す。ここで、レジスト層１３は、基板１２および平坦化転写層１２’に支持されている。テンプレート１０は、その表面にフィーチャー・パターンを有し、分子層がフィーチャーの上に配置されている。テンプレートがレジスト層に押しつけられたとき、分子層１１はレジストに貼り付く。レジストからテンプレートを取り去ったとき、分子層１１はレジストに貼り付いており、転写された分子層で覆われていないレジストの部分が基板までエッチングされるような具合に、残りのレジスト層がエッチングされる。

ソフト・リソグラフィで使用されるテンプレートは容易に変形することがあり、したがって、例えばナノメートル規模の高分解能用途に適していないことがある。というのは、テンプレートの変形は、インプリントされたパターンに悪影響を及ぼすことがあるからである。さらに、同じ領域が複数回重ね合わせられる多層構造を製造するとき、ソフト・インプリント・リソグラフィは、ナノメートル規模の重ね合せ精度を実現することができない。

熱インプリンント・リソグラフィ（または、熱エンボス）は、ナノメートル規模で使用されるときナノインプリント・リソグラフィ（ＮＩＬ）としても知られている。この方法では、磨耗および変形に対する耐性がより大きな例えばシリコンまたはニッケルで作られたより硬いテンプレートが使用される。これは、例えば米国特許第６４８２７４２号に記載されており、図１ｂに示す。一般的な熱インプリント法では、固いテンプレート１４が、基板の表面に流し込まれた熱硬化性ポリマー樹脂または熱可塑性ポリマー樹脂１５にインプリントされる。樹脂は、例えば、基板表面またはより一般的に（図示の実施例のように）平坦化転写層１２’にスピン・コーティングし、さらにベーキングすることができる。理解すべきことであるが、インプリント・テンプレートを説明するとき「固い」という用語は、「固い」材料と「柔らかい」材料の間、例えば「固い」ゴムのようなものと一般に考えることができる材料を含んでいる。インプリント・テンプレートとしての使用に対する特定の材料の適正は、用途の要求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、樹脂が、テンプレートと接触したとき、テンプレートに形成されたパターンのフィーチャーに流れ込むほど十分に流動可能になるような温度まで、樹脂は加熱される。それから、樹脂を熱的に硬化（例えば、架橋結合）させるように樹脂の温度が高められ、その結果、樹脂は凝固し不可逆的に所望のパターンを採るようになる。それから、テンプレートを取り除き、パターン形成された樹脂を冷却することができる。

熱インプリント・リソグラフィ法で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、テンプレートをインプリントする直前に、自由に流動可能な状態であるように加熱される。一般に、熱可塑性樹脂のガラス遷移温度より相当高い温度まで熱可塑性樹脂を加熱することが必要である。テンプレートが流動可能樹脂に押し込まれ、そして、テンプレートに形成されたパターンのフィーチャー全てに樹脂が流れ込むことを保証するために、十分な圧力が加えられる。それから、樹脂は、テンプレートが所定位置にある状態でガラス遷移温度より下まで冷却され、そのとき、樹脂は不可逆的に所望のパターンを採る。パターンは、樹脂の残留層から浮き出したフィーチャーで構成され、そして、この樹脂の残留層を適切なエッチング・プロセスで除去してフィーチャー・パターンのみを残すことができる。

凝固した樹脂からテンプレートを取り去るとき、一般に、図２ａ〜図２ｃに示すように２ステップ・エッチング処理が行なわれる。基板２０は、図２ａに示すように、その直ぐ上に平坦化転写層２１を有している。平坦化転写層の目的は、２通りに分けられる。平坦化転写層は、テンプレートの表面に対して実質的に平行な表面を与えるように作用し、このことは、テンプレートと樹脂の間の接触が平行であることを保証するのに役立つ。また、平坦化転写層は、本明細書で説明するように、プリントされたフィーチャーのアスペクト比を改善するように作用する。

テンプレートが取り除かれた後で、凝固した樹脂の残留層２２が、平坦化転写層２１の上に所望のパターンに整形されて残っている。第１のエッチングは等方性であり、残留層２２の部分が除去され、結果として、図２ｂに示すように、不十分なアスペクト比のフィーチャーが生じる。ここで、Ｌ１はフィーチャー２３の高さである。第２のエッチングは、非等方性（または、選択的）であり、アスペクト比を改善する。非等方性エッチングで、凝固した樹脂で覆われていない平坦化転写層２１の部分が除去され、図２ｃに示すように、フィーチャー２３のアスペクト比は（Ｌ２／Ｄ）に大きくなる。エッチング後に基板に残された、結果としてのポリマー厚さの差異は、インプリントされたポリマーが十分に耐性のある場合、例えばリフトオフ工程における処理である例えばドライ・エッチング用のマスクとして利用できる。

熱インプリント・リソグラフィには、パターン転写をより高い温度で行なわなければならないだけでなく、テンプレートが除去される前に樹脂が適切に凝固することを保証するために、比較的大きな温度差が必要であろうという欠点がある。３５℃〜１００℃の温度差が必要となることがある。そして、例えば基板とテンプレートの間の異なる熱膨張は、転写されたパターンの歪みにつながることがある。インプリント可能材料の粘性のためにインプリント・ステップに必要とされる比較的高い圧力によって、この歪みは悪化されることがあり、これによって、基板に機械的な変形が生じ、さらにまたパターンを歪ませることがある。

