JP2006332677A - インプリント・リソグラフィ - Google Patents

Abstract

【課題】インプリント・リソグラフィの位置合わせ精度を改善する。
【解決手段】インプリント・テンプレート３１を保持するように構成されたテンプレートホルダ３２と、基板テーブル３３と、光学エンコーダ３５とを有するインプリント・リソグラフィ装置が開示されている。光学エンコーダ３５は、放射線出力装置４３、第１回折格子２７および検出器４１を有する。放射線出力装置は、第２回折格子を照明するように構成される。検出器は、第１および第２回折格子によって回折された放射線を検出して位置合せ信号を発するように配置される。
【選択図】図４

Description

この発明は、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、基板の目標部分上に所望のパターンを付与する機械である。リソグラフィ装置は、普通、例えば、集積回路（ＩＣ）、フラットパネルディスプレイおよびその他の微細構造を伴う装置の製造に使う。

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は、与えられた基板面積上のフィーチャー密度を大きくするので望ましい。フォトリソグラフィでは、解像度の向上を、短波長の放射線を使うことによって達成することができる。しかしながら、そのようなサイズ縮小に伴う問題がある。現在の装置は、１９３ｎｍの領域の波長の光源を採用し始めたが、このレベルでも回折限界が障害になる。低波長では、材料の透明性が非常に悪い。解像度の向上ができる光リソグラフィは、複雑な光学系および希少材料を要し、従って非常に高価である。

１００ｎｍ以下のフィーチャーをプリントするための代替案は、インプリント・リソグラフィとして知られ、有形のモールドまたはテンプレートを使って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ことによって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、基板または基板の表面上に塗被した材料でもよい。インプリント可能な媒体は、機能本位であってもよく、またはパターンを下にある面に転写するための「マスク」として用いてもよい。インプリント可能な媒体は、例えば、半導体材料のように、基板上に被着した、テンプレートによって形成したパターンを転写すべき、レジストとして設けてもよい。それでインプリント・リソグラフィは、本質的に、テンプレートの表面微細構造が基板上に作るパターンを決めるマイクロメートルまたはナノメートル規模の成形法である。原則として、インプリント・リソグラフィをＩＣ製造のような用途に適用できるように、光リソグラフィと同様にパターンを重ねてもよい。

インプリント・リソグラフィの解像度は、テンプレート作成プロセスの解像度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、従来の光リソグラフィ法で達成可能であるものに比べて、かなり改善された解像度とラインエッジ（線縁）粗さで５０ｎｍ以下の範囲のフィーチャーを作るために使うことができる。その上、インプリント法は、光リソグラフィ法が典型的に要求する、高価な光学系、高性能照明源または特殊レジスト材料を要しない。

上述のように、インプリント・リソグラフィは、集積回路のような、多層構造体を製造するために使うことができる。そのような多層構造体を製造するためには、各層を典型的には独立にインプリントする。例えば、第１層を基板にインプリントし、その後インプリントしたパターンが定着するようにインプリントした材料を処理する。次に、この第１層の上に第２層をインプリントし、第３および第４層等を続ける。あるＩＣ設計では、３０層までを使うかも知れない。多層構造体の製造は、光リソグラフィ装置を使えば普通である。しかし、そのような構造体をインプリント・リソグラフィを用いて製造することは、連続する層のパターンを正しく対応するように位置合わせすることが困難であるために、これまで困難であることが分った。連続する層の間の位置合わせは、高精度で達成すべきであり、さもなければ数層で構成するデバイス部品が互いに接触しないか、または不適切に接触し、これらのデバイス部品が意図通りに機能しない結果となるかも知れない。

本発明の第１の観点によれば、以下のインプリント・リソグラフィ装置が提供される。
インプリント・テンプレートを保持するように構成されたテンプレートホルダと、基板テーブルと、光学エンコーダとを含み、
前記光学エンコーダが、放射線出力装置、第１回折格子、および検出器を有し、
前記放射線出力装置は、第２回折格子を照明するように構成され、
前記検出器は、前記第１および第２回折格子によって回折された放射線を検出して位置合せ信号を発するように配置されたインプリント・リソグラフィ装置。

本発明の第２の観点によれば、以下のインプリント・リソグラフィ装置用位置合わせ方法が提供される。
インプリント・テンプレートと、放射線出力装置、第１回折格子および検出器を有する光学エンコーダとを含むインプリント・リソグラフィ装置用位置合わせ方法において、
前記放射線出力装置から出る放射線を第２回折格子上へ奉公づけること、および、
前記第１および第２回折格子によって回折された放射線を検出して位置合わせ信号を発することを含むインプリント・リソグラフィ装置用位置合わせ方法。

本発明の一つ以上の実施例を、パターンを付与したテンプレートが流動可能状態のインプリント可能な媒体にインプリントされるあらゆるインプリント・リソグラフィ法に適用でき、例えば、本明細書で説明するように、ホットおよび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、単なる例示として、本発明の実施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品を示す。

インプリント・リソグラフィの手法には、一般にホットインプリント・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二つの主な手法がある。ソフトリソグラフィとして知られる、第３の種類の「インプリント」ソグラフィもある。これらの例を図１ａ〜図１ｃに示す。

図１ａは、可撓性テンプレート１０（典型的にはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で製作した）から分子層１１（典型的にはチオールのようなインク）を、基板１２、および平坦化・転写層１２’上に支持されるレジスト層１３上に転写することを伴うソフトリソグラフィ工程を模式的に示す。テンプレート１０は、その表面にフィーチャーのパターンを有し、これらのフィーチャーの上に分子層が配置してある。テンプレートをレジスト層に押しつけると、分子層１１がレジストに付着する。テンプレートをレジストから剥がすと、分子層１１がレジストに付着し、転写した分子層で覆われないレジストの領域が基板位置まで蝕刻されるように、レジストの残余層がエッチングされる。

ソフトリソグラフィで用いるテンプレートは、たやすく変形し、このテンプレートの変形がインプリントされたパターンに悪影響を与える可能性があるので、例えば、ナノメートル規模の、高解像度用途には適さない。さらに、同じ領域を多数回重ね合せる、多層構造体を製作する時、ソフト・インプリント・リソグラフィでは、ナノメートル規模の重ね合せ精度が得られないだろう。

ホット・インプリント・リソグラフィ（または、ホット・エンボス加工）も、ナノメートル規模で用いる時、ナノインプリント・リソグラフィ（ＮＩＬ）として知られている。この工程では、例えば、摩耗および変形に対して強力なシリコンまたはニッケル製の硬質テンプレートを用いる。これは、例えば、米国特許第６４８２７４２号に記載されており、図１ｂに示されている。典型的ホットインプリント法では、基板の表面上に設けた熱硬化性または熱可塑性ポリマー樹脂１５に固体テンプレート１４がインプリントされる。この樹脂は、例えば、基板表面上に、または、より典型的には（図示例のように）平坦化・転写層１２’上に、スピン被覆して焼付け可能である。「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とき、例えば、「硬質」ゴムのように、一般に「ハード」と「ソフト」の間の材料と考えられかも知れない材料を含むことに留意すべきである。インプリント・テンプレートとして用いるための特定材料の適性は、その用途条件によって決まる。

熱硬化性ポリマー樹脂を用いる時は、テンプレートとの接触により、テンプレート上に形成したパターン・フィーチャー内に熱硬化性樹脂が流れ込むために十分流動可能であるような温度に熱硬化性樹脂が加熱される。次に、熱硬化性樹脂の温度を上げ、それが凝固して不可逆的な所望パターンになるように熱硬化性樹脂を熱硬化（例えば、架橋）させる。次いで、テンプレートを取り除き、パターン付与され樹脂が冷却される。

ホットインプリント・リソグラフィ法で用いる熱可塑性ポリマー樹脂の例は、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリスチレン、ポリ（メタクリル酸ベンジル）またはポリ（メタクリル酸シクロヘキシル）である。熱可塑性樹脂がテンプレートによるインプリント直前の自由に流動可能な状態になるように該熱可塑性樹脂が加熱される。通常、熱可塑性樹脂は、そのガラス転移温度よりもかなり高い温度に加熱する必要がある。テンプレートを流動可能な樹脂に押しつけ、十分な圧力を加えることにより、テンプレートに形成された全パターン・フィーチャー内に熱可塑性樹脂が流れ込むことを保証する。次いで、テンプレートをその場に置いて熱可塑性樹脂をそのガラス転移温度未満に冷却すると、この樹脂が不可逆的に所望パターンを受け継ぐ。このパターンは、熱可塑性樹脂の残余層からの浮き彫り形態のフィーチャーから成り、前記熱可塑性樹脂の残余層は、適当なエッチング処理によって除去され、パターンフィーチャーだけが残されるだろう。

図２ａ〜図２ｃに示すように、凝固した樹脂からテンプレートを取り除いた後、典型的には、２段階のエッチング処理が施される。基板２０は、図２ａに示すように、その直上に平坦化・転写層２１を有する。平坦化・転写層の目的は二つある。それは、表面をテンプレートの表面と実質的に平行にするように働き、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ことを助け、および、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も働く。

テンプレートを取り除いて、凝固した樹脂の残余層２２を平坦化・転写層２１の上に残し、所望のパターンに具体化してある。最初のエッチングは、等方性で残余層２２の部分を除去し、フィーチャーのアスペクト比（Ｌ１／Ｄ）が悪くなり、ただし、Ｌ１は、図２ｂに示すように、フィーチャー２３の高さである。第２エッチングは、異方性（または選択性）であり、このアスペクト比を改善する。この異方性エッチングは、平坦化・転写層２１の凝固した樹脂によって覆われない部分を除去し、図２ｃに示すように、フィーチャー２３のアスペクト比を（Ｌ２／Ｄ）に増す。エッチング後に基板上に残るポリマー厚さ差異結果は、インプリントされたポリマーが、例えば、リフトオフ工程の一操作として十分耐性があれば、例えば、乾式エッチング用のマスクとして使うことができる。