他方で、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含まないし、さらにそのような粘性のあるインプリント可能材料も必要としない。むしろ、ＵＶインプリント・リソグラフィは、部分的または完全に透明なテンプレートおよびＵＶ硬化可能液体、一般にアクリレートまたはメタクリレートのようなモノマー、を使用することを必要とする。一般に、モノマーと開始剤の混合物のような任意の光重合化可能材料が使用されるかもしれない。また、硬化可能液体には、例えば、ジメチルシロキサン誘導体がある。そのような材料は、熱インプリント・リソグラフィで使用される熱硬化および熱可塑性樹脂よりも粘性が低く、その結果、テンプレートのパターン・フィーチャーを充填するように遥かに速く動く。また、低温低圧作業は、より高い処理能力に好都合である。

ＵＶインプリント・プロセスの実施例を図１ｃに示す。図１ｂのプロセスと同様にして、石英テンプレート１６をＵＶ硬化樹脂１７に当てる。熱硬化樹脂を使用する熱エンボスにおけるような温度上昇、または熱可塑性樹脂を使用するときの温度サイクルの代わりに、樹脂を重合化したがって硬化するために、ＵＶ放射が石英テンプレートを通して樹脂に当てられる。テンプレートを取り去ると直ぐその後で、レジストの残留層をエッチングするという残りのステップは、本明細書で説明した熱エンボス・プロセスと同じか、または同様である。一般に使用されるＵＶ硬化可能樹脂は、一般的な熱可塑性樹脂よりも遥かに粘性が低く、その結果、より低いインプリント圧力を使用することができるようになる。高温および温度変化による変形の減少と共に、より低い圧力による物理的な変形の減少のために、ＵＶインプリント・リソグラフィは、高い重ね合せ精度を要求する用途に適しているようになる。さらに、ＵＶインプリント・テンプレートの透明性のために、光学的な位置合わせ技術がインプリントに同時に適応するようになる。

この型のインプリント・リソグラフィは、主にＵＶ硬化材料が使用されるのでＵＶインプリント・リソグラフィと一般に呼ばれるが、他の波長の放射を使用して選ばれた材料を適切に硬化させることができる（例えば、重合化反応または架橋結合反応を活性化する）。一般に、適切なインプリント可能材料が使用可能であれば、そのような化学反応を引き起こすことができるどんな放射でも使用することができる。他の「活性化放射」には、例えば、可視光、赤外放射、ｘ線放射および電子ビーム放射があることがある。本明細書で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放射の使用についての言及は、これらおよび他の活性化放射の可能性を排除する意図ではない。

基板表面に対して実質的に平行に保たれた平面テンプレートを使用するインプリント・システムの代替として、ローラ・インプリント・システムが開発された。熱ローラ・インプリント・システムとＵＶローラ・インプリント・システムの両方が提案され、これらのシステムでは、テンプレートはローラに形成されるが、他の点では、インプリント・プロセスは、平面テンプレートを使用するインプリントに非常によく似ている。背景が特に必要としなければ、インプリント・テンプレートについての言及はローラテンプレートについての言及を含む。

ステップ・アンド・フラッシュ式インプリント・リソグラフィ（ＳＦＩＬ）として知られているＵＶインプリント技術が特に開発されている。このインプリント・リソグラフィ（ＳＦＩＬ）は、例えばＩＣの製造で従来使用されている光ステッパと同様のやり方で、小さなステップで基板にパターン形成するために使用することができる。このインプリント・リソグラフィ（ＳＦＩＬ）は、ＵＶ硬化可能樹脂にテンプレートをインプリントし、テンプレートの下の樹脂を硬化させるようにテンプレートを通してＵＶ放射を「フラッシング」し、テンプレートを取り除き、基板の隣の領域にステップし、そしてこの動作を繰り返すことによって、一度に基板の小さな面積にプリントすることを含む。そのようなステップ・アンド・リピート式プロセスの小さなフィールド・サイズは、パターン歪みおよびＣＤばらつきを減少するのに役立つことができるので、ＳＦＩＬは、高い重ね合せ精度を要求するＩＣおよび他のデバイスの製造に特に適していることがある。

基本的には、ＵＶ硬化可能樹脂は、例えばスピン・コーティングで基板表面全体に塗布することができるが、ＵＶ硬化可能樹脂の揮発性のために、このコーティングは問題があることがある。

この問題に対処する１つの方法は、いわゆる「ドロップ・オン・デマンド」・プロセスであり、このプロセスでは、テンプレートをインプリントする直前に樹脂の小滴が基板の目標部分に一定量供給される。液体供給は、予め決められた量の液体が基板の特定の目標部分に被着されるように制御される。液体は様々なパターンで供給することができ、注意深い液体量の制御とパターンの配置の組合せを使用してパターン形成を目標部分に限定することができる。