ホットインプリント・リソグラフィは、パターン転写を高温で実施しなければならないだけでなく、テンプレートを取り除く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かも知れないという欠点がある。３５°Ｃ〜１００°Ｃの温度差が必要であろう。その場合、例えば、基板とテンプレートの間の熱膨脹差が転写されたパターンの歪みにつながるだろう。このことは、インプリント作業で必要な比較的高い圧力によって悪化するだろう。インプリント可能材料の粘稠な性質のために、高い圧力が基板に機械的変形を与えて、やはり、パターンを歪ませる可能性があるからである。

他方、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ず、斯かる粘稠なインプリント可能材料も必要ない。そうではなくて、ＵＶインプリント・リソグラフィは、部分的にまたは完全に透明なテンプレートおよび、ＵＶ硬化性の液体、典型的には、アクリレートまたはメタクリレート等のモノマーの使用を伴う。一般に、モノマーと重合開始剤の混合物のような、あらゆる光重合可能材料を使できるだろう。硬化性液体は、例えば、ジメチルシロキサン誘導体を含むことができる。そのような材料は、ホット・インプリント・リソグラフィで用いる熱硬化性および熱可塑性樹脂よりも粘性が小さく、従って遙かに速く動いてテンプレート・パターン・フィーチャーを満たす。低温および低圧作業もまた、高処理能力を支援する。

ＵＶインプリント・リソグラフィ工程の例を図１ｃに示す。石英テンプレート１６を、図１ｂの熱硬化性に類似する方法でＵＶ硬化性樹脂１７に当てる。熱硬化性樹脂を用いるホットエンボス加工のような、温度上昇または熱可塑性樹脂を用いるときの温度サイクルの代りに、樹脂を重合して硬化させるために、石英テンプレートを通して、ＵＶ放射線が樹脂に投与される。テンプレートを取り除いた後、レジストの残余層をエッチングする作業は、本明細書で説明したホットエンボス加工と同じか、または、類似である。代表的に用いられるＵＶ硬化性樹脂は、低インプリント圧力を用い得るように、粘性が代表的熱可塑性樹脂よりも遥かに低い。この低圧のために減少した物理的変形が、高温および温度変化による減少した変形と共に、ＵＶインプリント・リソグラフィを高重ね合せ精度を要する用途に適するようにする。その上、ＵＶインプリント・テンプレートの透明の性質が光学位置合わせ技術をインプリントに同時に適応させることができる。

この種のインプリント・リソグラフィでは、主としてＵＶ硬化性材料が用いられ、したがって、包括的にＵＶインプリント・リソグラフィと呼ばれるが、適切に選択された材料を硬化する（例えば、重合または交差結合反応を起動する）ために、その他の波長の放射線を使用可能である。一般に、適切なインプリント可能材料を利用できるのであれば、斯かる化学反応を開始できるあらゆる放射線を用いることができるだろう。代わりの「起動放射線」は、例えば、可視光、赤外線、放射Ｘ線および電子ビーム放射線を含むことができる。本明細書の説明全体において、ＵＶインプリント・リソグラフィ、および、ＵＶ放射線の使用についての言及は、前記起動放射線、および、その他の起動放射線の可能性を排除することを意図しない。

基板表面と実質的に平行に維持される平面テンプレートを用いるインプリント装置の代案として、ローラ・インプリント装置が開発された。ホット・ローラ・インプリント装置およびＵＶローラ・インプリント装置が提案された。このインプリント装置では、テンプレートがローラ上に作られる点以外、そのインプリント工程は、平面テンプレートを用いるインプリントと極めて似ている。文脈上、別途、断りがなければ、インプリント・テンプレートへの言及は、ローラ・テンプレートへの言及を包含する。

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）として知られる、ＵＶインプリント技術の特別な進展がある。それは、従来、例えば、ＩＣ製造で用いられる光学ステッパと類似の方法で、基板に小刻みでパターン付与するために使うことができるだろう。これは、テンプレートを用いてＵＶ硬化性樹脂にインプリントを行う（テンプレートの下のＵＶ硬化性樹脂を硬化させるためにテンプレートを通してＵＶ放射線を照射する）ことによって一時に基板の小面積にプリントを施すこと、テンプレートを取り除くこと、基板の隣接領域に移動すること、および、作業を反復することを含む。そのようなステップ・アンド・リピート工程の作業範囲の小さいことが、パターン歪みおよびＣＤ変動を低減化を助け、その結果、ＳＦＩＬは、ＩＣおよびその他の高い重ね合せ精度を要するデバイスの製造に特に適することになるだろう。