言及したようにオン・デマンドで樹脂を供給することは、些細なことではない。隣接する滴が接触するや否や樹脂はどこにも流れなくなるので、テンプレートのフィーチャーを充填する十分な樹脂があることを保証するとともに、望ましくないほどに厚いか、または、不均一な残留層に圧延される可能性のある過剰な樹脂を極小化しながら、小滴の大きさと、間隔が注意深く制御される。

本明細書では、ＵＶ硬化性液体を基板に被着させることに言及したが、液体は、テンプレートに被着させてもよく、概ね同一の技術と同一の考察が当てはまる。

図３は、テンプレート、インプリント可能材料（硬化可能モノマー、熱硬化樹脂、熱可塑性、その他）、および基板の相対的な寸法を示す。基板の幅Ｄと硬化可能樹脂層の厚さｔの比は、１０^６程度である。理解されることであろうが、テンプレートから突き出るフィーチャーが基板を損傷することがないようにするために、寸法ｔは、テンプレートの突き出るフィーチャーの深さよりも大きくなければならない。

スタンピング後に残っている残留層は、下の基板を保護する点で有用であるが、本明細書で言及するように、特に高い分解能および／または重ね合せ精度が要求されるとき、この残留層が問題の原因になることもある。第１の「貫通孔」エッチングは、等方性（非選択性）であるので、残留層だけでなくインプリントされたフィーチャーもある程度侵食される。残留層が過度に厚くおよび／または不均一である場合、このことは悪化することがある。この問題は、例えば、下の基板に最終的に形成された線の太さのばらつき（すなわち、クリティカルな寸法のばらつき）につながることがある。第２の非等方性エッチングで転写層にエッチングされた線の太さの不均一は、樹脂に残されたフィーチャーの形のアスペクト比および完全性に依存している。この残留樹脂層が不均一である場合、非選択性の第１のエッチングで、これらのフィーチャーのいくつかは頂上が「丸く」なることがあり、その結果、それらのフィーチャーは、第２のエッチング・プロセスおよびその後のどのエッチング・プロセスにおいても線の太さの優れた一様性を保証できるだけ十分適切に形成されないことになる。基本的には、残留層ができるだけ薄いことを保証することによって、上述の問題は軽減することができるが、このためには、望ましくないほど大きな圧力（ことによると基板の変形を大きくする）および比較的長いインプリント時間（おそらく処理量を減少させる）の使用が必要となることがある。

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品である。本明細書で指摘するように、テンプレート表面のフィーチャーの分解能は、基板にプリントされたフィーチャーの達成可能な分解能を制限する要素である。熱およびＵＶリソグラフィに使用されるテンプレートは、一般に、２段階プロセスで形成される。最初に、レジストに高分解能パターンを描くために例えば電子ビーム描画を使用して、所望のパターンが描画される。それから、レジスト・パターンはクロムの薄い層に転写され、このクロム層が、パターンをテンプレートのベース材料に転写する最後の非等方性エッチング・ステップのためのマスクを形成する。例えばイオン・ビーム・リソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ、極端ＵＶリソグラフィ、エピタキシャル成長、薄膜被着、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が使用されるかもしれない。一般に、テンプレートは実質的に１倍のマスクであり、転写されるパターンの分解能はテンプレートのパターンの分解能で制限されるので、非常に高い分解能の可能な技術が使用される。

また、テンプレートの剥離特性が考慮すべき事項であることがある。例えば、テンプレートを表面処理材料で処理して、低い表面エネルギーを有する薄い剥離層をテンプレートに形成することができる（薄い剥離層は、また、基板に被着させることもできる）。

インプリント・リソグラフィの開発において他の考慮すべき事項は、テンプレートの機械的な耐久性である。テンプレートは、レジストのスタンピング中に大きな力を受けることがあり、そして、熱リソグラフィの場合には、極端な圧力および温度にさらされることもある。これは、テンプレートの磨耗を引き起こすことがあり、さらに、基板にインプリントされたパターンの形に悪影響を及ぼすことがある。

熱インプリント・リソグラフィでは、基板とテンプレートの間の熱膨張の差を減少させるために、パターン形成すべき基板と同じまたは同様な材料のテンプレートを使用することが、ことによると有利である。ＵＶインプリント・リソグラフィでは、テンプレートは、活性化放射に対して少なくとも部分的に透明であり、したがって、石英テンプレートが使用される。

本明細書ではＩＣの製造におけるインプリント・リソグラフィの使用に特に言及することがあるが、説明するインプリント装置および方法には、集積光システム、磁気ドメイン・メモリ用の誘導および検出パターン、ハード・ディスク磁気媒体、フラット・パネル・ディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、その他の製造のような他の用途がある可能性があることを、理解すべきである。

本明細書の説明では、レジストとして有効に作用するインプリント可能樹脂を介して基板にテンプレートパターンを転写するためのインプリント・リソグラフィの使用に特に言及したが、いくつかの環境では、インプリント可能材料自体が、例えば導電性、光学的線形または非線形応答などのような機能性を有する機能材料であってもよい。例えば、機能材料は、導電層、半導体層、誘電体層または、他の望ましい機械的、電気的または光学的特性を有する層を形成することができる。いくつかの有機物質は、また、適切な機能材料であることがある。そのような用途は、本発明の範囲内であることがある。

図４は、本発明の実施例に従ったインプリント・テンプレートの一部を模式的に示す。インプリント・テンプレートは、いくつかの針３３が取り付けられている板３２を含む。針３３は圧電アクチュエータ３４を介して板３２に固定されており、各針３３は別個の圧電アクチュエータ３４に取り付けられている。基板３５は、針３３の下の基板テーブルＴに保持されている。直角座標が図４に表示されている。そして、「下」という用語は、ｚ方向でより低い位置を有することを意味するように理解すべきである。

固くて耐久性があり、かつ使用可能な形に製造できる任意の適切な材料で、針を作ることができる。適切な材料の例には、シリコンか、またはタングステンのような金属がある。耐摩耗性の被膜を針に付けることができる。フラット・パネル・ディスプレイの製造に適した構成では、各針は１ミクロンの先端直径を有することができ、針は２００ミクロンの間隔を開けて配列することができる。集積回路（ＩＣ）の製造に適した他の構成では、各針は５０ナノメートルの先端直径を有することができ、針は１ミクロンの間隔を開けて配列することができる。一般に、先端直径は、１０ナノメートルから２ミクロンであってもよく、針の間の間隔は、２００ナノメートルから５００ミクロンであってよい。

圧電アクチュエータ３４は、伸長形状と短縮形状の間で動かすことができる。例えば圧電アクチュエータ３４ａで示すように、圧電アクチュエータが伸長形状であるとき、対応する針３３ａは、基板３５に設けられたインプリント可能材料３６の層に入り込む。この第１位置を針のインプリント位置と呼ぶ。圧電アクチュエータが短縮形状であるとき、対応する針はインプリント可能材料３６に接触していない。これを、圧電アクチュエータ３４ｂおよび対応する針３３ｂで示す。この第２位置は、針の離脱位置と呼ぶ。

圧電アクチュエータ３４ａの一般的な限度一杯の可能な動き範囲は、１ミクロンから１００ミクロンであることがある。しかし、伸長形状と短縮形状の間の必要な動き範囲、すなわちインプリント位置と離脱位置の間で針３３ａを動かすために必要とされる動き範囲は、たぶんおおよそ１ミクロン以下であろう。

「針」という用語は、インプリント可能材料に入り込むように使用することができる任意の適切な形状の要素を意味する意図である。針は中空でなければならないことを意味するつもりではないが、いくつかの実施例は中空である。同様に、針は尖っていなければならないことを意味するつもりではないが、１つまたは複数の実施例では針は尖っていることがある。

圧電アクチュエータ３４は、圧電アクチュエータ３４に電圧を加える制御装置３７（例えば、制御電子機器回路）によって制御可能である（一般に、電圧は１〜１０００Ｖの範囲である）。電圧は、各圧電アクチュエータ３４を単独で制御することができるように、圧電アクチュエータ３４に互いに別々に供給される。特定の圧電アクチュエータに供給される電圧を調整することによって、そのアクチュエータを短縮形状から伸長形状に動かし、そして再び元に戻すことができる。理解されることであろうが、圧電アクチュエータ３４の代わりに、他の適切なアクチュエータを使用することができる。例えば、ＭＥＭアクチュエータを使用することができ、例えば、静電的に、磁気的に、または磁歪を使用してＭＥＭアクチュエータを作動させることができる。熱的に作動されるＭＥＭアクチュエータが使用されるかもしれないが、これの応答周波数が低いことがある。

説明を容易にするために、ほんの少数の圧電アクチュエータ３４および針３３を図４に示す。しかし、理解されることであろうが、数千の圧電アクチュエータおよび針が、例えば２次元配列に配列されて、板３２に設けられることがあるが、それは以下でさらに説明する。

使用中に、基板３５は、基板テーブルＴを使用して板３２の下でｙ方向に走査される。所望のパターンが基板３５のインプリント材料６にインプリントされるように、針３３は、制御装置３７によって離脱位置とインプリント位置の間で動かされる。

インプリント可能材料３６は、針３３を使用して硬化させることができる。これは、針の周りの少しのインプリント可能材料を硬化させる化学反応をインプリント可能材料３６に引き起こすことによって行なうことができる。そのような化学反応が活性化されるかもしれない多くの方法があり、いくつかの例を以下で説明する。

その化学反応は、針３３がインプリント可能材料３６と接触したとき針３３が硬化化学反応を活性化するように針３３を加熱することによって、熱的に活性化することができる。必須ではないが、針を一定の高温に維持する代わりに、針３３を高温と低温の間で変化させることができる。というのは、針３３がインプリント位置にある（すなわち、インプリント材料３６と接触している）ときだけ化学反応の活性化が行なわれるからである。図５ａに模式的に示すように、針３３用のヒータは、加熱電流を針３３に通電するように構成された線４０を含むことができる。圧電アクチュエータ３４は、一般に、ただ１つの連続したセラミック片を含むので、線４０は圧電アクチュエータ３４の外側のまわりに通る。使用することができる適切なインプリント可能材料には、熱可塑性ポリマー樹脂、例えばポリ（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）がある。