原理的に、ＵＶ硬化性樹脂は、例えばスピンコーティングによって、基板表面全体に塗布できるが、これはＵＶ硬化性樹脂が揮発性であるために問題であろう。

この問題に取組む一つの手法は、所謂「ドロップオンデマンド」法であり、それは、テンプレートでインプリントする直前に基板の目標部分上に液滴で樹脂を供給する。この液体供給は、所定の量の液体が基板の特定目標部分上に被着するように制御する。この液体は、多様なパターンで供給可能であり、液量の注意深い制御とパターン配置との組合せにより、パターン付与を目標領域に限定できる。

前記のように樹脂をオンデマンド供給（要求時の供給）することは、些細なことではない。過剰な樹脂を最小限にしながら、テンプレートのフィーチャーを満たすための十分な樹脂があることを保証するために、液滴の大きさおよび間隔が注意深く制御される（なお、隣の液滴が触れると直ちに樹脂の流れる箇所がなくなるため、過剰な樹脂は、不適切に厚いか、または、不均一な残余層に広がる可能性がある）。

本明細書ではＵＶ硬化性液を基板に被着することについて言及したが、ＵＶ硬化性液は、テンプレートに被着することもでき、概ね同じ技術と考慮事項が当てはまる。

図３は、テンプレート、インプリント可能材料（硬化性のモノマー、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等）および基板の相対寸法を示す。硬化性樹脂層の厚さｔに対する基板の幅Ｄの比は１０^６のオーダーである。テンプレートから投影するフィーチャーが基板を損傷しないように、寸法ｔは、テンプレートに投影するフィーチャーの深さよりも大きくすべきことが判るだろう。

スタンピング後の残余層は、下にある基板を保護する際に有用であるが、本明細書で述べたように、それは、特に高解像度および／または重ね合せ精度を要する時の問題の原因でもある。最初の「突破」エッチングは等方性（非選択的）であり、したがって、残余層だけでなく、インプリントされたフィーチャーを或る程度浸蝕する。この問題は、残余層が過度に厚く、および／または、不均一であれば、悪化するだろう。この問題は、例えば、下に存在する基板に最終的に作られるライン太さの変動（すなわち、限界寸法の変動）につながるだろう。第２回目である異方性エッチングで転写層にエッチングされるライン太さの均一性は、アスペクト比および樹脂に残されたフィーチャーの形状の完全性に依存する。残余樹脂層が不均一であれば、非選択的な第１回目エッチングで、幾つかのフィーチャーの頂部が「角のない」状態になって、第２エッチング処理およびその後のエッチング処理でライン太さの良好な均一性が保証される程度の十分な線輪郭にはならない。原理上、前記問題は、残余層が出来るだけ薄いことを保証することによって減少するかも知れないが、これは、不本意に大きな圧力（多分、基板の変形が増すだろう）と、比較的長いインプリント時間（多分、処理量が減るだろう）を要するだろう。

テンプレートは、インプリント・リソグラフィ装置の重要部品である。本明細書で述べたように、テンプレート表面上のフィーチャーの解像度は、基板上にプリントされるフィーチャーの達成可能な解像度の制限要因である。ホットおよびＵＶリソグラフィで用いるテンプレートは、一般に、２段階工程で作られる。最初に、レジストに高解像度パターンを与えるために、例えば、電子ビーム書込みを用いて所望パターンを書込む。次に、レジストパターンを薄いクロム層に転写し、それが、パターンをテンプレートの基材に転写するための最終、異方性エッチング工程用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、超紫外線リソグラフィ、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、イオンエッチングまたはイオンミリングのようなその他の技術を用いることができる。一般に、テンプレートは、該テンプレート上のパターンの解像度によって制限される転写されるパターンの解像度を有する、事実上１ｘマスクであるため、極めて高解像度の可能な技術が用いられる。

テンプレートの分離特性もまた、検討事項になるだろう。テンプレートは、該テンプレート上に表面エネルギーの低い薄い剥離層を作るために、例えば、表面処理材で処理可能である（薄い剥離層を基板上に被着することもできる）。

インプリント・リソグラフィの開発における別の検討事項は、テンプレートの機械的耐久性である。テンプレートは、レジストのスタンピング中に大きい力を受けるであろうし、また、ホットリソグラフィの場合には、極圧および極温を受けるだろう。これは、テンプレートの摩耗を生じ、基板にインプリントされたパターンの形状に悪影響を及ぼす可能性がある。

ホットインプリント・リソグラフィでは、熱膨張差を減少するためにパターンを付けるべき基板と同じまたは類似の材料のテンプレートを使うことに潜在的利点がある。ＵＶインプリント・リソグラフィでは、テンプレートが活性化放射線に少なくとも部分的に透明であり、従って石英テンプレートを使う。

説明では、ＩＣの製造でインプリント・リソグラフィを用いることについて特別な言及がなされるであろうが、本明細書で説明するインプリント装置および方法は、集積光学系、磁区メモリ用誘導検出パターン、ハードディスク磁気媒体、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド等の製造のような、その他の用途のあることに留意すべきである。