化学反応を熱的に引き起こす他のまたは追加の方法を、図５ｂに模式的に示す。図５ｂを参照して、針３３および圧電アクチュエータ３４は、振動する取付け台４２に取り付けられている。針３３がインプリント位置にあるとき、振動がインプリント可能材料３６の運動を引き起こし、それによって、摩擦によるエネルギーを発生させ、このエネルギーがインプリント可能材料３６の硬化化学反応を活性化するような具合に、振動取付け台４２は、小さいが力強い振動を例えばｙ方向に加えるように構成されている。他のまたは追加の実施例（図示しない）では、針ごとに別個の振動取付け台４２を設ける代わりに、板３２が振動されるか、または基板テーブルＴおよび基板３５が振動される。必須ではないが、針３３は、インプリント位置にあるときだけ振動される。というのは、離脱位置にあるときの針の振動はインプリント可能材料３６の硬化を引き起こさないからである。再び、使用することができる適切なインプリント可能材料には、熱可塑性ポリマー樹脂、例えばポリ（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）がある。超音波周波数で針を振動させることができる。これが行なわれる場合、熱可塑性のインプリント可能材料と針が接触するとき、摩擦によってインプリント可能材料が溶け、それによって、針の圧痕ができるようになる。後退後に、材料は直ぐに凝固して、針の圧痕を残す。

図５ｃは、インプリント可能材料を硬化させる追加のまたは他の方法を模式的に示す。図５ｃを参照して、放射を針３３に送るために光ファイバ４４が使用される。放射は、例えば３６５ナノメートルの波長を有することができる。針は、少なくとも下の部分４５で透明である。針がインプリント位置にあるとき、針３３の透明な下の部分４５に放射が供給される。それによって、放射は、針３３の透明な下の部分４５からインプリント可能材料３６の中に注入され、そして針３３の周りの局部で硬化化学反応を活性化する。光ファイバ４４は、板３２を上に通り抜けて放射源４６に通じている。放射源は、針３３がインプリント位置にあるときだけオンになり、針３３が離脱位置にあるときオフになる。これは、迷放射が針３３の透明部分から放射されて、広範囲にわたった不要な硬化化学反応の活性化を引き起こすのを防止するためである。従来の光リソグラフィと比較した図５ｃに示す構成の有利点は、レンズ系がないので、色収差が問題でなくなり、したがって広帯域の照明を使用することができることである。例えば、３６５ナノメートルの放射（先に言及した）を使用する代わりに、３５０から４００ナノメートルに広がる帯域幅を有する放射の照明を使用することができる。使用することができる適切なインプリント可能材料には、アクリレートまたはメタクリレートのようなモノマーがある。一般に、モノマーと開始剤の混合物のようなどんな光重合可能材料でも使用されるかもしれない。また、硬化可能液体は、例えば、ジメチルシロキサン誘導体を含むことができる。

図５ｄは、硬化化学反応をインプリント可能材料中で活性化することができる追加または他の方法を模式的に示す。図５ｄを参照して、化学薬品を針３３の先端４９に運ぶためにチューブ４８が使用される。針３３がインプリント可能材料３６に入り込んでいるとき、ポンプ５０が化学薬品をチューブ４８の中に押し出し、その結果、針３３を囲繞するインプリント可能材料の局部にその化学薬品が注入されるようになる。化学薬品は、硬化化学反応を活性化するように選ばれる。使用することができる適切な化学薬品には、光開始剤（例えば、Ｉｒｇａｃｕｒｅ系の１つ）またはベンゾイル過酸化水素またはＡＩＢＮ（２、２’‐アゾ‐ジイソブチロニトリル）の様な熱開始剤がある。

化学反応を活性化する代替方法または追加の方法は、触媒である材料で針を作ることを含む。針がインプリント可能材料と接触したとき、インプリント可能材料３６に反応を引き起こすように、触媒が選ばれる。追加または代替方法は、異なる材料から成る２つまたは３つの層としてインプリント可能材料を供給することを含み、その場合、針３３がインプリント位置にある時、針３３が前記層および前記層に含まれる化学薬品を混合して硬化を引き起こす。これを実現することができる１つのやり方は、原子移動ラジカル重合によっている。これは、例えば、インプリント可能材料にハロゲン化アルキルを、また針にＣｕ（Ｉ）錯体を与えることによって、行なうことができる。

インプリント可能材料３６は、保護層および反応層として供給することができる。これを図６ａに模式的に示し、図６では、基板３５は、例えばテフロン（登録商標）であってもよい保護層５２で覆われた反応層５１を含むインプリント可能層３６を含む。図６ｂに模式的に示すように、装置の針（図示しない）を使用して、保護層５２を破って、穴５３を形成することができる。保護層は十分に堅いので、形成されている穴５３に戻るように流れ込まない。この後で、反応層５１で硬化反応を活性化させるように化学処理が使用される。図６ｃに模式的に示すように、穴５３の直ぐ下にある領域５４だけで硬化が起こり、保護層は硬化化学薬品が反応層５１の他の部分に達しないようにする。このようにして、針で保護層５２に形成されたパターンは反応層５１に転写され、硬化される。関連した構成では、化学処理は、穴の直ぐ下にある領域が溶け、保護層の下にある領域がそのまま残るようなものであってもよい。