本明細書の説明では、レジストとして効果的に働くインプリント可能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・リソグラフィを利用することについて特許請求の範囲に言及したが、ある状況ではこのインプリント可能材料それ自体が、例えば、導電性、光学的線形または非線形応答等のような機能性を有する、機能性材料でもよい。例えば、この機能性材料が導電層、半導電層、誘電体層または他の望ましい機械的、電気的若しくは光学的性質を有する層を形成してもよい。或る種の有機基板も適当な機能性材料であってよい。そのような利用は、本発明の範囲内に入る。

図４は、一実施例によるインプリント・リソグラフィ装置を模式的に示し、この装置は、基板テーブル３３の上にインプリント・テンプレート３１を保持するように構成したテンプレートホルダ３２を含む。基板３４は、基板テーブル３３上に保持されている。テンプレートホルダ３２に光学エンコーダ３５が付設されている。

基板３４には、回折格子を含むエンコーダ目盛３６が付されている。この回折格子は反射性である。光学エンコーダ３５にも回折格子３７を設けている。呼称を容易にするために、基板３４に設けたエンコーダ目盛３６を、以降、基板格子３６と称し、光学エンコーダ３５上の回折格子３７を、以降、検出器格子３７と称する。

図４ａは、光学エンコーダ３５を更に詳しく示す。光学エンコーダ３５は、箱３８を含み、その最下端に、位置合わせに使う波長に透過性である窓３９を備える。検出器格子３７は、この窓３９に透明位相格子として設けてある。一例では、検出器格子３７は振幅格子でもよい。コンデンサレンズ４０が検出器格子３７と三つのフォトダイオード４１の間に位置する。フォトダイオード４１は、検出器電子装置４２に接続されている。

放射線出力装置４３を有する放射線源が箱３８の内壁に固定してある。その代りにまたはそれに加えて、遠隔放射線源から放射線をエンコーダ３５の放射線出力装置４３に供給してもよい。ビームスプリッタ４４がコンデンサレンズ４０と検出器格子３７の間に位置し、放射線源４３からの放射線を検出器格子３７へ向けるために使われる。放射線源４３は、リソグラフィ位置合わせに適する波長の放射線を出すように構成されており、例えば、６４０ｎｍの波長の放射線を出す発光ダイオード（ＬＥＤ）である。放出した放射線を点線で模式的に示す。この放射線源が可視光を出す必要はなく；例えば適当な赤外波長を用いてもよい。ビームスプリッタ４４を介して照明を供給する利点は、ゼロ次の検出した回折パターンを除去し、それによって検出を容易にすることである（内在するバックグラウンド強度がない）。

使用する際、基板テーブル３３をｘ方向に走査し（標準直角座標が図４に付記されている）、基板格子３６が検出器格子３７の下を通過するようにする。放射線源４３から出た放射線は、基板格子３６で回折する。この回折した放射線は、検出器格子３７に入射する。基板格子３６と検出器格子３７の格子周期が僅かに違うので、検出器格子３７の効果は、モアレ（Ｍｏｉｒｅ）模様（ｂｅａｔ ｐａｔｔｅｒｎとしても知られる）を発生することである。モアレ縞基本周期は、Ｐ＝（ｐ１＊ｐ２）／（ｐ１−ｐ２）であり、但しｐ１は検出器格子の周期およびｐ２は基板格子の周期である。このモアレ模様をコンデンサレンズ４０によって集束し、フォトダイオード４１によって検出する。

検出器格子３７と基板格子３６の間の間隔は、典型的には数百ｎｍのオーダである。或る例では、格子３６、３７の間に光学部品がない。これは、検出器格子３７が基板格子３６によって回折した放射線の近くにあることを意味する。これは、検出器格子３７と基板格子３６の組合せがモアレ模様を起させる理由である。

上で説明したような光学エンコーダの使い方は、従来の光リソグラフィで使うような、回折格子位置合わせマークに基づく従来の位置合わせ手段とは異なる。従来の位置合わせ手段では、検出器格子が基板格子からかなり遠く離れて位置し、それでそれらの間に多くの光学部品がある。これらの光学部品は、基板格子の像を形成し、それを検出器格子の上に投影し、この基板格子の像と検出器格子の間の重なりを用いて位置合わせ情報を得る。回折格子間の干渉は起らない。インプリント・リソグラフィでは、光学エンコーダを基板の非常に近くに置くことが可能であるが、従来の光リソグラフィ装置では幾らか典型的に実用的でなく且つ不便である。その上、モアレ模様を使う光学エンコーダは、インプリント・テンプレートを基板と位置合わせするために使うことができる。

フォトダイオード４１は、イメージング検出器ではなく、従来の光電池で、各々単一出力信号を発生する。基板格子３６と検出器格子３７の周期が分っているので、このビート模様の周期は、予め分っている。従って、フォトダイオード４１間の間隔は、基板テーブル３３の移動中にモアレ模様を正確に検出するように選んである。特に、フォトダイオード４１間の間隔は、検出した信号のエイリアシングが実質的に起らないように選んである。

検出したモアレ信号に基づいて、基板３４と光学エンコーダ３５の相対位置を決める。光学エンコーダ３５が、インプリント・テンプレート３１を保持するインプリント・テンプレートホルダ３２に固定してあるので、基板３４とインプリント・テンプレート３１の相対位置を決めてもよい（すなわち、基板３４とテンプレート３１が位置合わせされる）。これは、インプリント・テンプレート３１を基板３４上に既に存在するパターンと正確に位置合わせさせ、それによって多層構造体を製作できるようにする。

前記のように、光学エンコーダ３５の検出器格子３７とインプリント前の基板３４の間の典型的間隔は、数百ｎｍのオーダだろう。しかしそれは５０ｎｍ〜１０μｍの範囲内のどこでもよい。例えば、３μｍの間隔に対して、基板格子３６用の有用な周期は３．９５μｍであり、検出器格子３７用の有用な周期は３．６０μｍだろう。これは、４０μｍのモアレ縞周期をもたらし、それはフォトダイオード４１によって容易に検出できるだろう。これは、約１００ｎｍの位置合わせ精度をもたらすだろう。位置合わせ精度は、次のように決めてもよい：

但しｐ１は検出器格子の周期でありおよびｐ２は基板格子の周期でありおよび‘変位’は位置合わせ精度に等しい。この位置合わせ精度は、モアレシフト

を如何に正確に測定するか（これは、フォトダイオードの数および位置に関係する）、拡大係数ｐ１＊ｐ２／（ｐ２−ｐ１）（これは、検出器格子と基板格子の周期の間の差から来る）、および検出器格子の周期ｐ１に依ることが分る。これらの格子の周期、および格子間の間隔は、必要な位置合わせ精度に依って、適当に選んでもよい。上の例では、３．９５μｍおよび３．６０μｍの周期を有する格子に言及したが、これらの格子は、例えば、５０ｎｍ〜１０μｍの周期を持ってもよい。

光学エンコーダ３５の検出器電子装置４２がもたらす出力信号は、正弦波信号、または何か類似のものを含むらしい。従って、絶対基準を用いて基板３４の位置を決める。この絶対基準は、基板格子の隣に位置する一連の参照マーク（図示せず）を含むかも知れない。使用できる参照マークの一つの形は、各々その直近のものに対して独特の間隔を有する、一連のマークである。追加の検出器（図示せず）を用いて、例えば、二つ以上の参照マークの上を走査し、それらの間隔を決めることによって参照マークを検出してもよい。

この光学エンコーダは、線形エンコーダを含んでもよく、このエンコーダ目盛は、例えば、バーニヤ（Ｖｅｒｎｉｅｒ）パターンまたは何か他の適当な線形パターンを含んでもよい。この線形エンコーダおよびエンコーダ目盛が非線形であることも可能であるが、これは適当な非線形位置計算を使うことが必要かも知れない。説明した実施例では、基板格子と検出器格子が違う周期を有するが、それらは、代替実施例では同じ周期を有してもよい。

この発明の実施例を実行するために適当な光学エンコーダは、米国イリノイ州ショームバーグのハイデンハイン社から入手できる。

別の事前測定がテンプレートホルダ３２に対するインプリント・テンプレート３１の位置を決めるために必要かも知れない。これは、例えば、テンプレート３１を最初にテンプレートホルダ３２に固定するとき行うことができるだろう。

説明した合わせ位置測定は、基板３４とインプリント・テンプレート３１のｘ方向だけの相対位置を測定する。しかし、同等の測定が通常ｙ方向にも必要である。この測定を行うために、光学エンコーダ３５がｙ方向に配置した検出器格子（図示せず）を備え、基板３４がｙ方向に配置した基板格子（図示せず）を備える。このｙ方向の測定は、ｘ方向の測定と同様に行う。或る構成では、基板格子と検出器格子が、２次元に（例えば、チェス盤状の構造で）拡がり、ｘおよびｙ方向における測定で使用可能である。これらの格子の使用は、回転を決めるためにも拡げることができる。

図４に示す基板格子３６は、検出器格子３７より僅かに長いだけであるが、基板格子３６は、実際にはこれよりかなり長くてもよい。例えば、基板格子が基板３４の全域に拡がってもよい。基板格子のグリッドをｘおよびｙ方向に拡げて、設けてもよい。このグリッドは、都合よくスクライブレーンに、すなわち、ダイ（ＩＣデバイス）をインプリントすべき目標領域間に位置してもよい。このグリッドは、基板の位置、基板の回転、および基板の膨張・収縮を決められるようにする。