前に言及したように、針および圧電アクチュエータは、板３２に２次元配列で設けることができる。そのような配列の例を図７に模式的に示す。図７は、圧電アクチュエータ３４および針３３の配列（３×３）と共に、下から見た板３２を示している。理解されることであろうが、実際には、圧電アクチュエータと針のもっと大きな配列を用いてもよい。

図８は、パターンを基板Ｗにどのようにして生成することができるかを模式的に図示する。塗りつぶされた円は、基板に点を形成する針Ｓの配列を表す（図は、全ての針はインプリント位置にあると仮定している）。白抜きの円ＳＥは、前に針でインプリントされた点を表す。図示のように、各針は点の列Ｒを基板Ｗにインプリントする。基板の完成したパターンは、各々の針でインプリントされた全ての列Ｒの点ＳＥの総和で生成される。実際には、基板Ｗの任意の所望位置にインプリントできるように、点ＳＥの列Ｒの間に重なりがある。この重なりは、説明のために簡略化された図８に示されていない。また、ｘ方向で点ＳＥの重なりがあってもよい。再び、これは、説明を簡単にするために、図８に示されていない。

理解できることであるが、針Ｓの配列は、ｙ方向に対して角度θで配列されている（標準的な直角座標が図８に示されている）。基板Ｗがｙ方向（走査方向）に動かされるとき、各針Ｓは基板の異なる領域を通り、それによって、針Ｓの配列で全基板がカバーされるようになることでこの配列となる。具体例では、角度θは、例えば最大２０°、最大１０°、最大５°、最大３°、最大１°、最大０．５°、最大０．２５°、最大０．１０°、最大０．０５°、または、最大０．０１°である。具体例では、角度θは最小０．０００１°、例えば最小０．００１°である。

図９は、針の複数の配列を使用して、どのようにして単一走査で全基板Ｗにインプリントすることができるかを模式的に示す。針の１つの配列の端が針の隣接する針の配列の端と僅かに（ｘ方向で）重なり合うようなやり方で、針の８個の配列６１は、「チェス盤」構成で２つの列６２、６３に配列されている。実施例では、針の配列は、例えば、少なくとも３列、少なくとも４列、または少なくとも５列で配列することができる。このようにして、針の一団が、基板Ｗの幅全体にわたって広がり、単一走査で全基板にパターンをインプリントすることができるようになる。理解されることであろうが、任意の適切な数の針の配列を使用することができる。実施例では、針の配列は実際上はＭＥＭデバイスなので、効率的に製造することができる配列の大きさに制限があることがある。この理由のために、フラット・パネル・ディスプレイ基板全体を単一走査で露光することが望ましい場合には、１００個の配列、１０００個の配列、またはもっと多くのものさえも使用することができる。

図１０を見ると、基板３５の走査中に（ｙ方向）、板３２の下を通過する前に基板の高さを高さセンサ７０で検出するように、高さセンサ７０（例えば、光センサ）が板３２の一端に設けられている。第２組の圧電アクチュエータ７１を使用して、高さセンサ７０からの入力に基づいて基板３５の凹凸を考慮に入れて針３３を動かすことができる。第２組の圧電アクチュエータ７１は、第１組の圧電アクチュエータ３４と板３２の間にある。図１０は、個々の針３３ごとに設けられた圧電アクチュエータ７１を示しているが、理解されることであろうが、基板３５の凹凸の空間周波数は比較的低いので、基板の凹凸を同じように有効に補償することができる単一のもっと大きな圧電アクチュエータにいくつかの針を取りつけることができる。

センサ７０に接続された別個の制御装置（図示しない）が、第２組の圧電アクチュエータ７１を作動させるために使用される。他の実施例では、第１および第２組の圧電アクチュエータを作動させるために、単一の制御装置を使用することができる。いくつかの例では、第２組の圧電アクチュエータを持たず、代わりに単一組の圧電アクチュエータを使用して、基板の凹凸を考慮に入れ、かつ針３３をインプリント位置に向かって、またインプリント位置から動かすことが好ましいことがある。これを行なうためには、圧電アクチュエータがｚ方向に動くことができる距離が、針３３を離脱位置からインプリント位置に動かすことができることに加えて、基板３５の凹凸を補償するように十分に大きくなければならない。