或る構成では、基板に１組（セット）の短い基板格子を設けることができる。例えば、基板の全面に亘って分散する位置に四つの格子を設け、それによって基板の位置、基板の回転、および基板の膨張・収縮を測定できるようにすることができる。基板の測定精度を増すために、より多くの基板格子を用いてもよい。例えば、基板上の離隔した位置に八つの基板格子（図示せず）を設けてもよく、また、基板の位置を測定するために副次組（サブセット）である八つの基板格子（これらの基板格子は、それらの位置の予期される精度に基づいて選択される（これは、時として、ｎ−ｏｆ−ｍアプローチと呼ばれる））を用いてもよい。別の構成では、基板格子に対する位置合わせをインプリント直前に各インプリント位置で行い得るように、基板上の各インプリント位置に基板格子を設けてもよい。別の構成では、基板上の各インプリント位置に三つの基板格子を設けてもよい。このことによって、インプリント位置で局所的に起きた倍率誤差またはその他の誤差をインプリント前に測定することができる。

或る例では、検出器格子に加えて、追加の格子（検出器格子より長い周期を有する）が光学エンコーダに設けられる。

基板３４上に基板格子３６（エンコーダ目盛）を設けた例について説明し、かつ、図示したが、前記エンコーダ目盛は、或る例では、基板テーブル３３上に設けた格子（図示せず）を含むことができる。適当な格子を、基板テーブルの片側に沿ってｘ方向に設け、かつ、基板テーブルの別の側に沿ってｙ方向に設けてもよい。

テンプレートホルダ３２に隣接して位置する光学エンコーダ３５を有する例について説明し、かつ、図示したが、該光学エンコーダを別の位置に設けてもよい。例えば、或る例（図示せず）では、検出器格子のない光学エンコーダがインプリント・テンプレート３１の上に位置し、検出器格子３７をインプリント・テンプレート３１それ自体の一部として設けてもよい（適当な開口または窓がテンプレートホルダ３２に設けられる）。これは、合わせ位置測定がインプリント・テンプレートに対する基板の位置の直接測定であるという利点を有する。

光学エンコーダ３５の検出器格子３７を、レンズ、または、その他の光学部品に設けてもよい。例えば、図６のように、インプリント・テンプレート４６に設けた検出器格子３７上にレンズ４５を設けることができる。レンズ４５は、回折次数（これら回折次数は、検出器格子３７と、基板４８に設けた基板格子４７との組合わせによって生じる）を検出器（図示せず）に接続する。レンズ４５の効果は、レンズ４５がない場合に比してより多くの回折次数を検出器に接続することである。この方法で、位置合わせ位置を検出可能なレンズ４５が解像度を向上させる。このことが、図６（第１および第２回折次数が、どのようにしてレンズ４５を通るかを示す）に模式的に示されている。もしも、レンズ４５が存在しなければ、第２回折次数は、検出器に接続されず、インプリント・テンプレート４６の頂面で全内部反射を受けて、検出器から離れる方向に向かうだろう。

検出器格子３７を、その他の光学部品に設けることができる。例えば、追加の回折格子を、図６に示されるレンズ４５に代えて、設けることができる。追加の回折格子を、特別な回折次数を選択的に検出器に接続するように配設可能である。例えば、第３および第５回折次数を検出器に接続し、その他の回折次数を検出器からそらすように、追加の回折格子を配設可能である。このことを行なってよいのは、例えば、第３および第５回折次数が最も正確な位置合わせを可能にするということが判った場合である。

回折格子に代えて、プリズム（図示せず）を検出器格子３７に設けてもよい。代替的に、回折格子にプリズム類似の特性を付与すべく、回折格子の複数の尾根に角度つき輪郭を与えてもよい。

本発明の具体例では、エンコーダについて説明したが、コード化された位置情報を含まない基板回折格子を用いて（すなわち、在来の位置合わせ回折格子を用いて）位置合わせを行うこともできる。このことは、近接位置合わせと称することができる。近接位置合わせを利用する場合、図４で説明した種類の検出器を用いて位置合わせを行うことができる。レンズ４５（または、その他の光学部品）に検出器格子３７を設けた図６に示される構成は、斯かる位置合わせ用として利用できる。

光学エンコーダ３５を第２の異なる種類の位置合わせセンサと組合わせて用いてもよい。例えば、合わせ位置を定めるために静電容量測定を用いる位置あわせセンサを使用して粗い合わせ位置測定値を得て、図４に示す光学エンコーダによって細かな合わせ位置測定値を得るようにすることができる。好適な容量性合わせ位置検出器を図５に模式的に示す。

図５を見ると、基板テーブル３３が基板３４を保持し、検出用電子装置５２に接続された容量センサ５１を含む位置合わせセンサ５０が基板テーブル３３に配設されている。テンプレートホルダ３２によって保持されたインプリント・テンプレート３１に、コンデンサ板５３が配設されている。容量センサ５１には電荷が付与され、また、基板テーブル３３がテンプレート３１の下で走査される。この走査運動の結果として、コンデンサ板５３が容量センサ５１の直上位置にある時に、ピークに達する出力信号を容量センサ５１が発する。この測定値が、基板テーブル３３とインプリント・テンプレート３１の粗位置合わせ位置である。粗位置合わせに続いて、基板３４に対するテンプレートホルダ３２の相対位置を精密測定するために位置合わせセンサ３５を用いることができる。追加の容量センサ（図示せず）を用いて、ｙ方向で粗位置合わせを反復してもよい。