実施例では、板の直ぐそばにセンサを設ける代わりに、または板の直ぐそばにセンサを設けることに加えて、ＭＥＭデバイスで形成された個々のセンサを針ごとに設けることができる。これを図１１に模式的に示す。図１１では、センサ８０（例えば、光センサ）が取りつけられている圧電アクチュエータ８１に針３３も取りつけられている（圧電アクチュエータ３４を介して）。センサ８０は針３３の前方（ｙ方向で）にあるので、その結果、基板３５が針３３の下で走査されるとき、基板の高さは、針に達する前に測定されるようになる。センサ８０は、帰還ループで圧電アクチュエータ８１と接続され、そして基板３５とセンサ８０の間に一定高さを保つように設定されている。例えば、その一定高さは３０ミクロンであってもよい。高さが所望の高さからずれると、正しい高さが回復されるまで圧電アクチュエータ８１が調整される。センサ８０が針３３に非常に近接して位置づけされているので、このことは、針３３を基板３５に対して最適高さに保つことができることを意味する。例えば、針３３は、離脱位置にあるとき、基板３５より１０ミクロン上にあってもよい。理解されることであろうが、参照する間隔は例であり、他の適切な間隔を使用することができる。例えば、針３３と基板３５の間の最適間隔は、針が離脱位置にあるとき、１ミクロンであるように選ぶことができる。

実施例では、例えば、トンネル電子顕微鏡または原子力電子顕微鏡で使用されるのと同じ原理を使用して針に電荷を与えて、針３３自体を高さセンサとして使用することができる。

前記本発明例では、針は独立して動くことができたが、必ずしもそうである必要はない。例えば、小グループの針全てが一緒に動き、単独で動かすことができないように（例えば、５本の針の集合体が一緒に動くことができる）、その小グループの針を固定することができる。一般に、各針は単独で動かすことができることが望ましい（必須ではない）。

理解されることであろうが、インプリント可能材料の流体特性は、本発明の実施例にとって重要であることがある。実施例では、インプリント可能材料が余りにも流動的である場合、針によってインプリント可能材料に作られる圧痕は、表面張力のために閉じることがある。そうである場合、インプリント可能材料は、ガラス遷移温度より下で適切なゲルまたは熱可塑性材料を含むべきである。ゲルまたは熱可塑性材料の硬さは、インプリントされるフィーチャーの大きさに基づいて選ぶことができる（より小さなフィーチャー寸法はより硬いゲルまたは熱可塑性材料を必要とする）。適切な材料は、当業者には明らかであろう。ゲルは、モノマーと２つの開始剤を含むことができ、第１の開始剤は、ゲルが十分に硬くなるようにインプリント前にゲルを「予備硬化」するために使用されることがある放射の波長に対して敏感であり、第２の開始剤は、異なる波長の放射に対して敏感であり、インプリント後にゲルを硬化させるために使用される。

前記実施例では、基板は基板テーブルに固定され、その基板テーブルが針の配列の下で走査された。常にそうである必要はない。例えば、基板テーブルおよび基板が固定され、針の配列が、基板の上を走査するように構成されることがある。若しくは、基板テーブルは、基板が基板テーブルの表面を走査運動で通過するように構成されることがある。

２次元配列の針の観点で１つまたは複数の実施例を説明したが、１次元配列の針を用いて、例えばｘ方向に延びる線に配列された針を用いて、本発明を実施することができることは理解されるであろう。

本発明の具体例を上で説明したが、本発明は、説明したのと違ったやり方で実施できることは理解されるであろう。説明は本発明を制限する意図ではない。

従来のソフト・リソグラフィ・プロセスの例を示す図。 従来の熱リソグラフィ・プロセスの例を示す図。 従来のＵＶリソグラフィ・プロセスの例を示す図。 熱およびＵＶインプリント・リソグラフィがレジスト層にパターンを形成するように使用されるとき使用される２ステップ・エッチング・プロセスを示す図。 テンプレートと、基板に被着された一般的なインプリント可能レジスト層とを模式的に示す図。 本発明の実施例に従ったインプリント・テンプレートの一部を示す模式図。 図４のインプリント・テンプレートでインプリント可能レジスト層を硬化することのできる各種方法を、図５ｂ〜図５ｄと共に示す模式図。 図４のインプリント・テンプレートでインプリント可能レジスト層を硬化することのできる各種方法を、図５ａ、図５ｃ、図５ｄと共に示す模式図。 図４のインプリント・テンプレートでインプリント可能レジスト層を硬化することのできる各種方法を、図５ａ、図５ｂ、図５ｄと共に示す模式図。 図４のインプリント・テンプレートでインプリント可能レジスト層を硬化することのできる各種方法を、図５ａ〜図５ｃと共に示す模式図。 本発明の実施例に従って使用することができるインプリントおよび硬化方法を、図６ｂ、図６ｃと共に示す模式図。 本発明の実施例に従って使用することができるインプリントおよび硬化方法を、図６ａ、図６ｃと共に示す模式図。 本発明の実施例に従って使用することができるインプリントおよび硬化方法を、図６ａ、図６ｂと共に示す模式図。 図４のインプリント・テンプレートを下から見た模式図。 本発明の実施例を使用してインプリントされた基板を示す模式図。 図４のインプリント・テンプレートのいくつかの構成を示す模式図。 本発明の実施例に従ったインプリント・テンプレートを示す模式図。 本発明の実施例に従ったインプリント・テンプレートの針を示す模式図。

Claims (28)