コンデンサ板は、テンプレート３１に設ける代りに、あるいはまた、テンプレート３１に加えて、テンプレートホルダ３２に設けてもよい。

フォトダイオード４１を用いるものとして、光学エンコーダ３５の説明を行なったが、その他の適当な検出器を使用可能であることは理解できるだろう。例えば、フォトダイオード４１を一つ以上のイメージング検出器（例えば、電荷結合素子アレイ）で置換してもよい。

以上、本発明の具体例について説明したが、説明したものとは別の方法で発明を実施することもできる。前記実施例の説明は、本発明を限定解釈することを意図するものではない。

従来のソフトリソグラフィ工程の例を示す。 従来のホットリソグラフィ工程の例を示す。 従来のＵＶリソグラフィ工程の例を示す。 レジスト層にパターン付与するためにホットおよびＵＶインプリント・リソグラフィを用いる際に採用される２段階エッチング工程を示す。 テンプレートと、基板上に被着された典型的インプリント可能レジスト層とを模式的に示す。 本発明の一実施例によるインプリント・リソグラフィ装置を模式的に示す。 図４のエンコーダの詳細を模式的に示す。 本発明の別の実施例によるインプリント・リソグラフィ装置を模式的に示す。 図４に示す装置の変形部分を示す模式図。

符号の説明

３１ インプリント・テンプレート
３２ テンプレートホルダ
３３ 基板テーブル
３４ 基板
３５ 光学エンコーダ
３６ 第２回折格子
３７ 第１回折格子
４１ 検出器、フォトダイオード
４３ 放射線出力装置
５０ 位置合わせセンサ
５１ コンデンサ板
５３ 容量センサ

Claims (25)

1. インプリント・テンプレートを保持するように構成されたテンプレートホルダと、基板テーブルと、光学エンコーダとを含み、
   前記光学エンコーダが、放射線出力装置、第１回折格子、および検出器を有し、
   前記放射線出力装置は、第２回折格子を照明するように構成され、
   前記検出器は、前記第１および第２回折格子によって回折された放射線を検出して位置合せ信号を発するように配置されたインプリント・リソグラフィ装置。
2. 前記第２回折格子が前記基板テーブルに設置されている請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
3. 前記第２回折格子が前記基板テーブル上に保持された基板に設置されている請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
4. 前記第１回折格子が前記テンプレートホルダに固定されている請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
5. 前記第１回折格子が前記インプリント・テンプレートに設置されている請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
6. 前記第１回折格子が透過性位相格子である請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
7. 前記第１回折格子が振幅格子である請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
8. 前記放射線出力装置から出た放射線が前記第２回折格子に達する前に前記第１回折格子を通り抜けるように、前記放射線出力装置が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。
9. 前記検出器が、複数の離間したフォトダイオードを含む請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
10. 前記第２回折格子の周期が５０ｎｍ〜１０μｍである請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
11. 前記第１回折格子の周期が５０ｎｍ〜１０μｍである請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
12. 前記第２回折格子と前記第１回折格子が５０ｎｍ〜１０μｍだけ離れている請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
13. 前記第１回折格子に加えて、前記光学エンコーダが別の回折格子を具備し、該別の回折格子が前記第１回折格子よりも長い周期を有する請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
14. コンデンサ板の存在を検出するように構成された容量センサを含む位置合わせセンサを有する請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
15. 前記光学エンコーダが線形エンコーダである請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
16. 前記第１回折格子が所定の方向に拡がり、かつ、前記第２回折格子が同じ方向に拡がっている請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
17. 前記第１回折格子（３７）および前記第２回折格子（３６）が共に２方向に拡がっている請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
18. 前記検出された放射線がモアレ模様を含む請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
19. 光学部品に第１回折格子を設けて成る請求項１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
20. 前記光学部品が、レンズ、回折格子またはプリズムである請求項１９に記載されたインプリント・リソグラフィ装置。
21. インプリント・テンプレートと、放射線出力装置、第１回折格子および検出器を有する光学エンコーダとを含むインプリント・リソグラフィ装置用位置合わせ方法において、
    前記放射線出力装置から出る放射線を第２回折格子上へ方向づけること、および、
    前記第１および第２回折格子によって回折された放射線を検出して位置合わせ信号を発することを含むインプリント・リソグラフィ装置用位置合わせ方法。
22. 前記放射線出力装置から出る放射線を、前記第２回折格子に入射する前に前記第１回折格子を通るように方向づけすることを含む請求項２１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置用位置合わせ方法。
23. 前記第２回折格子が基板テーブルに設置されている請求項２１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置用位置合わせ方法。
24. 前記第２回折格子（３６）が基板に設置されている請求項２１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置用位置合わせ方法。
25. 前記検出された放射線がモアレ模様を含む請求項２１に記載されたインプリント・リソグラフィ装置用位置合わせ方法。

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