1. 針と、インプリントされる基板を保持するように構成された基板テーブルとを含むインプリント・リソグラフィ装置において、
   前記針は、第１位置と第２位置の間で動かすことができ、
   前記第１位置は、使用中の前記針が、前記基板に付されたインプリント可能材料の層に入り込む位置であり、
   前記第２位置は、使用中の前記針が、前記基板に付されたインプリント可能材料から離脱した位置であり、
   前記基板テーブルおよび前記針は、一方が他方に対して動くことができるように構成されているインプリント・リソグラフィ装置。
2. 前記針が、共同でインプリント・テンプレートを構成する複数の針のうちの１つであり、各針が、前記第１位置と前記第２位置の間で動かすことができるようになっている請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
3. 各針が、独立して動くことができる請求項２に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
4. 前記針が、制御装置によって個別に制御される圧電アクチュエータに設けられており、前記制御装置は、前記第１位置と前記第２位置の間で前記針の動きを制御するように構成されている請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
5. 前記針が、２次元配列状態で位置づけられている請求項２に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
6. 前記２次元配列が長方形の格子を含む請求項５に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
7. 前記長方形の格子が、前記動きの方向に対して角度をなして配置されている請求項６に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
8. 前記テンプレートが高さセンサを有し、前記高さセンサが制御装置に接続されており、
   前記制御装置は、基板のトポグラフィを示す前記高さセンサから入力を受けるように構成され、かつ、前記基板の前記トポグラフィを補償するために前記針の高さを調整するように構成されている請求項２に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
9. 前記高さセンサが、前記針に近接して位置づけされたセンサ、または、配列されたセンサを含む請求項８に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
10. 前記針が、第１および第２の圧電アクチュエータに取りつけられ、前記第１の圧電アクチュエータが、前記制御装置に応答して、前記基板の前記トポグラフィを補償するために前記針の高さを調整し、かつ、前記第２の圧電アクチュエータが、前記第１位置と前記第２位置の間で前記針を動かすように構成されている請求項８に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
11. 前記高さセンサが、ＭＥＭ高さセンサのアレイを含み、各ＭＥＭ高さセンサが、複数の針のうちの対応する針に近接して位置づけされている請求項８に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
12. 各ＭＥＭ高さセンサおよび対応する針が、高さ補償圧電アクチュエータに共に装架され、前記高さ補償圧電アクチュエータは、使用中に、前記ＭＥＭ高さセンサおよび前記針が、それぞれの予め決められた、基板からの距離に実質的に留まるように、前記ＭＥＭ高さセンサからの出力信号で制御されるように構成されている請求項１１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
13. インプリント可能材料に局部化学反応を引き起こすように十分に高い温度まで前記針を加熱するように構成されたヒータを更に含む請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
14. 振動するように構成された取付け台に前記針が保持されている請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
15. 振動するように構成された単一の取付け台に、配列された針が保持されている請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
16. 前記針が第１位置にある時に、放射線を出力するように構成された放射線放出領域を、前記針が含む請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
17. 放射源から出る放射線を前記針の前記放射線放出領域に伝播するように構成された光ファイバを、前記針が含む請求項１６に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
18. 前記針が第１位置にあるとき硬化化学薬剤を注入するように構成された開口を、前記針が含む請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
19. 互いに固定された構成体になされた一組のテンプレートを更に含む請求項２に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
20. 前記固定された構成体が、間隔を置いて配列された２列以上のテンプレートを含むチェス盤構成体である請求項１９に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
21. 前記基板テーブルが、前記針に対して走査するように構成されている請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
22. 第１位置と第２位置の間で動かすことができる針を含むインプリント・リソグラフィ装置において、
    前記第１位置は、使用中の前記針が、インプリント可能材料の層に入り込む位置であり、
    前記第２位置は、使用中の前記針が、前記インプリント可能材料から離脱した位置であるインプリント・リソグラフィ装置。
23. 前記針が、共同でインプリント・テンプレートを構成する複数の針のうちの１つであり、各針は前記第１位置と前記第２位置の間で可動である請求項２２に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
24. 各針が、独立して動くことができる請求項２３に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
25. インプリント・パターンをインプリント可能材料に形成すべく、
    基板または個々に制御可能な針の配列を他方に対して動かすこと、
    第１組の針が、前記基板に付されたインプリント可能材料に入り込むように、前記第１組の針を動かすこと、および
    異なる第２組の針が、前記基板に付されたインプリント可能材料に入り込むように、前記第２組の針を動かすことを含むインプリント・リソグラフィ方法。
26. 前記インプリント可能材料に入り込むように前記第１組の針を動かす操作が、所望のインプリント・パターンが前記インプリント可能材料に形成されるまで複数回繰り返される請求項２５に記載されたインプリント・リソグラフィ方法。
27. 前記インプリント可能材料が、反応層および保護層を含み、前記方法が、前記動かされた針を用いて前記保護層を破り、その後、前記保護層が破られた１つ以上の場所で、前記反応層を硬化させることを含む請求項２５に記載されたインプリント・リソグラフィ方法。
28. 前記インプリント可能材料が、互いに反応しないように構成された３つ以上の層を含み、前記方法が、前記動かされた針を用いて前記３つの層を混合し、もって、前記３つの層のうちの少なくとも２つが互いに反応して硬化過程が始まる請求項２５に記載されたインプリント・リソグラフィ方法。

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